Однотактный преобразователь постоянного напряжения Советский патент 1992 года по МПК H02M3/335 

Изобретение относится к электротехни- ке, а именно к силовой преобразовательной технике и предназначено для использования в источниках вторичного электропитания для получения постоянных напряжений, электрически изолированных от первичной сети.

Известны преобразователи напряжения, в которых для питания схемы управления используются специальные, электрически изолированные от первичной сети и нагрузки, источники питания.

Недостатком этих схем является существенная структурная и схемная сложность, а также увеличенная мощность потерь, так как для организации такого источника питания требуются функционально законченные маломощные преобразователи напряжения.

Лучшими характеристиками обладают преобразователи постоянного напряжения, в которых схема управления питается от вспомогательной обмотки силового трансформатора, имеющей электрическую изоляцию относительно первичной сети.

У такого преобразователя недостаточно надежен запуск силового транзистора в широком диапазоне эксплуатационных воздействий и технологическом разбросе параметров силового транзистора.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является однотактный транзисторный преобразователь постоянного напряжения. в котором для цели формирования пуска применяется RC-цепь и пороговый ключ, открывающийся по достижении напряжения на конденсаторе RC-цепи определенного порога и дающий в базу силового транзистора импульс тока включения.

При этом схема управления питается от вспомогательной обмотки силового трансформатора, а управление силовым транзистором после выхода преобразователя на установившийся режим осуществляется через маломощный разделительный трансформатор. Схема пуска отключается и не оказывает влияния на дальнейшую работу преобразователя.

Недостатком этого схемного решения является невысокая надежность работы, что обусловлено следующим. При однократном начальном включении силового транзистора (в момент срабатывания порогового ключа) необходимо, чтобы накапливающий конденсатор, подключенный через выпрямитель к вспомогательной обмотке силового трансформатора и обеспечивающий питанием схему управления, зарядился до номинального значения напряжения и обусловил нормальную работу схемы управления. Для этого требуется импульс открытого состояния силового транзистора значительной длительности (по отношению к длительности импульса в установившемся режиме работы преобразователя). Это вызы ваетзначитель- ную амплитуду импульса тока коллектора силового транзистора и препятствует минимизации массогабаритных характеристик

силового трансформатора. Увеличивается токовая нагрузка на силовой транзистор и снижается надежность его работы Кроме того, область применения схемы ограничивается преобразователями с обратным

включением выпрямительного диода, так как для гарантированного пуска схемы требуется, чтобы вспомогательная обмотка имела определенную полярность включения по отношению к выходной (силовой) обмотке силового трансформатора.

Цель изобретения - расширение области применения преобразователя за счет улучшения условия пуска, следовательно,

повышение надежности работы преобразователя.

Указанная цель достигается тем, что в схему введены времязадающий конденсатор, первый и второй развязывающие диоды, перезарядный дисд и элемент с S-образной электрической характеристикой, подключенный первым выводом ко второму выводу ограничивающего резистора, соединенному через времязадающий конденсатор с базой силового транзистора, ба- зоэмиттерный переход которого зашунти- рован перезарядным диодом, при этом вторичная обмотка разделительного трансформатора соединена через первый и второй

разделительные диоды с базами соответственно силового и разрядного транзисторов, а второй вывод элемента с S-образной электрической характеристикой соединен с эмиттером силового транзистора. Схемная

реализация элемента с S-образной характеристикой заключается в том, что он выполнен на первом и втором транзисторах противоположного типа проводимости, причем эмиттер первого транзистора является входом элемента и через первый резистор соединен с коллектором второго транзистора и первым выводом второго резистора, второй вывод которого соединен с базой первого транзистора и через третий

резистор - с базой второго транзистора, к которой подключен первый вывод четвертого резистора, второй вывод которого соединен с коллектором первого транзистора и через пятый резистор -с эмиттером второго транзистора, являющимся вторым выводом

элемента с S-образной электрической характеристикой.

На чертеже приведена схема однотакт- ного преобразователя постоянного напряжения.

Преобразователь содержит силовой транзистор 1, силовыми электродами соединенный через первичную обмотку 2 силового трансформатора 3 с входными выводами 4 и 5. К входному выводу 4 через пусковой резистор 6 подключен первый вывод порогового ключа 7. коллектор разрядного транзистора 8 и первый вывод пускового конденсатора 9, второй вывод которого соединен с эмиттером разрядного 8 и силового 1 транзисторов, общим выводом порогового ключа 7 и вторым входным выводом 5 преобразователя. Выход порогового ключа 7 подключен к первому выводу ограничивающего резистора 10. Вторичная обмотка 11 через выпрямитель 12 и фильтр 13 соединена с выходными выводами 14 и 15, с которыми соединены управляющие входы блока 16 управления питающие входы которого присоединены к вспомогательной обмотке 17 силового трансформатора 3 Выход блока 16 управления подключен к первичной обмотке разделительного трансформатора 18. Устройство преобразователя содержит также времязадающий конденсатор 19, подключенный между базой силового транзистора 1 и вторым выводом ограничивающего резистора 10 Первый вывод элемента с S-образной электрической характеристикой 20 подключен к второму выводу ограничивающего резистора 10. а базоэмиттерный переход силового транзистора 1 зашунтирован перезарядным диодом 21. Вторичная обмотка разделительного трансформатора 18 соединена через первый 22 и второй 23 разделительные диоды с базами силового 1 и разрядного 8 транзисторов. Второй вывод элемента с S- образной характеристикой 20 подключен к эмиттеру силового транзистора I.

Элемент с S-образной электрической характеристикой содержит первый 24 и второй 25 транзисторы p-n-р- и n-p-n-типов проводимости соответственно, а эмиттер транзистора 24 является входом элемента и через первый 26 резистор соединен с коллектором второго 25 транз истора и первым выводом второго 27 резистора, второй вывод которого соединен с базой транзистора 24 и через третий 28 резистор - с базой второго 25 транзистора, к которой подключен первый вывод четвертого 29 резистора. вторым выводом соединенного с коллектором первого 24 транзистора, и через пятый 30 резистор - с эмиттером второго 25 тран

зистора, являющимся вторым выводом элемента с S-образной электрической характеристикой.

Пороговый ключ содержит пусковой 31 транзистор p-n-p-типа проводимости, эмиттер которого соединен с катодом стабилитрона 32 и является входным выводом порогового ключа, а анод стабилитрона 32 подключен к базе включающего 33 транзи0 стора n-p-n-типа проводимости и через ди- одно-резистивную цепь 34,35 - к коллектору транзистора 31, который является выходом порогового ключа. Коллектор включающего транзистора 33 через коллекторный рези5 стор 36 соединен с базой пускового транзистора 31, а эмиттер транзистора 33 является общим выводом порогового ключа.

Однотактный преобразователь постоянного напряжения работает следующим

0 образом

После появления напряжения первичной сети на входных выводах 4 и 5 пусковой конденсатор 9 начинает заряжаться через пусковой резистор 6. Преобразователь в это

5 время не работает, так как пороговый ключ 7 заперт, напряжение на нагрузке (выводы 14 и 15) равно нулю, питающее напряжение блока 16 управления отсутствует и силовой транзистор 1 заперт.

0По мере заряда конденсатора 9 напряжение на нем увеличивается и достигает напряжения включения порогового ключа 7. Это напряжение равно сумме напряжений включения стабилитрона 32 и базоэмиттер5 ного перехода транзистора 33. Включение этих переходов приводит к появлению коллекторного тока транзистора 33, что вызывает включение транзистора 31, так как появляется его базовый ток, определяемый

0 резистором 36. Вследствие этого на выходе ключа 7 появляется выходное напряжение, равное напряжению, до которого зарядился пусковой конденсатор 9.

Начинается процесс формирования се5 рии импульсов базового тока силового транзистора 1. В начальный момент времени напряжение на выходе ключа мало, так как времязадающий конденсатор 19 заряжается полярностью. Появляется импульс тока

0 базы силового транзистора 1, обусловливающий его включение. Элемент с S-образной характеристикой 20 при этом не проводит тока и не оказывает влияния на процесс заряда конденсатора 19. По мере заряда

5 конденсатора 19 и увеличения на нем напряжения увеличивается и напряжение на входе элемента 20. При этом увеличивается и падение напряжения на резисторах 26,27 (или 29,30) и в момент равенства этих напряжений напряжению включения базоэмиттарного перехода транзистора 24 (или 25), последний открывается. Далее за счет положительной обратной связи открывается и транзистор 25 (или 24), Увеличение напряжения на конденсаторе 19 (на входе элемента 20) приводит к насыщению транзисторов 24 и 25, причем токи через резисторы 27 и

29меняют свое направление на обратное. Включение транзисторов 24 и 25 приводит к открыванию элемента 20 и разряду на него конденсатора 19 Так как ток через конденсатор 19 при этом меняет свое направление, то это приводит к появлению запирающего импульса тока базы силового транзистора 1. Ток перезаряда конденсатора 19 при этом протекает через перезарядный диод 21.

В результате разряда напряжение на конденсаторе 19 уменьшается. Когда оно станет меньше порога выключения элемента 20, последний выключается. Порог выключения элемента 20 определяется величинами сопротивления резисторов 2630и может быть получен в диапазоне 1,5-5 В. Напряжение включения элемента 20 может лежать в пределах 5-12 В.

Когда элемент 20 выключится, схема приходит в первоначальное состояние и процессы далее повторяются.

Таким образом, разряд конденсатора 9 после включения порогового ключа образует серию импульсов, включающих и выключающих силовой транзистор 1. Эти импульсы вырабатываются генератором на элементах 20,19 и 21, Наличие импульсной работы силового транзистора 1 обусловливает появление соответствующих импульсов на обмотках 2,11 и 17 силового трансформатора 3. На выходе преобразователя (выводы 14 и 15) и на питающем входе блока 16 управления появляются напряжения, от которых начинает работать замкнутый контур регулирования и на выходе схемы управления появляются рабочие импульсы, управляющие работой силового транзистора 1 через разделительный трансформатор 18 Одновременно с этим рабочими импульсами кратковременно с большой частотой (частотой преобразования, которая имеет период существенно меньший по сравнению с постоянной времени R6C9) включается разрядный транзистор 8, который разряжает конденсатор 9 и препятствует его заряду до напряжения включения порогового ключа 7. Этим исключается работа элемента 20 и конденсатора 19 в установившемся режиме работы однотактного преобразователя.

После окончания переходных процессов запуска однотактный преобразователь работает в установившемся режиме транзистор 1 управляется блоком 16управления, поддерживая выходное напряжение неизменным при воздействии различных дестабилизирующих факторов.

Таким образом, процесс запуска однотактного преобразователя происходит посредством подачи серии начальных включающих и выключающих импульсов базового тока силового транзистора 1, чем

0 обеспечивается плавное включение без превышения амплитуды импульса его коллекторного тока свыше нормированного значения. При этом повышается надежность работы как силового транзистора, так

5 и-всего преобразователя. Появляется независимость типа преобразователя, т.е. в данном случае можно-использоватв как однотактный преобразователь с обратным включением выпрямительного диода, так и

0 с прямым. Возможно применение предлагаемого схемного решения и в двухтактных преобразователях постоянного напряжения Это обусловливает расширение возможностей применения рассматриваемого

5 схемного решения.

Формула изобретения 1.Однотактный преобразователь постоянного напряжения, содержащий силовой транзистор, коллектор которого через пер0 вичную обмотку силового трансформатора соединен с первым входным выводом и с первым выводом подключенного к входу порогового ключа, с коллектором разрядного транзистора и с первым выводом пускового

5 конденсатора, второй вывод которого соединен с эмиттерами разрядного и силового транзисторов, общим выводом порогового ключа и вторым входным выводом, причем выход порогового ключа подключен к перво0 му выводу ограничивающего резистора, а вторичная обмотка силового трансформатора через выпрямитель и фильтр соединена с выходными выводами, к которым подключены управляющие входы блока управления.

5 питающие входы которого присоединены к вспомогательной обмотке силового трансформатора, а выход подключен к первичной обмотке разделительного трансформатора, отличающийся тем, что, с целью

0 расширения области применения путем улучшения условий запуска, введены время- задэющий конденсатор, первый и второй развязывающие диоды, перезарядный диод и элемент с S-образной электрической ха5 рактеристикой, подключенный первым выводом к второму выводу ограничивающего резистора, соединенному через времязада- ющий конденсатор с базой силового транзистора, базо-эмиттерный переход которого шунтирован перезарядным диодом при

этом вторичная обмотка разделительногоэмиттер первого транзистора является вхотрансформатора соединена через первый идом элемента и через первый резистор соевторой разделительные диоды с базами со-динен с коллектором второго транзистора и

ответственно силового и разрядного тран-первым выводом второго резистора, второй

зисторов, а второй вывод элемента с 5вывод которого соединен с базой первого

S-образной электрической характеристикойтранзистора и через третий резистор - с

соединен с эмиттером силового транзисто-базой второго транзистора, к которой подра.ключей первый вывод четвертого резистора, второй вывод которого соединен с

2.Преобразователь по п. 1, о т л и ч а ю- 10коллектором первого транзистора и через

щ и и с я тем, что элемент с S-образнойпятый резистор - с эмиттером второго транэлектрической характеристикой выполнензистора, являющимся вторым выводом элена первом и втором транзисторах противо-мента с S-образной электрической

положного типа проводимости, причемхарактеристикой.

15

Изобретение относится к электротехнике и может бит. использовано в источниках Ц о- fit вторичного электропитания. Цель - расширение области применения путем улучшения условий запуска. Устр-во содержит силовой транзистор 1. силовой трансформатор 3, пороговый ключ 7, блок управления 16, разделительный трансформатор 18 и элемент с S-образной электрической характеристикой 20. При запуске устройства силовой транзистор 1 отпирается за счет энергии, накопленной в пусковом конденсаторе 9, через пороговый ключ 7 и времязэ- дающий конденсатор 19. При этом наличие элемента с S-образной электрической характеристикой 20 обеспечивает многократный отпирающий импульс на базе силового транзистора 1, частота которого определяется ограничивающим резистором 10 и вре- мязадающим конденсатором 19. 1 з.п.ф-лы, 1 ил, j 5. . +$ гмг-Й-11 % Т сл С 1 4 Ю