Двухтактный преобразователь постоянного напряжения Советский патент 1992 года по МПК H02M7/538 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в источниках вторичного электропитания систем радиотехники, автоматики и вычислительной техники.

Целью изобретения является повышение надежности двухтактного преобразователя постоянного напряжения путем упрощения конструкции трансформатора,

На фиг. 1 приведена электрическая схема двухтактного преобразователя постоянного напряжения без регулирования скважности выходного напряжения; на фиг. 2 - электрическая схема двухтактного преобразователя постоянного напряжения с регулируемой скважностью выходного напряжения; на фиг. 3 и 4-диаграммы напряжений на элементах схемы; на фиг. 5-7 примеры конструктивного выполнения трансформатора.

Двухтактный преобразователь постоянг ного напряжения выполнен по схеме магнитно-транзисторного автогенератора и содержит переключающие транзисторы 1 и 2 и трансформатор 3, Трансформатор выполнен на магнитоп.роводе из двух сердечников (фиг. 1, 2, 5), на каждом из которых распогюжены включенные встречно-последовательно сигнальные обмотки 4 и 5. Две первичные 6 и 7, вторичная 8 и базЬаа 9 обмотки охватывают оба сердечника. Базовая обмотка 9 через ограничивающие базовый ток резисторы подсоединена к базовым выводам транзисторов 1 и 2. куда taKJKe подсоединены выходы порогового узла 10. Эмиттер-базовые переходы транзисторов 1 и 2 зашунтированы защитными диодами 11 и 12, Свободные вмводы сигнальных обмоток 4 и 5 присоединены к входу порогового узла 10. В качестве порогового узла могут использоваться, например, два встречно включённых тиристора, шунтированных диодами.

Преобразователь работает следующим образом.

За счет положительной обратной связи один из чранзисторов 1 или 2 включен, а второй выключен. При зтом соответствующая первичная обмотка трансформатора 3 через открытый транзистор подключена к источнику питания. Под действием этого напряжения оба сердечника магнитопровода перемагничиваются. К моменту времени ti (фиг. 3) в силу нейдентичности сердечников один из них насыщается. При этом на одной сигнальной обмотке 4 или 5, расположенной на насыщающемся сердечнике, напряжение стремится к нулю, а на второй сохраняется значение напряжения, пропорциональное коэффициенту

трансформации между первичной и сигнальной обмотками, т.е. на включенных встречно сигнальных обмотках 4 и 5 появля. ется импульс напряжения (фиг. 3, диаграмма 22), который включает соответствующий тиристор порогового узла 10, который закорачивает базовый вывод открытого транзистора 1, 2, что приводит к переключению автогенератора (фиг. 3, диаграмма 21) и вы0 ключению открытого тиристора. В следующем такте работы преобразователя процесс повторяется. Поскольку к моменту переклю-: чения второй сердечник магнитопровода трансформатора 3 насыщен не был. то при

5 переключении коллекторный ток переключающих транзисторов не возрастает.

В данной схеме преобразователь работает в режиме автогенерации Однако он может быть использован, например, в ста0 билизированном преобразователе напряжения для стабилизации средневыпрямленного значения напряжения. Такой вариант устройства приведен на фиг. 2, а на фиг. 4 приведены диаграммы, пояснякэщие работу устройства, В отличие от автогенераторного режима работь устройства пороговый узел 12 включает в себя двухтактный задающий генератор 13, два выхода которого подсоединены к входам двух элементов 14 и 15

0 совпадения, соединенных с входами переключающих транзисторов через вспомогательные ключи 1бй 17, причем вторые входы элементов14 и 15 совпадения подключены к выходу триггера 18, у которого один из

5 установочнь1х входов через формирователь 19 коротких импульсов подсоединен к Bbtxoдам задающего генератора 13. а второй установочный вход подклнэчен к выходу элемента 20 сравнения.

0 С выходов задающего генератора 13 напряжения тиг1а меандр (фиг. 4, диаграмма 23) поступают на вход элементов 14 и 15 совпадения и на вход формирователя 19 коротких импульсов, который в начале

5 каждого такта устанавливает .триггер 16 в исходное состояние. При этом один из вспомогательных ключей 16 или 17 замкнут, на время половины полупериода ра1боты задающего генератора. Например, в начальный момент замкнут ключ 17, а ключ 16 разомкнут и управляющий вход транзистора 1

0 подключён к базовой обмотке. За счет положительной обратной связи транзистор 1 включается, подключая первичную обмотку 7 к источнику питания. Под действием на. пряжения источн14ка питания сердечника

5 магнитопровода трансформатора 3 перемагничиваются от индукции нась(щения одного знака до индукции насыщения другого знака. При этом, за счет встречного включения суммарное напряжение на свободных выводах последовательно соединенных сигнальных обмоток имеет низкий уровень (фиг. 4, диаграмма 24). В силу неидентичности параметров сердечников магнитопро- 5 вода трансформатора 3 к моменту ti один из сердечников оказывается насыщен . чем второй, разность напряжений на сигнальных обмотках возрастает и становится больше порога срабатывания зле- 10 мента 20 сравнения (фиг. 4. диаграмма 26), последний срабатывает (фиг. 4, диаграмма 27). Г1ереключая триггер 18 (фиг. 4, диаграмма 25. что приводит к замыканию вспомогательного ключа 17. До конца этого такта 15 ключ 17 находится в данном состоянии. В следующий полупериод работы тактового генератора будет включен транзистор 2, и процесс повторяется. Как известно, времяперемагничивания сердечников магнитб- 20 провода трансформатора 3 пропорционально величине входного напряжения питания. Следовательно, при постоянной частоте работы задающего генератора 13

скважность напряжения на вторичной об- 25 мотке 9 трансформатора.З будет изменяться пропорционально изменению входного питающего напряжения и, следовательно, после выпрямления средняя величина выходного постоянного напряжения будет ста- 30 билизироваиа.

Следует отметить, что переключение автогенератора в силу неидентичности сердечников магнитопровода трансформатора 3 происходит в момент насыщения одного 35 из сердечников, при зтом второй сердечник ненасыщен и ток коллектора в момент выключения не возрастает. Если же магнитные параметры сердечников отличаются незначительно, то вводят обмотку смеще- 40 ния,которая может бытьрасположена на одном или (так же, как и сигнальные обмотки 4 и 5) на двух сердечниках, либо используют для зтой цели встречно соединенные сигнальные обмотки 4 и 5. В случае исполь- 45 зование тороидальных сердечников в трансформаторе 3, когда по технологическим, конструктивным или иным причинам использовать для изготовления силового трансформатора два сердечника н1ецбле- 50 сообразно, то используется один сердечник, разделенный на две части отверстием (фиг. 6). При этом встречно соединенные сигнальные обмотки 4 и 5 наматываются на обе части сердечника, разделенного от- 55 верстием. В случае, если магнитные параметры обеих частей сердечника, разделенного отверстием/одинаковы, то вводят обмотку смещения, которая может быть расположе- на на одной части разделенного отверстием

сердечника или (так же, как и сигнальные обмотки 4 и 5) намотана на двух частях, разделенных отверстием, либо для этой цели могут быть использованы встречно соединенные сигнальные обмотки 4 и 5.

Кроме того, для подмагничивания сердечников может быть использован как постоянный, так и переменный ток, например через отверстие может быть пропущен один виток первичных обмоток б и 7 автогенератора.

К достоинствам преобразователей следует отнести возможность использования для изготовления магнмтопровода силового трансформатора сердечников стандартных типоразмеров, что в значительной степени упрощает как конструкцию трансформатора, так и преобразователя в целом.

Формула изобретения

1.Двухтактный преобразователь постоянного напряжения, содержащий трансформатор, первичная, вторичная и базовая обмотки которого расположены на двух сердечниках, средний вывод первичной обмотки присоединен к первому входному выводу, а крайние выводы первичной обмотки соединены с вторым входным выводом через переключающие транзисторы, выводы управления которых, шунтированные защитными диодами, соединены через резисторы с базовой обмоткой, две сигнальные обмотки, подключенные первыми выводами к входу порогового узла, выходы которого подключены к входам управления переключающих транзисторов, отличающийся тем, что, с целью повышения надежное™ путем упрощения конструкции трансформатора, каждая из сигнальных обмоток расположена на отдельном сердечнике и они соединены между собой вторыми выводами вctpeчнo-пocлeдoвaтeльнo.

2.Преобразователь по п. 1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что при незначительном отличии сердечников трансформатора по магнитным параметрам вводится обмотка смещения, расположенная на одном из сердечников и присоединенная к источнику смещения.

3.Преобразователь по пп. 1 и 2, о т л ичающий с я тем, что трансформатор выполнен на одном сердечнике, которыйразделен на две части отверстием, причем, сигнальные обмотки и обмотка смещения проходятчерез отверстие и расположены на разных частях сердечника, при этом обмотка смещения расположена на одной из частей сердечника.

4.Преобразователь по пп. 1-3, о т л и чающийся тем,- что обмотка смещения

включена последовательно с первичной Q6моткой.

5. Преобразователь по п. 1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что пороговый узел содержит двухтактный задающий генератор, выходы которого присоединены к первым входам первого и второго элементов совпадения, выходы которых соединены через первый и второй вспомогательные

ключи с выходами порогового узла, а вторые входы элементов совпадения подключены к выходу триггера, первый установочный вход которого соединен через формирователь коротких импульсов с выходами задающего генератора, а второй установочный вход подсоединен к выходу элемента сравнения, входы которого присоединены к входам порогового узла.

- t-ЩСI

22