Преобразователь постоянного напряжения Советский патент 1992 года по МПК H02M3/337 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в источниках электропитания вычислительной техники и радиоэлектронной аппаратуры.

Известен стабилизированный конвертор, содержащий инвертор на силовых транзисторах с выходным трансформатором, выходкой выпрямитель с фильтром, усилитель обратной связи, широтно-импульсный модулятор, блоки управления силовыми транзисторами, каждый из которых содержит отключающий транзистор, первый и второй резисторы, источник запирающего напряжения, диод, источник отпирающего напряжения и включающий транзистор.

Недостаток данного устройства заключается в низком КПД из-за больших потерь на управление силовыми транзисторами.

Известен преобразователь напряжения, содержащий два регулировочных транзистора, переключающий транзистор, два дросселя, преобразователь тока, трансформатор, четыре диода, пять резисторов и два конденсатора.

Недостатком известного устройства является также низкий КПД из-за отсутствия регулировки базового тока силового транзистора при закрывании.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является стабилизированный конвертор, содержащий инвертор на силовых транзисторах с выходным трансформатором, выходной выпрямитель с фильтром, к которому через усилитель об-, ратной связи подключен широтно-импульсный модулятор, выходы которого подключены к входам соответствующих

XI Х« 00 00 00 Ч

блоков управления силовыми транзисторами, каждый из которых содержит отключающий транзистор, к базе которого подключен первый резистор, источник запирающего напряжения, диод, источник отпирающего напряжения, первый выход которого подключен через включающий транзистор к второму резистору, второй вывод источника отпирающего напряжения имеет общую точку соединения с первым выводом источника запирающего напряжения, второй резистор подключен к базе силового транзистора, эмиттер которого соединен с указанной общей точкой соединения источников отпирающего и запирающего напряжений и первым резистором, второй вывод источника запирающего напряжения подключен к эмиттеру отключающего транзистора, база и коллектор которого образуют вход блока управления силовым транзистором, а указанный коллектор объединен с базой включающего транзистора, управляющий переход которого зашунтирован указанным диодом.

Недостатком данного известного устройства является низкий КПД, связанный с избытком основных носителей в базовом переходе силового транзистора, который приводит к тому, что при включении последнего время спада коллекторного тока увеличивается, а это приводит к увеличению рассеивания мгновенной мощности и, кроме того, для нормальной работы конвертора с учетом разброса параметров силовых транзисторов независимо от нагрузки необходимо в цепь базы силовых транзисторов подавать избыточный ток от источника отпирающего напряжения.

Целью изобретения является повышение КПД за счет снижения потерь на силовом транзисторе при выключении.

Цель достигается тем, что в преобразователь постоянного напряжения, содержащий выходной трансформатор, вторичная обмотка которого связана с выходными выводами, а первичная обмотка соединена с входными через силовые транзисторы, вход управления каждого из которых соединен с обмоткой согласующего трансформатора блока управления через управляющий узел, состоящий из включающего и выключающего транзисторов, проводимость которых совпадает с проводимостью силового транзистора, двухполярного источника напряжения, первый вывод которого присоединен к коллектору включающего транзистора, второй вывод - к эмиттеру выключающего транзистора, а общий вывод - к эмиттеру силового транзистора и через первый резистор - к базе выключающего

транзистора, соединенной через обмотку согласующего трансформатора блока управления и первый диод с базой включающего транзистора, эмиттер которого

подключен к первому выводу второго резистора, а база - к первому выводу второго диода, в каждый управляющий узел введены третий и четвертый диоды, дроссель и третий резистор, шунтирующий базоэмиттер0 ный переход силового транзистора, коллектор которого соединен через третий диод со вторым выводом второго резистора и через четвертый диод - с вторым выводом второго диода и базой силового транзисто5 ра, при этом дроссель включен между коллектором выключающего транзистора и базой включающего транзистора.

На чертеже представлена функциональная схема предложенного устройства.

0 Преобразователь постоянного напряжения содержит выходной трансформатор 1, выходная обмотка 2 которого связана с выходными выводами 3, а первичная обмотка А соединена с входными выводами 5 че5 рез силовые транзисторы 6-9, вход 10 управления каждого из которых соединен с обмоткой 11 согласующего трансформатора 12 блока 13 управления через управляющий узел 14, состоящий из включающего и вы0 ключающегося транзисторов 15 и 16, проводимость которых совпадает с проводимостью силовых транзисторов 6-9, двухполярного источника 17 напряжения, первый вывод которого присоединен к кол5 лектору включающего транзистора 15, второй вывод - к эмиттеру выключающего транзистора 16, а общий вывод к эмиттеру силового транзистора 9 и через первый резистор 18 - к базе выключающего транзи0 стора 16, соединенной через обмотку 11 согласующего трансформатора 12 блока управления 13 и первый диод 19 с базой включающего транзистора 15 и через второй диод 20 - с базой силового транзистора 9,

5 коллектор и база которого через третий и четвертый диоды 21 и 22 соответственно и второй резистор 23 подключены к эмиттеру включающего транзистора 15, база которого через дроссель 24 подключена к кол0 лектору выключающего транзистора 16, третий резистор 25 шунтирует база- эмиттерный переход силового транзистора 9.

Связь вторичной обмотки 2 выходного

5 трансформатора 1 соединена с выходными выводами 3 через выпрямитель 26 и фильтр 27, а вход 28 блока управления 13 подключен к выходным выводам 3.

Блок управления 13 содержит вспомогательный преобразователь 29, широтно-импульсный модулятор 30 и усилитель 31 обратной связи.

Преобразователь постоянного напряжения работает следующим образом.

При подаче напряжения на блок управления 13 последний вырабатывает переменное напряжение, которое поступает на двухполярные источники 17 напряжения каждого управляющего узла 14,

Силовые транзисторы 6-9 через управляющие узлы 14 управляются с помощью включающего транзистора 15 и выключающего транзистора 16, которые коммутируют напряжения от двухполярных источников 17 напряжения к их управляющим переходам. Управление включающим транзистором 15 осуществляется от обмотки 11 согласующего трансформатора 12 блока управления 13 импульсом положительной полярности, проходящим через диод 19.

Ток управления силовым транзистором 9 протекает от первого вывода двухполяр- ного источника 17 через коллектор-эмиттер- ный переход включающего транзистора 15, токоограничивающий резистор 23, диод 22, база-эмиттерный переход силового транзистора 9 и общий вывод двухполярного источника 17. При этом часть управляющего тока протекает через резистор 25, который уменьшает влияние паразитной емкости эмиттер-база силового транзистора 9 при работе преобразователя. Кроме того, резистор 25 повышает стабильность и надежность работы транзистора 9, т.к. из-за разброса элементов в моменты переключения транзисторов 15 и 16 может произойти зависание базы силового транзистора 9 (будет отсутствовать потенциал на базе), а это может привести к пробою силового транзистора 9. Резистор 25 с диодами 20 и 22 образуют делитель напряжения, который устраняет зависание базы силового транзистора 9 и стабилизирует его работу.

Если при протекании тока управления силовой транзистор 9 уходит в глубокое насыщение (избыточен становится базовый ток или мал ток коллектора силового транзистора 9), то напряжение на коллектор- эмиттерном переходе силового транзистора 9 падает до такой величины, когда откроется диод 21 и часть управляющего тока потечет через диод 21 на коллекторный переход силового транзистора 9, который за счет уменьшения тока управления в базе автоматически выйдет из зоны насыщения и будет находиться на границе этой зоны насыщения. Эта граница характеризуется минимальным временем выключения силового транзистора 9 и минимальный

вероятностью пробоя. При этом повышается КПД,

При отсутствии импульса управления на обмотке 11 или отрицательной его полярно- 5 сти включается выключающий транзистор 16 током управления через резистор 18 от двухполярного источника 17. Ток запирания силового транзистора 9 протекает по цепи:

0 общий вывод двухполярного источника 17, эмиттер-базовый переход силового транзистора 9, диод 20, дроссель 24, коллектор5 змиттерный переход выключающего транзистора 16 и второй вывод двухполярного источника 17. Индуктивность дросселя 24 выбирается малой величины, порядка 3-6 ft Тн и она корректирует фазу импульса вклю0 чающего тока базы выключающего транзистора 16 по отношению к спаду коллекторного тока силового транзистора 9 таким образом, чтобы оба тока спадали синхронно, что уменьшает вероятность пробоя

5 силового транзистора 9.

Длительность импульса тока выключения силового транзистора 9 и его величина определяются величиной заряда неосновных носителей база-эмиттерного перехода

0 силового транзистора 9 и постоянной времени отключающей цепи.

При запирании силового транзистора 9 запирающее напряжение на базовом его переходе ограничивается цепью диода 19, об5 мотки 11 и база-коллекторного перехода выключающего транзистора 16. При этом возникающий индуктивный выброс дросселя 24 очень мал, т.к. величина его индуктивности мала, и он гасится вышеуказанной

0 цепью и не может приводить к пробою база-эмиттерного перехода силового транзистора 9, а, следовательно, к нарушению работы преобразователя.

Следовательно, ток базы силового тран- зитсора 9 переходит от положительного

5 значения к отрицательному с регулируемой и умереннойскоростью и неосновные носители в коллекторном переходе имеют достаточное время для рекомбинации. Поэтому можно допускать прохождение по базе от0 рицательного тока большой величины в тот момент, когда силовой транзистор 9 входит в зону линейной работы, что позволяет уменьшить время удержания спада. Это можно назвать подбором отношения di/оЧи

5 достигается в выборе базового тока для этого регулируемого спада с помощью не- . большой индуктивности 24 порядка 3-6 д Гн и. частоте переключения 20 кГц. Стабилизация выходного напряжения а преобразователе осуществляется следующим образом. При увеличении выходного напряжения усилитель 31 блока управления 13 управляет

широтно-импульсным модулятором 30 таким образом, что длительность управляющего напряжения на ббмотке 11 уменьшается. При этом время включенного состояния силовых транзисторов 6 и 9 или 8 и 7 уменьшается, соответственно уменьшается и величина выходного напряжения преобразователя. При уменьшении выходного напряжения преобразователя. При уменьшении выходного напряжения длительность управляющих увеличивается, увеличивается время включения силовых транзисторов, а следовательно выходное напряжение, которое на выходных выводах 3 поддерживается постоянным.

Таким образом, введение в каждый управляющий узел третьего и четвертого диодов, дросселя и четвертого резистора позволило оптимизировать базовый ток силовых транзисторов и тем самым снизить потери при выключении, уменьшить вероятность пробоя силовых транзисторов, а следовательно, повысить КПД.

Формула изобретения 1. Преобразователь постоянного напряжения, содержащий выходной трансформатор, вторичная обмотка которого связана с входными выводами через силовые транзисторы, вход управления каждого из которых соединен с обмоткой согласующего трансформатора блока управления через управляющий узел, состоящий из включающего и . выключающего транзисторов, проводимость которых совпадает с проводимостью силового транзистора, двухполярного источника напряжения, первый вывод которого присоединен к коллектору включающего

транзистора, второй вывод - к эмиттеру выключающему транзистора, а общий вывод - к эмиттеру силового транзистора и через первый резистор - к базе выключающего транзистора, соединенной через обмотку

согласующего трансформатора блока управления и первый диод с базой включающего транзистора, эмиттер которого подключен к первому выводу второго резистора, а база - к первому выводу второго

диода, от л ича ющийся тем, что. с целью повышения КПД, в каждый управляющий узел введены третий и четвертый диоды, дроссель и третий резистор, шунтирующий базоэмиттерный переход силового транзистора, коллектор которого соединен через третий диод с вторым выводом второго резистора, соединенный через четвертый диод с базой силового транзистора, подключенной к второму выводу второго диода, при этом дроссель включен между коллектором выключающего транзистора и базой включающего транзистора.

2. Преобразователь по п. отличающийся тем, что связь вторичной обмотки

выходного трансформатора с выходными выводами осуществлена через выпрямитель и фильтр, а вход блока управления подключен к выходным выводам.

Использование: в системах вторичного электропитания. Сущность изобретения: преобразователь постоянного напряжения содержит выходной трансформатор, силовые транзисторы, вход управления каждого из которых соединен с обмоткой согласующего трансформатора через управляющий узел, состоящий из включающего и выключающего транзисторов, двухполярного источника напряжения, четыре диода, резистор и дроссель. Введение дросселя, включенного последовательно с выключающим транзистором, позволило улучшить процесс выключения силового транзистора, снизив величину импульсной мощности в момент выключения силового транзистора. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

vU&{tD 1C

I