Преобразователь постоянного напряжения Советский патент 1993 года по МПК H02M7/538 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитания и автоматики.

Целью изобретения является повышение КПД и надежности путем исключениях сквозных токов в широком диапазоне изменения нагрузки и при высоких частотах преобразования.

На фиг. 1 представлена электрическая схема преобразователя постоянного напряжения; на фиг. 2 - временные зависимости напряжений и токов.

Преобразователь постоянного напряжения содержит задающий генератор 1, па- рафазные выходы которого подключены через цепочки из резисторов 2 и 3, зашунти- рованных обратно включенными диодами 4 и 5 к обмотке управления 6 первого входного трансформатора Тик катодам диодов 8 и 9, аноды которых объединены и подключены к общему выходному выводу задающего генератора 1. Базовые обмотки 10 и 11 первого входного трансформатора 7 подключены к база-эмиттерным переходам дополнительных транзисторов 12 и 13, силовые электроды которых образуют последовательную цепь с силовыми электродами основных силовых транзисторов 14 и 15, причем коллектор силового транзистора 14 подключен к первому входному выводу, а эмиттер дополнительного транзистора 13 - ко второму входному выводу. Обмотка управления 16 второго входного трансформатора 17 подключена через резистор 18 к парафазным выходам задающего генератора 1, а базовые обмотки 19 и 20 - к базам силовых транзисторов 14 и 15 и к эмиттерам транзисторов 12 и 13. Базы силовых транзисторов 14 и 15 подключены через цепочки из последовательно включенных четырех диодов 21 и 22 к эмиттерам дополнительных транзисторов 12 и 13 соответственно. Средняя точка цепи из последовательно включенных транзисторов 14, 12, 15 и 13 подключена через последовательно соединенные токовые обмотки 23 и 24 входных трансформаторов 7 и 17 к одному выводу обмотки 25 выходного трансформатора 26, другой вывод которой подключен к средней точке цепи из последовательно включенных конденсаторов 27 и 28, крайние выводы которых подключены ко входным выводам. Ко вторичной обмотке 29 выходного трансформатора 26 подключена нагрузка 30.

Эпюры 31 и 32 (фиг. 2) соответствуют напряжениям на выходе задающего генератора 1, эпюры 33 и 34 - токам коллекторов транзисторов 14 и 15 соответственно.

Преобразователь постоянного напряжения работает следующим образом.

С парафазных выходов генератора возбуждения 1 поступают управляющие импульсы длительностью ti-to и на обмотку б трансформатора 7 и обмотку 16

трансформатора 17 через резисторы 2 и 3, 3 и 18 соответственно. В промежуток времени ti-to, благодаря положительной обратной связи через обмотку 23 трансформатора 7 и обмотку 24 трансформатора 17,транзисторы 12 и 14 находятся в открытом состоянии, а транзисторы 13 и 15 - в закрытом. При этом на верхнем выходе генератора 1 возбуждения существует напряжение положительной полярности, а на нижнем выходе

5 напряжения равно нулю (эпюра 31, полярность без скобок). Диоды 4,8 и 9 находятся в непроводящем состоянии, а диод 5 - в проводящем. В момент времени ti происходит изменение напряжений на парафазных

0 выходах генератора 1 возбуждения - на верхнем выходе напряжение становится равным нулю, а на нижнем выходе - положительное напряжение (эпюра 32, полярность в скобках). Ввиду того, что

5 транзисторы 12 и 14 запираются не мгновенно, а с некоторой задержкой, направление токов через токовые обмотки 23 и 24 трансформаторов 7 и 17 сохраняется неизменным, поэтому остается неизменным по0 лярность напряжений на всех остальных его обмотках (полярность напряжений на катодах диодов 8 и 9 без скобок). Диод 4 переходит в проводящее состояние, а вместе с ним переходит в проводящее состояние диод 9.

5 Диоды 5 и 8 находятся в непроводящем состоянии. Обмотка 6 трансформатора 7 оказывается зашунтированной накоротко проводящими диодами 4 и 9 и малым выходным сопротивление микросхемы верхнего

0 парафазного выхода задающего генератора 1, Напряжение на база-эмиттерном переходе дополнительного низковольтного быстродействующего транзистора 12, подключенного к обмотке 10 трансформа5 тора 7 становится равным нулю, и в момент времени т.2 последний запирается, разрывая цепь эмиттера силового транзистора 14. Диодная цепочка 21 переходит в проводящее состояние, происходит форсированное рас0 сасывание заряда в коллекторно-базовом переходе транзистора 14, после чего происходит резкое уменьшение тока его коллектора, а также уменьшение тока через токовые обмотки 23 и 24 трансформаторов 23 и 24

5 трансформаторов 7 и 17 (момент времени ts). Вследствие проводящего состояния диода 9, отпирающее напряжение с нижнего выхода генератора возбуждения 1 во время переходного процесса запирания t/i-ti транзисторов 12 и 14 падает на резистор 3 и не

достигает обмотки 6 трансформатора 7, чем достигается блокирование отпирания транзисторов 13 и 15 до момента t4, соответству- ющего запиранию транзистора 14. Величины сопротивлений резисторов 2, 3 и 18 выбираются из условия отпирания транзисторов в режиме холостого хода, а при подключенной нагрузке степень отпирания поддерживается автоматически благодаря положительной токовой обратной связи че- рез токовые обмотки 23 и 24 трансформаторов 7 и 17, подключенных последовательно с первичной обмоткой 25 выходного трансформатора 26. Количество диодов в диодной цепочке 21 и 22 выбирается из условия их непроводящего состояния при открытых дополнительных транзисторах 12 и 13. После запирания транзистора 14 (момент времени т.4) снимается блокирование отпирания с нижнего выхода генератора возбуждения 1, которое прикладывается через резисторы 3 и 18 к обмоткам 6 и 16 трансформаторов 7 и 17 (промежуток времени ts-14). В следующем такте процессы протекают аналогично.

Вследствие наличия токовой обратной связи в трансформаторах 7 и 17, блокирование отпирания транзисторов 13 и 15 существует до момента полного запирания транзисторов 12 и 14, чем исключается сквозные токи через силовые транзисторы, а также потери при изменении нагрузки, т.к. величины базовых токов оказываются пропорциональными величинам их коллекторных токов, что повышает КПД и надежность преобразователя постоянного напряжения на высоких частотах преобразования и изменяющейся нагрузке.

Формула изобретения Преобразователь постоянного напря- жения, содержащий усилитель мощности,

выполненный по полумостовой схеме на силовых транзисторных ключах, состоящих из последовательно-соединенных основных и дополнительных транзисторов, два входных трансформатора, цепь токовой обмотки первого из которых через выходные выводы присоединена к диагонали переменного тока схемы, блок управления, выходные выводы которого присоединены к обмотке управления, содержащий задающий генератор, диоды, резисторы, отличающий- с я тем, что, с целью повышения КПД и надежности путем исключения сквозных токов в широком диапазоне изменения нагрузки и при высоких частотах преобразования, базовые обмотки первого входного трансформатора подсоединены к базоэмиттерным переходам дополнительных транзисторов соответственно, а базовые обмотки второго входного трансформатора включены между базами основных и эмиттерами дополнительных транзисторов соответственно, и зашунтиро- ваны диодными цепочками, реализуя положительную обратную связь, при этом токовая обмотка второго входного трансформатора включена последовательно в цепь токовой обмотке первого входного трансформатора, а упомянутая обмотка управления расположена на сердечнике первого входного трансформатора и подсоединена к анодам первых диодов и катодам вторых диодов, аноды которых присоединены к общему выводу задающего генератора, формирующего однополярные импульсы на своих парафазных выходах, соединенных с катодами первых диодов, шунтирующих резисторы, а парафазные выходы задающего генератора соединены с выводами введенной обмотки управления второго входного трансформатора.

2

Использование: в электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитания и автоматики. Сущность изобретения: силовые (14, 15) и дополнительные (12, 13) транзисторы преобразователя, выполненного по полумосто- в;ой схеме, возбуждаются от базовых о 5моток(10, 11) отдельных входных токовых трансформаторов (7, 17), токовые обмотки