Преобразователь напряжения на транзисторах Советский патент 1974 года по МПК H02M7/52 

1

Изобретение может быть использовано в устройствах управления тиристорными преобразователями.

Известен преобразователь напряжения на транзисторах, содержащий стабилизированный по частоте генератор, транзисторный ключ и двухтактный усилитель мощности.

Целью изобретения является повышение стабильности частоты выходного напряжения при колебаниях напряжения питания и нагрузки и упрощение преобразователя.

Это достигается тем, что в предлагаемом преобразователе транзисторный ключ образует одно из плеч двухтактного усилителя мощности, причем общая точка времязадающего коЕщенсатора и эмиттера транзистора генератора соединена через диод с коллектором транзистора ключа.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема предлагаемого преобразователя напряжения; на фиг. 2 - цепь заряда времязадаюuiero конденсатора; на фиг. 3 - эквивалентная схема трансформатора; на фиг. 4 - кривые изменения переходных электрических величин при колебательном характере процесса; на фиг. 5 - кривые изменения переходных электрических величин при апериодическом характере переходного процесса; на фиг. 6 - временные диаграммы изменения токов и напряжения для случая, когда переходные процессы в контурах коммутации имеют колебательный характер.

Преобразователь напряжения на транзисторах (фиг. 1) содержит стабилизированный по частоте генератор, выполненный на транзисторе 1, конденсаторе 2 и трансформаторе 3; ключ, выполненный на транзисторе 4, который одновременно образует одно плечо двухтактного усилителя мощности; второе плечо усилителя мощности образует транзистор 5, диод 6 л выходной трансформатор 7 преобразователя (8-11 - обмотки трансформатора 3).

Место соединения времязадающего конденсатора 2 и эмиттера транзистора 1 генератора соединено через диод 6 с коллектором транзистора 4 ключа.

Преобразователь напряжения работает следующим образом.

В первоначальный момент при подключении источника питания за счет тока утечки транзистора 1 начинает заряжаться времязадающий конденсатор 2. Ток заряда, протекая по обмотке 9 трансформатора 3, наводит э. д. с. в обмотке 8, которая приотрывает транзистор 1, вызывая возрастание коллекторного тока. В дальнейшем этот процесс носит лавинообразный характер, при котором транзистор 1 полностью отпирается и входит в режим насыщения. Конденсатор 2 заряжается через открытый транзистор 1. Цепь заряда конденсатора можно представить так, как изображено на фиг. 2, исходя из эквивалентной схемы трансформатора, представленной на фиг. 6, если пренебречь индуктивностями рассеяния /-J, и LS, ввиду того, что их величина незначительна по сравнению с индуктивностью намагничивания L,. На фиг. 2; Га - сумма активного сопротивления обмотки 8 трансформатора и сопротивления открытого транзистора 1; н -приведенная к первичной обмотке 8 трансформатора сумма сопротивлений нагрузок и активных сопротивлений вторичных обмоток трансформатора 3. Так же представляется н эквивалентная цепь разряда конденсатора 2.

При подключении цепи, изображенной на фиг. 2, к источнику постоянного напряжения переходный процесс в ней может носить либо колебательный, либо апериодический характер, в зависимости от соотношения параметров R-, L-, С-элементов. При апериодическом характере переходных процессов сущность работы преобразователя не меняется.

В момент времени to через открытый транзистор 1 заряжается конденсатор 2; диаграмма его напряжения изображена на фиг. 6,с. Диаграмма тока намагничивания трансформатора 3 представлена на фиг. 6, б. Напряжение на первичной обмотке 9 изменяется по закону dL

-Ln

и вначале нарастает почти скачdt

ком, а затем спадает до нуля в точке максимума тока намагничивания (фиг. 6,0). Напряжения на обмотках 8, 10 и 11, которые приложены к базам транзисторов 1, 4 и 5 соответственно, представлены на фиг. 6, г, д, е, причем напряжения на обмотках 8 н 11 совпадают по знаку, и транзисторы 1 и 5 находятся в открытом состоянии. Через открытый транзистор 5 и одну половину первичной обмотки выходного трансформатора 7 протекает ток от источника питания.

Нанряжение на обмотке 10 противоположно по знаку напряжениям на обмотках 8 и 11. Транзистор 4 находится в закрытом состоянии. Далее в момент времени /i ток намагничивания трансформатора 3 достигает максимума.

di.

В этой точке его производная - равна нулю, и, следовательно, становится равным нулю напряжение Uw, на обмотке 9 трансформатора 3, а также напряжения на других обмотках. Так как нанряжение на базе транзистора 1 снижается до нуля, последний выходит из режима насыщения и переходит в режим усиления, коллекторный ток его при этом уменьшается. Ток намагничивания ip. меняет знак своей производной на противоположный, меняется и знак напряжения на обмотках 8-11.

Транзисторы 1 и 5 запираются, а транзистор 4 открывается. Этот процесс носит лавинообразный характер. Конденсатор 2 разряжается через открытый транзистор 4, ток источника питания замыкается через вторую половину первичной обмотки выходного трансформатора 7. Процессы, происходящие при разряде конденсатора 2 через транзистор 4, носят характер, аналогичный процессам при заряде, с той лишь разницей, что ток намагничивания i трансформатора 3 меняет знак на противоположный (фиг. 6, б). Нарастая в момент времени tz, этот ток достигает максимума, его производная становится равной нулю, а затем меняет знак на противоположный. Соответственно, вначале спадают до нуля напряжения на обмотках 8, 9 и 11, которые затем меняют свой знак. Транзистор 4 лавинообразно закрывается, а транзисторы 1 и 5 лавинообразно открываются. Далее процессы, происходящие в устройстве, протекают аналогично вышеописанным. Транзисторы 4 и 5 поочередно открываются, и через обе половины первичной

обмотки выходного трансформатора 7 протекает ток, создающий магнитный поток переменного направления, который обусловливает появление переменного напряжения во вторичной обмотке выходного трансформатора.

Диаграммы напряжений /(к-э)ь (к-э)4, t/(K-3)5 на коллекторно-эмиттерных переходах транзисторов 1, 4 и 5 изображены на фиг. 6, ж, и, к, а диаграмма выходного напряжения - на фиг. 6, ./г.

Коммутация транзисторов 1 и 4 при апериодическом характере процессов заряда и разряда конденсатора 2 происходит в точке максимума сока намагничивания (фиг. 5), поэтому процессы, происходящие в преобразователе напряжения в принципе ничем существенным не

отличаются от процессов, происходящих при

колебательном характере заряда и разряда

конденсатора 2.

Из изложенного следует, что период, а следовательно, частота переменного напряжения на выходе преобразователя определяются длительностью протекания тока от источника питания через попеременное открытые транзисторы 4 и 5, а длительность открытого состояния транзисторов определяется длительностью переходных процессов, протекающих при заряде и разряде конденсатора 2.

Как указывалось выше, переключение транзисторов 1, 4 и 5 происходит в момент максимума тока намагничивания трансформатора 3. Достижение этого максимума тока как при колебательном, так и при апериодическом характере переходных процессов зависит от параметров контура коммутации и не зависит от

напряжения источника питания, а также и от нагрузки, так как она не входит в контуры коммутации.

При изменении напряжения источника питания меняется амплитуда тока, протекающего через индуктивность намагничивания, а точка максимума не меняет своего временного положения (на фиг. 6,6 изображено пунктиром). Таким образом, частота выходного напряжения преобразователя не зависит от

колебаний напряжения источника питания в

широких пределах, а также от колебаний нагрузки.

Предмет изобретения

Преобразователь напряжения на транзисторах, содержащий стабилизированный по частоте генератор, транзисторный ключ и двухтактный усилитель мощности, отличающийся тем, что, с целью повыщения стабильности частоты выходного напряжения при колебаниях напряжения питания и нагрузки и упрощения преобразователя, транзисторный ключ образует одно из плеч двухтактного усилителя мощности, причем общая точка времязадающего конденсатора и эмиттера транзистора генератора через диод соединена с коллектором транзистора ключа.

п-г

л

+ . 2

Фиг. 1