Преобразователь напряжения Советский патент 1992 года по МПК H02M3/337 

ь- змЗ

Ч

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для создания вторичных источников питания с бестрансформаторным входом, магнитно-транзисторных ключей и других устройств силовой автоматики, Сущность изобретения: в преобразователе в цепь эмиттера силового транзистора 3 включены последовательно быстродействующий диод 10, время восстановления обратного сопротивления которого меньше времени рассасывания неосновных носителей в базе силового транзистора 3 управляющая обмотка 11, включенная встречно по отношению к первичной обмотке 5 и соединенная с базой через регулятор- ограничитель 12 тока базы. К цепи базы подключен коммутирующий узел 15, состоящий из коммутирующего диода 16, выключающей обмотки, которая через коммутирующий тиристор, управляемый от датчика 13 тока или узла 8 стабилизации выходного напряжения, подключгв1ся встречно к управляющей обмотке 11 и прерывает протекание тока эмиттера силового транзистора 3 В преобразователе реализуется эмиттерная коммутация совместно с пропорц/юнально-токовым управлением что позволяет повысить КПД и надежность исключив при этом возможность появления вторичного пробоя силового транзистора 2 з.п.ф-лы 3 ил сл С

Изобретение относится к электронике и может быть использовано для создания вторичных источников питания с бестрансфор- маторым входом, магнитно-транзисторных ключей, регуляторов и других устройств силовой автоматики.

Известны бестрансформаторные источники вторичного электропитания на основе обратных преобразователей напряжения.

Регулирование выходной мощности в таких источниках осуществляется регулированием уровня порога выключения линей- нонарастающего тока намагничивания первич.юй обмотки силового трансформатора. При этом силовой транзистор преобразователч переводится из режима насыщения в активный режим путем шунтирования насыщающего базового тока.

, Данный вид коммутации неэффективен, так как отсутствует форсированное выключение силового транзистора, велики потери на выключении, область безопасной работы ограничена, и в целом схема обладает низким КПД.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сути является устройство питания цветных телевизоров типа ЗУСЦТ представляющие собой однотактный преобразователь с обратным включением выпрямительных диодов состоящий из

N5

СЛ

сл

устройства запуска, устройства стабилизации и защиты, блокинг-генератора и выходных выпрямителей.

Запирание силового транзистора блокинг-генератора осуществляется подачей обратного смещения на базо-эмиттерный переход от предварительно заряженного конденсатора при замыкании тиристорного ключа устройства стабилизации и защиты.

Указанное устройство имеет низкий КПД, низкие рабочие частоты и ненадежно ввиду того, что время рассасывания неосновных носителей в базе существенно зависит от степени насыщения силового транзистора, отсутствует форсированное рассасывание базо-коллекторного перехода, велики динамические потери на выключение, возникают явления вторичного пробоя область безопасной работы смещается в сторону меньших предельных значений коллекторного напряжения.

Цель изобретения - повышение надежности и КПД.

Цель достигается тем, что в преобразователь постоянного напряжения, содержащий входной выпрямитель с фильтром, первичную обмотку силового трансформатора, соединенную одним концом с положительным выводом входного выпрямителя, силовой транзистор, коллектором соединенный с другим выводом первичной обмотки, датчик тока силового транзистора, узел запуска, соединенный с базой силового транзистора, вторичную обмотку с выходным выпрямителем и фильтром, устройство стабилизации выходного напряжения, входом подключенное к выходному выпрямителю, введены быстродействующий диод, включенный в цепь эмиттера силового транзистора, управляющая обмотка, включенная между быстродействующим диодом и датчиком тока, встречно по отношению к первичной обмотке, регулятор-ограничитель тока базы, включенный между базой силового транзистора и управляющей обмоткой, диодный фиксатор из нескольких последовательно соединенных диодов, число которых выбрано из условия обеспечения смещения базо-эмиттерного перехода силового транзистора при включении, подключенных анодом первого диода к базе силового транзистора, катодом последнего диода к отрицательному выводу входного выпрямителя, коммутирующий узел, обеспечивающий прерывание тока эмиттера силового транзисторов путем запирания введенного быстродействующего диода, состоящий из последовательно соединенных коммутирующего диода, выключающей обмотки с числом витков прерывающим числом витков управляющей обмотки, и тиристора, при этом анод коммутирующего диода соединен с базой силового транзистора, выключающая обмотка подключена встречно к управляющей обмотке через тиристор, цепи управления которого соединены с датчиком тока и с выходом устройства стабилизации.

Кроме того, для повышения быстродей0 ствия преобразователя и пропорционально токового управления силовым транзистором регулятор-ограничитель тока базы состоит из n-p-п транзисторного источника тока с нелинейной обратной связью в виде

5 фиксирующего диода, подключенного анодом к базе транзисторного источника тока, а катодом - к коллектору силового транзистора, и шунтирующего диода, предназначенного для выключения транзисторного

0 источника тока, подключенного анодом к базе транзисторного источника тока, а катодом к кзтоду введенного коммутирующего диода.

Кроме того, для уменьшения потерь и

5 для создания более высокого запирающего потенциала на катоде быстродействующего диода управляющая обмотка образована из двух секций: основной и дополнительной, причем датчик тока включен к разрыв между

0 секциями, а катод тиристора подключен к точке соединения датчика тока и дополнительной секции, другой вывод дополнительной секции подключен к отрицательному выводу входного выпрямителя и к цепи сме5 щения транзисторного источника тока, цепь коллектора транзисторного источника тока подсоединена к основной секции управляющей обмотки.

На фиг.1 представлена электрическая

0 схема преобразователя напряжения; на фиг. 2 - фрагмент преобразователя; на фиг. 3 - то же.

Преобразователь содержит входной выпрямитель 1 с фильтром, подключенный к

5 входному источнику напряжения ЕВх, узел запуска 2, силовой транзистор 3, силовой трансформатор 4 с первичной обмоткой 5, вторичную обмотку 6, выходной выпрямитель 7 с фильтром, устройство 8

0 стабилизации выходного напряжения, демпфирующую цепочку 9, быстродействующий диод 10, управляющую обмотку 11 силового трансформатора, включенную встречно по отношению к первичной обмот5 ке, регулятор-ограничитель 12 тока базы, ре- зистивный датчик 13 тока, диодный фиксатор 14, коммутирующий узел 15 из последовательного соединенных коммутирующего диода 16, выключающей обмотки 17 силового трансформатор и тиристора 18,

причем управляющий электрод тиристора связан с резистивным датчиком тока и с устройством стабилизации выходного напряжения.

Регулятор-ограничитель 12 тока базы состоит из n-p-п транзисторного источника 21 тока, фиксирующего диода 22. шунтирующего диода 23.

Управляющая обмотка 11 разделена на две секции:основную 19 и дополнительную 20, причем резистивный датчик тока включен между секциями, а катод тиристора коммутирующего узла подсоединен к точке соединения резистивного датчика тока и дополнительной секции управляющей обмотки, другой вывод дополнительной секции подключен к отрицательному выводу входного выпрямителя.

Преобразователь напряжения работает следующим образом.

При подаче с входного источника напряжения Евх на входной выпрямитель 1 через узел запуска 2 осуществляется первоначальное смещение силового транзистора 3. Через первичную обмотку 5 силового трансформатора 4 начинает протекать коллекторный ток силового транзистора. В управляющей обмотке 11 ьзводится ЭДС, полярность которой такова, что через регулятор-ограничитель тока 12 базы в базу силового транзистора начинает протекать ток, и за счет положительной обратной связи силовой транзистор насыщается. Если в регуляторе-ограничителе тока базы используется транзисторный источник 21 тока, то за счет непинейной обратной связи с помощью фиксирующего диода 22 осуществляется пропорционально токовое управление силовым транзистором, а уменьшение потерь в транзисторном источнике тока достигается за счет подключения его к основной секции 19 управляющей обмотки.

При открытом силовом транзисторе ди- одныйфиксатор 14 находится под обратным смещением за счет управляющей обмотки 11 и не влияет на работу силового транзистора.

Ток, протекающий через силовой транзистор, создает на резистивном датчике 13 тока падение напряжения, приложенного к управляющему выводу тиристора 18. но не приводящее к открыванию тиристора при номинальных токах силового транзистора. При повышении тока коллектора силового транзистора выше определенной величины, а также в случае воздействия сигнала с узла 8 стабилизации выходного напряжения, тиристор 18 открывается и напряжение выключающей обмотки 17 прикладывается встречно напряжению основной секции 19

управляющей обмотки, а также запирающей полярностью прикладывается к быстродействующему диоду 10 и базовому эмиттерному переходу открытого силового

транзистора. Поскольку время восстановления обратного сопротивления быстродействующего диода меньше времени рассасывания неосновных носителей в базе силового транзистора, быстродействующий

0 диод закрывается, прерывая тем самым ток эмиттера силового транзистора. Если в регуляторе-ограничителе 12 тока базы использовался транзисторный источник 21 тока, то при срабатывании коммутирующего узла

5 12, выключение транзисторного источника тока осуществляется через шунтирующий диод 23.

После закрывания быстродействующего диода коллекторный ток силового транзи0 стора переключается в его базовую цепь и способствует форсированному рассасыванию неосновных носителей и запиранию ба- зо-коллекторного перехода. Происходит смена полярностей напряжения на обмот5 ках, ЭДС управляющей обмотки прикладывается запирающей полярностью к быстродействующему диоду, причем дополнительная секция 20 управляющей обмотки создает дополнительный запирающий по0 тенциал.

Окончательный спад коллекторного тока и протекание обратного коллекторного тока закрытого силового транзистора осуществляется через диодный фиксатор 14.

5Закрытое состояние транзисторного источника 21 тока поддерживается за счет обратного смещения его базоэмиттерного перехода.

Использование предлагаемого устрой0 ства позволяет осуществить эмиттернуо коммутацию силового транзистора с использованием диода без применения дополнительных высокочастотных транзисторных ключей, повысить надежность, упро5 стить схему, снизить потери на выключение, повысить диапазон рабочих частот за счет комбинированного использования методов пропорционально-токового управления и эмиттерной коммутации, увеличить КПД

0 преобразователя, осуществить эффективное регулирование и защиту, исключить явление вторичного пробоя, расширить область безопасной работы силового транзистора вплоть до предельных значений на5 пряжения Укб.

Формула изобретения 1. Преобразователь напряжения, содержащий входной выпрямитель с фильтром, первичную обмотку силового трансформатора соединенную первым выводом с положительным выводом входного выпрямителя, силовой транзистор, соединенный коллектором с другим выводом первичной обмотки, датчик тока силового транзистора, узел запуска, соединенный с базой силового транзистора, вторичную обмотку силового трансформатора через выходной выпрямитель с фильтром, подключенную к выходным выводам,подсоединенным к входу узла стабилизации выходного напряжения, о т л и - чающийся тем, что, с целью повышения надежности и КПД, в него введены быстродействующий диод, анодом подключенный к эмиттеру силового транзистора, а катодом - к цепи управляющей рбмотки, включенной последовательно с датчиком тока, встречно по отношению к первичной обмотке, регулятор-ограничитель тока базы, шунтирующий базоэмиттерный переход, быстродействующий диод и цепь управляющей обмотки, диодный фиксатор из нескольких последовательно соединенных диодов, число которых выбрано из условия обеспечения смещения базоэмиттерного перехода силового транзистора при включении, включен- ный между базой силового транзистора и отрицательным выводом входного выпрямителя, коммутирующий узел, состоящий из

гг

п

-%

е., i V.. J

ПР1

Ш

последовательно соединенных коммутирующего диода, выключающей обмотки и тиристора, при этом анод коммутирующего диода подключен к базе силового транзистора, при этом выключающая обмотка соединена встречно последовательно с цепью управляющей обмотки через тиристор, цепь управления которого соединена с датчиком тока и с выходом узла стабилизации.

3 Преобразователь по пп 1 и 2, о т л и- чающийся тем, что для уменьшения потерь, цепь управляющей обмот ки состоит из двух секций основной и дополнительной между которыми включен датчик тока

4

1

F

Фиг.2