Преобразователь постоянного напряжения Советский патент 1992 года по МПК H02M7/538 

СО

о ел ю

Изобретение относится к преобразовадельной технике и может быть использовано в системах вторичного электропитания,

устройствах промышленной зл1ектроники и

электропривода.

Известно техническое решение, содержащее самовозбуждающийся инвертор с насыщающимся выходным трансформатором, в котором силовые транзисторы управляются током обмоток положительной обратной связи, ограниченным резисторами,

Данное устройство имеет низкую надежность, особенно при высоком (до 600 В) напряжении питания и не работоспособно на высокой частоте.

Наиболее близким является высокочастотный транзисторный инвертор, содержащий конденсаторный делитель напряжения, выходной трансформатор с силовой, выходной обмотками и обмоткой положительной обратной связи, базовый трансформатор, вторичные обмотки которого, подключены ко входам силовых транзисторов, а первичная обмотка через токоограничивающий резистор подключена к обмотке положительной обратной связи выходного трансформатора.

Данная схема при устранении насыщения выходного трансформатора не обеспечивает симметричного перемагничивания его сердечника, а плавно насыщающийся базовый трансформатор не обеспечивает быстрого выключения силовых транзисторов. Эти факторы являются результатом невысокой надежности и быстродействия инвертора.

Цель изобретения - повышение надежности и быстродействия.

Поставленная цель достигается за счет того, что в схему преобразователя постоянного напряжения, содержащую конденсаторный делитель входного напряжения, выходной трансформатор с силовой, выходной обмотками, а также обмоткой положительной обратной связи, базовый трансформатор, вторичные обмотки которого подключены ко входам силовых транзисторов, а последовательно с первичной обмоткой включен токоограничивающий резистор, введены управляющий трансформатор с первичными и вторичными обмотками, коммутирующие транзисторы, базовый и пусковые резисторы, базовые диоды, а также пороговый ограничитель тока вспомогательного источника напряжения, причем к первичной обмотке базового трансформатора через токоограничивающий резистор подключена вторичная обмотка управляющего трансформатора, к средней точке его первичных обмоток подключен выход порогового ограничителя тока, вход которого соединен с одним полюсом вспомогательного источника напряжения, второй полюс которого соединен с эмиттерами коммутирующих транзисторов, коллекторы последних соединены с крайними выводами первичных обмоток управляющего трансформатора, базовые диоды включены между эмиттерами и каждой из баз, а между базами коммутирующих транзисторов включена последовательная цепочка из базового резистора и обмотки положительнойобратной связи выходного трансформатора, а пусковые резисторы включены между коллекторами одних и базами других коммутирующих транзисторов.

При разбросе коэффициентов усиления силовых транзисторов возникает постоянная составляющая тока намагничивания базового трансформатора, выравнивающая время рассасывания силовых транзисторов, уменьшается несимметрия выходного напряжения преобразователя, что обеспечивает повышенную надежность устройства по сравнению с прототипом.

Наличие порогового ограничителя тока обеспечивает в отличие от прототипа формирование импульса управления с крутым спадом, а затем активное выключение силового транзистора токами намагничивания базового и управляющего трансформаторов, что уменьшает время рассасывания силовых транзисторов.

Уменьшение и выравнивание времени рассасывания силовых транзисторов обеспечивает повышенное быстродействие устройства, и его работоспособность на частотах, где время полупериода сравнимо с временем рассасывания.

На чертеже изображена электрическая принципиальная схема предлагаемого преобразователя напряжения.

Преобразователь содержит выходной трансформатор 1 с силовой обмоткой 2, включенной между средней точкой конденсаторного делителя 3 выходного напряжения и соединенными эмиттером и коллектором силовых транзисторов 4, 5 соответственно, а коллектор и эмиттер силовых транзисторов 4, 5 подключены к крайним выводам конденсаторного делителя 3, входы силовых транзисторов 4, 5 соединены со вторичными обмотками 6, 7 базового трансформатора 8, первичная обмотка 9 которого через токоограничивающий резистор 10 подключена ко вторичной обмотке 11 управляющего трансформатора 12, первичные обмотки 13, 14 последнего средней точкой соединены с выходом порогового ограничителя тока 15, а крайними - с

коллекторами коммутирующих транзисторов 16, 17 и с выводами пусковых резисторов 18, 19, вт-орые выводы которых соединены с базами коммутирующих транзисторов 16 и 17 соответственно, куда подключены также катоды базовых диодов 20, 21, аноды последних соединены между собой, с эмиттерами коммутирующих транзисторов и с одним полюсом вспомогательного источника напряжения 22, второй полюс которого соединен с выходом ограничителя тока 15, между базами коммутирующих транзисторов 16,17, последовательно с базовым транзистором 23 включена обмотка 24 положительной обратной связи выходного трансформатора 1. Выходное напряжение снимается с выходной обмотки 25..

Преобразователь работает следующим образом.

Напряжение со вспомогательного источника 22 через прроговый ограничитель тока 16, первичные обмотки 13, 14 управляющего трансформатора 12 и пусковые резисторы 18,19 подается на коллекторы и базы коммутирующих транзисторов 16 и 17. При этом один из транзисторов, например 16, открывается, а транзистор 17 запирается. Начинается формирование импульса управления. Напряжение вспомогательного источ.ника 22 приложено к обмотке 13 .управляющего трансформатора 12. Это напряжение, трансформированное через управляющий 12 и базовый 8 трансформаторы, приводит к открыванию силового транзистора 5. При этом напряжение, трансформированное с обмотки 2 на обмотку 24 выходного трансформатора, удерживает транзистор 16 в насыщенном состоянии.

Ток обмотки 13 управляющего трансформатора 12 определяется коэффициентами трансформации управляющего и базового трансформаторов, величиной сопротивления токоограничивающего резистора 10 и падением напряжения на входе силового транзистора 5. Величина тока в течение времени формирования импульса управления меньше порога токоограничивающего устройства 15.

Длительность импульса управления определяется временем нарастания тока намагничивания управляющего трансформатора до момента, когда суммарный ток обмотки 13 достигает уровня порога токоограничивающего устройства 15. В этот момент начинается формирование спада импульса управления. Напряжение на выходе токоограничивающего устройства 16 уменьшается и принимает значение, равное падению напряжения на коммутирующем

транзисторе 17, переходящему в.инверсный режим, обеспечиваемый базовым диодом 21. Ток намагничивания управляющего трансформатора замыкается через обмотки 13, 14, коммутирующий транзистор 17 в инверсном режиме и насыщенный транзистор 16. На обмотке 11 управляющего трансформатора формируется нулевая пауза.

За время формирования спада импульса управления ток в базе силового транзистора 5 меняет знак.. Величина вытекающего тока базы равна сумме приведенного тока намагничивания базового трансформатора 8 к моменту окончания импульса управления и составляющей тока, обусловленной ЭДС в базе на стадии рассасывания и приведенным к обмотке 7 значением сопротивления токоограничивающего резистора 10.

По окончании стадии рассасывания силовой транзистор 5 выключается, формируется фронт выходного напряжения инвертора. Напряжение на обмотке 24 положительной обратной связи меняет знак, включается коммутирующий транзистор 15, разрывается цепь протекания тока намагничивания управляющего трансформатора 12, возрастает напряжение на выходе токоограничителя 15 и включается коммутирующий транзистор 17. Заканчивается нулевая пауза, и формируется импульс управления второго полупериода работы инвертора.

Таким образом, в устройстве длительность полупериода равна сумме времени импульса управления и нулевой паузы, определяемой временем рассасывания каждого из силовых транзисторов, импульсы управления формируются симметрично для каждого из полупериодов и длительности их равны.

Поскольку ток намагничивания базового транзистора является одной из составляющих выключающего тока силовых транзисторов, разброс их времен рассасывания приводит к появлению постоянной составляющей этого тока, которая в свою очередь компенсирует разброс времен, т.е. в устройстве существует отрицательная обратная связь, выравнивающая время рассасывания силовых транзисторов, а следовательно, длительность нулевой паузы в каждом из полупериодов.

, Устройётво работоспособно и имеет повышенную надежность на высоких частотах, где время эассасывания силового транзистора может составлять значительную часть от времени полупериода. Кроме того, следует отметить, что пред;1агаемое устройство совмещает в себе положительные качества каксхем с самовозбуждением (гарантированное отсутствие сквозных токов, простота схемы), так и схем с внешним возбуждением (отсутствие проблемы пуска и работоспособность в широком диапазоне питающих напряжений).

ф о р м ул а и 3 о б р е т е н и я Преобразователь постоянного напряжения, содержащий выходной трансформатор, первичная обмотка которого связана через силовые транзисторы с входными выводами, вторичная обмотка присоединена к выходным выводам, а последовательно в цепь обмотки положительной обратной связи включен базовый резистор, базовый трансформатор, вторичные обмртки которого подключены к управляющим переходам силовых транзисторов, отличающийс я тем, что, с целью повышения надежности и быстродействия, в него введены управляющий трансформатор, коммутирующие транзисторы, токоограничивающий и пусковые резисторы, базовые диоды и пороговый ограничитель тока, включенный между первым выводом вспомогательного источника напряжения и средним выводом первичной

обмотки управляющего трансформатора, крайние выводы которой присоединены к коллекторам первого и второго коммутирующих транзисторов, эмиттеры которых подключены ко второму выводу вспомогательного источника напряжения, вторичная обмотка управляющего трансформатора через токоограничивающий резистор соединена с первичной обмоткой базового рансформатора, при этом база-эмиттерные

переходы коммутирующих транзисторов, шунтированные, базовыми диодами, включены последовательно в цепь обмотки положительной обратной связи, а пусковые резисторы включены соответственно между

базой первого и коллектором второго, а также между базой второго и коллектором первого коммутирующих транзисторов.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в источниках вторичного электропитания. Преобразова-/Sтель содержит выходной трансформатор 1, силовые транзисторы 4, 5, базовый 8 и управляющий 12 трансформаторы, коммутирующие транзисторы 16, 17 и пороговый ограничитель тока 15. При работе преобразователя длительность открытого состояния каждого силового транзистора 4, 5 определяется временем насыщения магнитопрово- да управляющего трансформатора 12, при этом ток насыщения ограничен пороговым ограничителем тока 15, а изменение полярности управляющего напряжения на выходной обмотке 11 управляющего трансформатора 12 происходит только после полного запирания ранее открытого силового транзистора 4