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

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в источниках питания радиоэлектронной аппаратуры.

Известен преобразователь постоянного напряжения, содержащий инверторную ячейку с выходным трансформатором с нулевой точкой, выполненную на силовых транзисторах, коллекторы которых присоединены к концам первичной обмотки выходного трансформатора, управляющие входы подключены к выхо ду задающего генератора и зашунтированы силовыми цепями вспомогательных транзисторов, управляющие переходы которых подсоединены к соответствующим первым резисторам, а базы - к одним из концов вторых резисторов.

другие концы вторых резисторов подключены к коллекторам силовых транзисторов противоположных плеч.

Однако в известном преобразователе существуют потери вследствие затягивания процесса запирания транзисторов через резисторы в базовых цепях силовых транзисторов.

Известен также двухтактный транзисторный инвертор, содержащий силовые транзисторы, одни из силовых выводов которых подключены к выходному трансформатору, а управляющие переходы через силовые цепи дополнительных транзисторов - к обмоткам управления, причем база каждого дополнительного транзистора подjvl

Ј

to .fc.

i

ключена через резистор к базе силового транзистора противоположного плеча.

Недостатком известного преобразователя является низкая скорость запирания силовых транзисторов, что увеличивает динамические потери, снижающие КПД.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является транзисторный инвертор, содержащий двухтактный усилитель мощности, эмиттеры силовых транзисторов которого объединены и подключены к отводу от средней точки вторичной обмотки выходного трансформатора задающего генератора, а базы силовых транзисторов через резисторы подключены к крайним выводам этой обмотки, дополнительные транзисторы, и две пары диодов, причем каждый дополнительный транзистор выбран с проводимостью того же типа, что и силовой транзистор, и подключен эмиттером к крайнему выводу указанной обмотки данного плеча схемы, базой к базе силового транзистора этого же плеча схемы, а коллектором через диод первой пары к базе силового транзистора другого плеча схемы, а к каждому дополнительному транзистору включен встречно-параллельно диод первой пары,

В известном устройстве снижены динамические потери за счет шунтирования базовых резисторов силовых транзисторов переходами эмиттер-база дополнительных транзисторов.

Однако выбор напряжения на обмотке трансформатора возбуждения в таком устройстве ограничен величиной допустимого напряжения эмиттер-база дополнительных транзисторов, так как в течение переходного процесса выключения силового транзистора к эмиттерному переходу обесточенного дополнительного транзистора прикладывается напряжение с полуобмотки трансформатора возбуждения в обратном направлении. Величина допустимого напряжения эмиттер-база большинства быстродействующих транзисторов, которые могут быть использованы в качестве дополнительных, ограничена единицами вольт, поэтому в результате падения напряжения на диоде первой пары, а также падения напряжения коллектор-эмиттер отпертого дополнительного транзистора могут возникнуть условия неполной компенсации отпирающего напряжений на базе ранее отпертого силового транзистора, т.е. условия протекания сквозных токов через силовые транзисторы, снижающие КПД.

Кроме того, степень форсирования скорости запирания силовых транзисторов также ограничена величиной напряжения на

обмотке трансформатора возбуждения, которая не может быть выбрана большой ввиду ограничения выбора допустимого напряжения на эмиттерных переходах дополнительных быстродействующих транзисторов.

Цель изобретения - повышение КПД путем улучшения условий защиты силовых транзисторов от сквозных токов, а также

0 увеличения токов запирания силовых транзисторов.

Указанная цель достигается тем, что в преобразователе постоянного напряжения, выполненном по двухтактной схеме со сред5 ним выводом первичной обмотки выходного трансформатора, управляющие переходы силовых транзисторов которого через базовые резисторы подключены к соответствующим обмоткам трансформатора управле0 ния, содержащем вспомогательные транзисторы, базоэмиттерные переходы которых подключены к базовым резисторам, и диоды, последние включены согласно-последовательно в эмиттерные цепи вспомога5 тельных транзисторов, коллекторы которых соединены друг с другом,

Предлагаемое устройство обеспечивает улучшение условий блокирования отпирания запертого ранее силового транзистора

0 на время, необходимое для запирания ранее открытого силового транзистора, выбором большего значения напряжения на обмотке трансформатора возбуждения при одновременной защите переходов эмит5 тер-база вспомогательных транзисторов от приложения обратного напряжения, В устройстве-прототипе величина напряжения на обмотке трансформатора возбуждения ограничена допустимым обратным напря0 жением эмиттер-база вспомогательных транзисторов, Поэтому вследствие падения напряжений коллектор-эмиттер отпертого вспомогательного транзистора, а также падения напряжения проводящего диода гэр5 вой пары существуют условия для неполной компенсации отпирающего напряжения на базе ранее запертого транзистора во время переходного процесса запирания открытого ранее силового транзистора, т.е условия

0 для протекания сквозных токов через силовые транзисторы, снижающие КПД.

В предлагаемом преобразователе постоянного напряжения напряжение на обмотке трансформатора возбуждения может

5 быть выбрано большим по величине, так как переходы эмиттер-база вспомогательных транзисторов защищены от приложения обратного напряжения диодами, поэтому база отпираемого транзистора оказывается на- дежно заблокированной на время переходного процесса запирания другого транзистора, что исключает сквозные токи через силовые транзисторы и повышает КПД, Кроме того, увеличение напряжения на обмотке трансформатора возбуждения увеличивает ток запирания силовых транзисторов, что уменьшает время переходного процесса переключения транзисторов,

Положительный эффект заключается в повышении КПД двухтактного транзисторного преобразователя путем улучшения условий блокирования отпирания открытого ранее силового транзистора на время переходного процесса запирания открытого ранее силового транзистора путем увеличения напряжения на обмотке трансформатора возбуждения и уменьшения таким образом влияния суммы падений напряжений на диоде и между коллектором и эмиттером отпертого вспомогательного транзистора, а также путем увеличения тока запирания, что уменьшает время переключения транзистора. Причем величина напряжения на обмотке трансформатора возбуждения ограничена только допустимым напряжением база-эмиттер силовых транзисторов, величина которого больше, чем допустимое напряжение база-эмиттер вспомогательных маломощных быстродействующих транзисторов.

В известном же устройстве выбор величины напряжения на обмотке трансформатора возбуждения ограничен допустимым обратным напряжением база-эмиттер вспомогательных транзисторов, имеющим меньшее значение, чем в предлагаемом устройстве, поэтому существуют условия для неполной компенсации отпирающего напряжения на базе отпираемого транзистора во время переходного процесса запирания ранее открытого транзистора, те условия протекания сквозных токов, снижающих КПД.

На чертеже изображена электрическая схема преобразователя постоянного напряжения.

Преобразователь содержит силовые транзисторы 1 и 2, эмиттеры которых объединены и подключены к средней точке обмотки 3 трансформатора 4 возбуждения и к первому входному выводу. Коллекторы транзисторов 1 и 2 соединены с крайними выводами первичной обмотки 5 выходного трансформатора 6, средняя точка которой соединена с вторым входным выводом, базы силовых транзисторов 1 и 2 соединены через резисторы 7 и 8 с крайними выводами обмотки 3 трансформатора 4 возбуждения, соединенными через диоды 9 и 10 с эмиттерами вспомогательных транзисторов 11 и

12, базы которых соединены с базами силовых транзисторов 1 и 2, а коллекторы соединены между собой.

На вторичной обмотке 13 выходного трансформатора 6 подключена нагрузка 14, Преобразователь работает следующим образом,

Напряжение возбуждения с обмотки 3 трансформатора 4 возбуждения поступает

через резисторы 7и8 на базы силовых транзисторов 1 и 2 Предположим, что на начало1 обмотки 3 трансформатора 4 возбуждения наводится минус, а на конце - плюс, силовой транзистор 1 открыт, а силовой

транзистор 2 закрыт (полярность без скобок). При этом диод 9 и вспомогательный транзистор 11 закрыты и ток базы транзистора 1 определяется резистором 7 При перемене полярности напряжения на концах обмотки 3 трансформатора 4 возбуждения (полярность в скобках) к базе транзистора 1 прикладывается отрицательное напряжение относительно своего эмиттера Диод 9 при этом переходит в

проводящее состояние, а вместе с ним переходит в проводящее состояние переход эмиттер-база транзистора 11. который отпирается, что увеличивает скорость запирания транзистора 1. В течение времени

переходного процесса запирания транзистора 1 происходит блокирование отпирания транзистора 2, так как на базу этого транзистора подается запирающее напряжение, существующее на конце обмотки 3

трансформатора 4, через цепочку из последовательно включенных диода 9, силовых электродов открытого транзистора 11 и пря- мосмещенного перехода коллектор-база транзистора 12. Диод 10 оказывается в непроводящем состоянии, и положительное напряжение, поступающее с начала обмотки 3 трансформатора 4, падает на резисторе 8 и не достигает базы транзистора 2. При этом напряжения на половинах обмотки 3

трансформатора 4 выбирают из условия

U3 1 U3-2 ибэдоп 11бэдоп2

где 11з-1, Us-2 - напряжения на половинах обмотки 3 трансформатора 4:

иб,доп1, ибэдоп2 - допустимые напряжения база-эмиттер транзисторов 1 и 2.

При таком выборе напряжений на обмотке 3 трансформатора 4 увеличивается ток запирания транзистора 1 или 2, уменьшается время их запирания, что уменьшает время просечек импульсов выходного напряжения, приводящее к увеличению КПД. Условие защиты силовых транзисторов 1 и 2 от перегрузки во время переходных процессов их запирания:

ГЭ + Г|сд11 +ГК612 ГЮ + ГКэ12 х

ReR

где гэ, гю - сопротивления диодов 9 и 10 в проводящем состоянии;

Гкэ11, гКЭ12 - сопротивления коллектор эмиттер открытых транзисторов 11 и 12;

Гкб11, гкб12 - сопротивления прямосме- щенных переходов коллектор-база транзисторов 11 и 12.

При выполнении указанного условия напряжение на базе относительно своего эмиттера одного из транзисторов 1 или 2 во время переходного процесса запирания другого равно нулю или отрицательно.

После запирания силового транзистора 11 резко уменьшается ток его базы, диод 9 и транзистор 11 закрываются и, как следствие, снимается блокирование базы транзистора 2, который открывается через резистор 8.

Таким образом, включение блокирующих диодов последовательно с эмиттерны- ми переходами вспомогательных транзисторов позволяет увеличить напряжение на

-

5

10

15

20

25

обмотке трансформатора возбуждения, улучшает условие блокирования отпирания одного силового транзистора на время переходного процесса запирания другого, а также уменьшает значение этого времени, что увеличивает КПД двухтактного транзисторного инвертора.

Формула изобретения Преобразователь постоянного напряжения, выполненный по двухтактной схеме со средним выводом первичной обмотки выходного трансформатора, управляющие ба- зоэмиттерные переходы силовых транзисторов которого через базовые резисторы подключены к соответствующим обмоткам управления, содержащий вспомогательные транзисторы, базоэмиттёрные переходы которых подключены к базовым резисторам, диоды, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД, указанные диоды включены согласно последовательно в эмиттерные цепи вспомогательных транзисторов, коллекторы которых соединены друг с другом.

Использование в источниках питания радиоэлектронной аппаратуры Сущность изобретения: преобразователь содержит силовые транзисторы 1 и 2. эмиттеры которых объединены и подключены к средней точке обмотки З трансформатора возбуждения 4 и к первому входному выводу. Коллекторы транзисторов 1 и 2 соединены с крайними выводами первичной обмотки 5 выходного трансформатора 6, средняя точка которой соединена со вторым входным выводом. Базы силовых транзисторов 1 и 2 соединены через резисторы 7 и 8 с крайними выводами обмотки 3 трансформатора возбуждения 4, соединенными через диоды 9 и 10 с эмиттерами вспомогательных транзисторов 11 и 12. базы которых соединены с базами силовых транзисторов 1 и 2. а коллекторы соединены между собой. В устройстве организована защита от сквозных токов силовых транзисторов 1 и 2 за счет введения автоматической задержки их отпирания и увеличения их токов запирания. 1 ил. сл с

-М