Конвертор Советский патент 1979 года по МПК H02M3/155 

1

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано, в устройствах электропитания аппаратуры различного назначения.

Известен преобразователь постоянного напряжения с самовозбуждением и иасыпхающимся выходным трансформатором, построенный по схеме с трансформаторной положительной обратной связью 1.

Наиболее близким к данному изобретению является конвертор, содержащий автогенератор с самовозбуждением, состоящий из двух транзисторов одного типа проводимости, включенных по схеме с общим эмиттером, с резисторами в базовых цепях и трансформатора с коллекторными, базовыми и выходными обмотками, причем в коллекторную цепь каждого из указанных транзисторов включена соответствующая коллекторная обмотка трансформатора, а в базовую цепь - обмотка трансформатора 2.

Однако у известного устройства либо транзисторы используются неэффективно, либо присутствуют пиковые токовые перегрузки транзисторов. Параллельное включение нескольких транзисторов с целью устранения пиковых токовых перегрузок уменьшает коэффициент использования транзисторов по току и КПД конвертора и ухудшает весогабаритные показатели устройства. Включение балластных резисторов в

коллекторные цепи транзисторов приводит к утрате мягкого режима самовозбуждения автогенератора.

Целью изобретения является повышение эффективности использования транзисторов,

устранение пиковых токовых перегрузок транзисторов .и сохранение мягкого режима самовозбуждения.

Цель достигается тем, что конвертор снабжен двумя балластными резисторами, каж- дый из которых включен в коллекторную цепь соответствующего транзистора между питающей шиной и коллекторной обмоткой трансформатора, и двумя последовательными цепями из резистора и включенного в прямом направлении полупроводникового диода, каждая из которых включена между базой транзистора и точкой соединения балластного резистора с обмоткой трансформатора. На фиг. I представлена принципиальная электрическая схема конвертора; на фиг. 2 временная диаграмма выходного тока. Устройство выполнено по схеме автогенератора с самовозбуждением и содержит транзисторы 1 и 2 одного типа проводимости, включенные по схеме с общим эмиттером, и трансформатор 3 с двумя коллекторными (W), двумя базовыми (Wg) и двумя выходными (Wg) обмотками. Последовательно с базовой обмоткой в каждом каскаде включен базовый резистор 4 и 5 соответственно, задающий величину тока базы при открывании транзистора и величину выключающего тока при закрывании транзистора. Диоды 6 и 7 шунтируют переходы база-эмиттер транзисторов 1 и 2, ограничивая величину обратного напряжения на этих переходах. Последовательно с каждой коллекторной обмоткой трансформатора 3 включены балластные резисторы 8 и 9, ограничивающие величину пиковых значений тока коллектора транзисторов 1 и 2 соответственно. Между точками соединения коллекторных обмоток трансформатора 3 с балластными резисторами 8 и 9 и базами соответствующих транзисторов 1 и 2 включены цепи, состоящие из последовательно соединенных резисторов 10 или 11 и полупроводниковых диодов 12 или 13 соОтветственно, причем диоды включены в прямой полярности. Диоды 14 и 15 служат вентилями двухполупериодного выпрямителя на выходе схемы. Резистор 16 служит нагрузкой конвертора, конденсатор 17 фильтрует выходное напряжение. Резистор 10 (11) выбирается так, чтобы транзистор 1 (2) при отсутствии колебаний находился в активном режиме, что определяет наличие усилительнь1х свойств каскада и, как следствие, величина коэффициента усиления цепи обратной связи оказывается достаточной для того, чтобы обеспечивался мягкий режим самовозбуждения. Наличие полупроводникового диода 12 (13) в цепи линейной отрицательной обратной связи по постоянному току в каждом каскаде обеспечивает фиксацию рабочей точки транзистора в активной области при отсутствии, колебаний практически при любом значении коэффициента усилениятранзистора по току. Поскольку в каждом усилительном каскаде имеется свой автономный контур отрицательной обратной связи по постоянному току, рабочая точка транзистора в каждом каскаде при отсутствии колебаний автоматически устанавливается в активной области независимо от разброса параметров тран зисторов в разных каскадах. В режиме установивтпихся колебаний управление транзисторами происходит по цепям положительной обратной связи по переменному току, которые независимы от цепей отрицательной обратной связи по постоянному току, а влияние последних на работу транзисторов в этом режиме несущественно. Если величина сопротивления балластного резистора (8 и 9) выбрана из условия , где Е„акс-: максимальная величина напряжения питания; I к.доп- величина допустимого коллекторного тока транзистора, то наличие балластных резисторов 8 и 9 в коллекторной цепи каждого транзистора 1 и 2 соответственно определяет невозможность превышения коллекторного тока допустимой величины при любых режимах рабоТь конвертора, в том числе и в режиме короткого замыкания на выходе (в нагрузке). При к.з. на выходе в схеме просто срываются колебания; они вновь возникают после устранения к. з., при этом конвертор полностью сохраняет свою работоспособность. Трансформатор в этой схеме может использоваться как линейный, так и на сердечнике с прямоугольной петлей гистерезиса (ППГ). Причем схема допускает применение линейного трансформатора, работающего как с насыщением сердечника, так и в линейном режиме (без насыщения сердечника). Однако наиболее целесообразно применение в такой схеме трансформатора на сердечнике с ППГ. Это существенно снижает величину пульсаций выходного напряжения на чисто активной нагрузке, т. е. позволяет уменьщить величину фильтрующего конденсатора. Так на фиг. 2а показана эпюра тока нагрузки 1„ при отсутствии фильтра на выходе для варианта использования линейного трансформаторэ, работающего с насыщением сердечника. Фиг. 26 соответствует случаю использования линейного трансформатора влинейном режиме, а фиг. 2 в -случаю применения трансформатора на сердечнике с ППГ. Конверторы с самовозбуждением обычно используются при преобразовании небольшой мощности, поэтому некоторое снижение КПД схемы, связанное с введением балластных резисторов, в этом случае, как правило, вполне допустимо. Формула изобретения Конвертор, содержащий автогенератор с самовозбуждением, с:остояЦгий из двух транзисторов одного типа пров одимОсти, включенных по схеме с общим эмиттером, с резисторами в базовых цепях и трансформатора с коллекторными, базовыми и выходными обмотками, причем. в коллекторную цепь каждого из указанных транзисторов включена соответствующая коллекторная обмотка трансформатора, а в базовую цепь - базовая обмотка трансформатора, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности использования транзисторов, устранения пиковых токовых перегрузок транзисторов и сохранения мягкого режима самовозбуждения, он снабжен двумя балластными резисторами, каждый из которых включей в коллекторнуюцепь соответствующего транзистора между питающей шиной и кол.лекторной обмоткой трансформатора и двумя последовательными цепями из резистора и включенного в прямом направлении полупроводникового диода, каждая из которых включена между базой транзистора и точкой соединения балластного резистора с обмоткой трансформатора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Васильева И. К- и др. Анализ переходных процессов в транзисторном преобразователе напряжения-Сб. «Полупроводниковые приборы в технике электросвязи. Под ред. Николаевского И. Ф. «Связь, вып. I, 1967. 2. Источники электропитания на полупроводниковых приборах. Под ред. Додика С. Д. и Гальперина Е. И. М., «Сов. радио, 1969, с. 227-292, рис. Via.

А

IH

IH