Стабилизированный транзисторный конвертор Советский патент 1978 года по МПК H02M3/335 

(54) СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ ТРАНЗИСТОРНЫЙ КШВЕРТОР го ключа и выходного инвертирующего каскада сигналов. Целью изобретения является увеличение КПД конвертора. Поставленная цель достигается тем, что первичные обмотки управляющих трансформаторов включены последовательно между собой и соединены с управляемыми от задающего генератора дополнительными транзисторами по схеме стабилизированного по току двухтактного ключевого усилителя мощности. На фиг. 1 представлена схема стабилизированного транзисторного конвертора; на фиг. 2 - вариант схемы модулятора длительности импульсов (Точки а,б,в,г,д,е схемы соответствуют точкам подключения модулятора в схеме фиг. 1). На фиг. 1 приняты следующие обозначения: тумблер 1, транзисторный переключатель 2, токоограничивающий резистор 3, источник питания 4, задающий генератор .5 переменного прямоугольного напряжения, резистор 6, тра,нсформатор 7 задающего генератора с обмотка.ми 7i-7з, стабилитрон 8, резистор 9, токостабилизирующий транзистор 10, двухтактный клюевой усилитель 11 мощности, резистор 12, диоды 13, 14, транзисторы 15, 16, стабилитрон 17, резистор 18, управляющий трансформатор 19 регулирующего ключа с обмотками 19i - 195, первый управляющий трансформатор выходного инвертирующего каскада с обмотками 20i-204, второй управляющий трансформатор выходного инвертирующего каскада с об(отками 211-244, регулирующий ключ 22, выходной инвертирующий каскад 23, силовой трансформатор с обмотками 241-244, выходной выпрямитель 25, фильтрующий конденсатор 26, нагрузка 27 конвертора, фильтрующий дроссель 28, диод 29, диод 30, стабилитрон 31,выпрямитель 32, модулятор 33 длительности импульсов, щунтирующий транзистор 34, выпрямитель 35, конденсаторы 36, 37. При замыкании тумблера 1 в базу транзисторного переключателя 2 через токоограничивающий резистор 3 от источника 4 питания поступает отпирающий ток, и транзисторный переключатель 2 переходит в состояние «Замкнуто, а задающий генератор 5 через резистор 6 и насыщенный транзистор 2 подключается к источнику 4 питания. При этом начинается формирование переменных прямоугольных напряжений на всех обмотках 7-7з трансформатора. Стабилитрон 8 в процессе запуска обеспечивает ограничение напряжения питания задающего генератора. Одновременно через резистор 9 в базу транзистора 10, являющегося токостабилизирующим элементом ключевого усилителя 11 работающего в линейном режиме, поступает отпирающий ток. От обмотки 1 г трансформатора через соответствующий резистор 12 и диод 13-(или 14) в базу транзистора 15 (или 16) попеременно поступают отпирающие и запирающие сигналы, длительности которых соответствуют полупериоду работы задающего генератора. Транзисторы 15 и 16 работают в ключевом режиме, и благодаря этому через каждый полупериод происходит переключение коллекторного тока транзистора 10 с коллектор ной цепи транзистора 15 на коллекторную цепь транзистора 16 и обратно. Наличие стабилитрона 17 и резистора 18 обеспечивает стабилизацию коллекторного тока транзистора 10 и, следовательно, стабилизацию в течение соответствуюпдего полупериода тока через последовательно соединенные первичные обмотки 191, 20i, 211 (или Ша, 202, 212) управляющих трансформаторов. Вторичные обмотки 19з и 194 управляЕощего трансформатора обеспечивают ком.мутацию транзисторов ключа 22, а вторичные обмотки 20,j, 204 и 21,3, 214 управляющих трансформаторов коммутацию транзисторов вы ходного инвертирующего каскада 23. При этом на всех обмотках 241-244 силового трансформатора появляется переменное прямоугольное напряжение, и от обмотки 24j трансформатора через выпрямитель 25 начинается заряд, фильтрующего конденсатора 26, соединенного с нагрузкой 27. Фильтрующий дроссель 28 обеспечивает работу выходного инвертирующего каскада 23 в режиме генератора тока на входе. В интервалах времени, когда регулирующий ключ 22 разомнут, ток дросселя 28 протекает через диод 29. Диод 30 обеспечивает ограничение напряжений на транзисторах выходного инвертирующего каскада 23 на уровне напряжения источника 4 питания при их переключениях. В процессе увеличения напряжения на нагрузке 27 увеличивается напряжение на всех обмотках силового трансформатора (24), и в тот момент времени, когда напряжение на об мотке 24з этого трансформатора превыщает опорное напряжение стабилитрона 31, транзисторный переключатель 2 переходит в состояние «Разомкнуто, ток через резистор 6 становится равным нулю, и в дальнейщем питание задающего генератора 5 и стабилизированного по току ключевого усилителя 11 мощности осуществляется от обмотки 244 силового трансформатора через выпрямитель 32. Включенный параллельно нагрузке 27 модулятор 33 длительности импульсов (точки а, г) синхронизирован по частоте с задающим генератором 5с помощью обмотки 7з (точки б, в) трансформатора таким образом, что частота работы модулятора длительности импульсов в два раза превышает частоту работы задающего генератора. Зависимость длительности импульсов тока на выходе модулятора (точки д, е) определяется параметрами его элементов, причем при наличии таких импульсов обмотка IQs управляющего трансформатора через выпрямитель 35 закорочена насыщенным щунтирующим транзистором 34, вследствие чего через базовые цепи транзисторов регулирующего ключа 22 токи не протекают, и эти транзисторы выключены. В зоне стабилизации напряжения на нагрузке 27 модулятор 33 длительности импульсов обеспечивает действие в схеме отрицательной обратной связи таким образом, что увеличение напряжения на нагрузке 27 обусловливает увеличение длительности выходных импульсов тока модулятора и, следовательно, длительности включенного состояния транзистора 34. При этом увеличивается длительность разомкнутого состояния регулирующего ключа 22 и уменыпается энергия, ноступающая в конвертор от источника 4 питания, что приводит к автоматическому уменьшению напряжения на нагрузке 27 до первоначального значения. В установившемся режиме напряжение на всех обмотках трансформатора 24 имеет форму меандра и стабилизировано по амплитуде. Значения напряжений на обмотках 19i и 19 трансформатора (при выключенном транзисторе 34 и замкнутом регулирующем ключе 22), 2Ji и 202 трансформатора (20), 211 и 212 трансформатора (21) определяются произведениями прямых падений напряжений на переходах проводящих транзисторов регулирующего ключа 22 и выходного инвертирующего каскада 23 на соответствующие коэффициенты трансфор.мации обмоток 19,, 194 трансформатора (19), 20.3, 204 трансформатора (20) и 2Ь, 214 трансформатора (21). Так как напряжения на обмотках 19,j, 194, 20.3, 204, 21,j,.2l4 равны прямым падениям напряжений на переходах эмиттер-база соответствующих силовых транзисторов, то наличие последовательно включенных обмоток 191, 201. 21 1 и 192, 20о, 212 обеспечивает уменьшение необходимого напряжения питания ключевого усилителя 11 мощности при стабилизированных токах без проводящих транзисторов регулирующего ключа 22 и выходного инвертирующего каскада 23, что при достаточной простоте схемы и возможном значительном разбросе входных характеристик-силовых транзисторов обеспечивает получение высокого КПД схемы. Наличие в схеме конденсаторов 36, 37 небольшой емкости обусловлено неидеальностью фронтов переменных прямоугольных напряжений на обмотках трансформатора 24. Основными блоками модулятора являются преобразователь 38 напряжения в ток и управляемый одновибратор 39 (фиг. 2). В режиме стабилизации при увеличении напряжения на нагрузке конвертора, т. е. напряжения между точками а, г, увеличивается напряжение на резисторе 40 резисторного делителя (40, 41), так как благодаря наличию стабилитрона 42, щунтированного конденсатором 43 и соединенного с точкой г резистором 44, напряжение на резисторе 41 при этом практически не изменяется. Увеличение напряжения на резисторе 40, и, следовательно, тока через этот резистор обусловливает уменьшение токов базы и коллектора 45, работающего в линейном режиме. При этом уменьщается ток коллектора 46, также работающего в линейном режиме. В момент изменения полярности напряжения на обмотке 7з трансформатора изменяется полярность напряжения между точками бив, и через дифференциирующий кoндeнtaтop 47 выпрямитель 48, диод 49, времязадающий конденсатор 50 в базу насыщенного транзистора 51 поступает запирающий импульс тока, благодаря чему транзистор 52 одновибратора переходит в область насыщения, а тр;.ч:зистор 51В область отсечки. 1-1ач -1 ается сг;1Д 1ч riL4Aepжки одноБибратора, на «(лорой MCIICM резистог) 53, переход база-эмиттер транз1 стора 34, соединенный с точками е, д, и насыщенны транзистор 52 протекает ток, соответстнующиГ ныходно.му импульсу модулятора. Дштелыюсть стадии выдержки определяется временем разря да конденсатора 50 до такого напряжения, upi котором транзистор 51 переходит нз области отсечки в активную область. Так как сопротивление резистора 54 постоянно, то от.меченное выше уменьшение по сравнению с пред1пествующим периодом коллекторного тока транзистора 46 обусловливает замедление процесса разряда конденсатора 50 и, следовательно, увеличение длительности стадии выдержки nocpaisнению с соответствующей длительностью на предшествующем периоде, что приводит к умепь И1ению напряжения на нагрузке конвертора до прежнего значения. Резистор 55 одновнбратора предназначен для обеспечения заряда конденсатора 50 .ю исходного напряжения после окончания стадии выдержки. Через резистор.56 на стадии выдержки протекает ток базы транзистора 52. С помощью резисторов 57, 58 обеспечивается активное запирание транзистора 34 на интервале равенства нулю выходного тока модулятора. Диод 59 обеспечивает защиту перехода эм1ггтербаза транзистора 51 от повыщенного обратного напряжения на стадии выдержки. Диоды 60, 61 обеспечивают включенное состояние транзистора 52 при работе транзистора 51 в области насыщения. Применение изобретения в практичсски.х разработках при использовании в качестве источника энергии стандартной сети 220 В 50 Гц переменного тока (с при.менением на входе BI,Iпрямителя и конденсаторного фильтра) обеспечивает возможность построения высокоэкономичных малогабаритных вторичных источников питания с бестрансфор.маторным входом. Формула изобретения Стабилизированный транзисторный конвертор, содержащий задающий генератор переменного прямоугольного напряжения, регулирующий ключ, выходной инвертирующий каскад с силовым трансформатором, а также соответствующие регулирующему ключу и инверт 1рующему каскаду и связанные е их входами управляющие трансформаторы, отличающийся тем, что, с целью увеличения КПД первичные обмотки управляющих трансформаторов включены последовательно между собой и соедин ены с управляемыми от задающего генератора дополнительными транзисторами по схеме стабилизированного по току двухтактного ключевого усилителя .мощности. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе: 1.Авторское свидетельство СССР № 501455, кл. Н 02 М 3/315, 1974. 2.Авторское свидетельство СССР N° 501456, кл. Н 02 М 3/32, 1974.

1

иг. 2