Регулируемый конвертор Советский патент 1980 года по МПК H02M3/335 

I

Изобретение относится к эпектрЪтехнике и может найти применение в автономных системах эпектропитания аппарат туры связи и автоматики.

Известнь преобразователи напряжения содержащие задающий генератор, усилитель мощности, выпрямитель с (}мльтром и схему защиты от перегрузок, например l .

Недостатком известного преобразова теля является низкий КПД, т.к. в нем задающий генератор и схема защить питаются от низкого напряжения, полученного из высокого напряжения посредством гашения большей части напряжения на балластном резисторе.

Наиболее близкям техническим р ением к предлагаемому изобретению является однотактнь й регулируемый конвертор постоянного напряжения, содержаший силовой и вспомогательный усилительные каскады, включенные в первичные попуобмотки выходного трансформатора,-вторичная обмотка которого нагружена на однополупериодный выпрямитель с LCD -фипьтром, а также модулятор шири11ы импуль- сов, управляющий коммутацией транзистора силового каскада, и схему управления

р , Недостатками этого преобразователя являются низкая функциональная надежность, так как в нем не обеспечивается защита элементов схейы при коротких замыканиях, и значительные потери мощности в модуляторе ширины импульсов и в цепи возбуждения силового транзистора, особенно при повышенном входном напря- . жении.

Целью данного изобретения является повышение функциональной надежности и КПД преобразователя.

Поставленная цель достигается тем, что регулируемый транзисторный конвертбр; содержащий силовой и вспомогательный усилительные транзисторные каскады, включенные в первичные полуобмотки выходного грансфс4эмат ора, вторичная обмотка которого нагружена на однополупериод-ный выпрямитель и L СД-фильтр, а так vkoV о/1улятор 111И1 ины импупьсоп и схему угт)аТ,лР1П1я, сттабжен первым и вторым дополнитолыгыми транзисторами, выходной TpaHC({x3pN aTop снабжен дополнительной обмогкой с последовательно включенным первым диодом, а модулятор иирины импульсов выполнен в виде дополнительного транс юрмагора с первичной, вторичной обмотками и обмоткой управления с посЬедовательно включенным вторым диодом, причем первичная обмотка дополнительного трансформатора через ограгшчительный ре зйс тор вкпю чё на пара л л ел ьйО йросс ё лк упомянутого фильтра, обмотка управления через второй диод подключена к схеме управления, втори ная обмотка через первую параллельную RC-цепочку подключена к параллельно соединенным входам первого и второго дополнительных транзисторов, эмиттеры которых соединены через вторую параллельную RC-цепочку с базой транзистора силового усилительного каскада, крллектор первого дополнительного транзистора соединен с эмиттером транзистора силового усилительного каскада, коллектор второго дополнительного транзистора подключен к одному из концов дополнительнрй обмотки выходного трансформатора через первый дИод, другой конец которой соединен с эмиттером силового транзистора усилительнот о каскада, а меж ; ду коллектором второго дополнительного транзистора и средней точкой первичных полуобмоток выходного т зансформатора включена третья параллельная RC-цепочка. На чертеже представлена принципиальпая схема регулируемого конвертора. Конвертор содержит силовой 1 и вспомогательный 2 усилительные транзисторные каскады, включенные в первичные полуобмотки 3 и 4 выходного трансфор матора 5. Вторичная обмотка 6 выходного трансформатора 5 нагружена на однополупериодный выпрямитель 7 и tiCflфильтров с дросселем 9. Преобразователь снабжен первым 1О и вторым 11 дополнительными- транзисторами. Выходной трансформатор 5 снабжен дополнительной обмоткой 12 с последовательно включенным первым диодом 13. Модулятор ширины импульсов 14 преобразователя выполнен в виде дрпол1штельного трансформатора 15 с первичной 16, вторичной 17 обмотками и обмоткой управления 18 с последовательно вклю4eHHbiN BTOp rM диодом 19. П(рпичная обмотка 16 дополнительного трансформатора 15 через огряничительный рпзнсгор 20 вклн1чпна параллель но лроселю 9. Обмогка управления 18 дополнительного трансформатора 15 с последовательно рключенпг 1М вторым диоггом 19 подключена к схеме управления 21, Вторичная обмотка 17 дополнительного трансформатора 15 через первую параллельную РС-цепочку 22 подключена к параллельно соединенным входам первого 10 и второго 11 дополнительных транзисторов. Эмиттеры этих транзисторов соединены через вторую 23 параллельную RC-цепочку с базой транзистора 1 сило ° усилительного каскада Коллектор первого дополнительного транзистора 10 соединен с эмиттером транзистора 1 силового усилительного каскада. Коллектор второго дополнительного транзистора 11 подключен через диод 13 к одному из концов д опрлни тель- ной обмотки 12 вь ходного трансформатора 5. Второй конец дополнительной обмотки 12 соединен с эмиттером силово о транзистора 1. /Между коллектором второго дополнительного транзистора 11 и средней точкой первичных полуобмоток 3 и 4 выходного трансформатора 5 включена третья параллельная RC-цепочка 24. Для запуска преобразо.вателл служит пусковая цепь 25. Принцип действия предложенного преобразователя заключается в следующем. Силовой транзистор 1 обеспечивает рабочий ход, при котрром мощность пере-, дается через полуобмотку 3 выходного трансформатора S, oднoпoлyпepиoдIiый выпрякштель 7 и дроссель 9 на выход преобразователя. Вспрмогательный транзисторный каскад 2 подключает к входному напряжению первичнуго полуобмотку 4 выходного трансформатора 5 и обеспечивает обратное перемагничивание трансформатоPs Р запертом от внешнего сигнала силовом транзисторе 1, причем время обратного перемагничивания трансформатора 5 меньше времени запертого состояния силового транзистора 1. Особенностью конвертора является наличие интервала паузы в каждом пери- . оде работы выходного трансформатора 5. Запуск преобразователя осуществляется путем подачи входного напряжения и помощи цепи запуска 25, выполненной, например, из последовательно соединенных кнопки и резистора. При запуске подается запирающий сигнал на первый дополнительный транзистор 1О и от57пираюшнй сигнал на второй дополнительный транзистор 11, который подает через переход коллектор-эмиттер, вторую 23 и третью 24 параллельные RC-иепочки отпирающий сигнал на базу силового т-ранЗйс тора 1. Дальнейшее удержание транзисторов 1 и 11 в открытом состоянии, а транзистор 10 в закрытом состоянии обеспечивается за счет положительно обратной связи через выходной трансфер- матор 5, выпрямитель 7, дроссель 9, дополнительный трансформатор 15 и первую параллельную RC-цепочку 22. Причем базовый ток силового транзистора 1 поступает от дополнительной обмотки 12 выходного трансформатора 5 через диод 13 Процесс переключения силового транзистора 1 происходит следующим образом Напряжение с дросселя 9, имеюшее прямоугольную форму, подается через ,ограничктельный резистор 2О на первичную обмотку 16 дополнительного трансформато ра 15. Дополнительный трансформатор 15 перемагничивается в прямом направлении и задает временные интервалы модулятора ширины импульсов 14. При насышении сердечника дополнительного трансформатора 15 падает до нуля напряжение на его вторичнойобмотке 17 и конденсатор первой 22 параллельной Г С-цепочки реверсирует ток на параллельных входах дополнительных транзисторов 10 и 11. осу ществляя их активное переключение. Одновременно обрываете я вторым дополнительным транзистором 11 прямой базовый ГОК силового транзистора 1, подаваемый дополнительной обмотки 12 выходного трансформатора 5через диод 13. Силовой транзистор 1 отключаетсЯуИ заканчивается рабочий ход трансформатора 5. При его отключении конденсатор второй параллельной RC-цепочки 23 через откры тый дополнительный транзистор 10 способствует рассасыванию избыточного заряда в базе силового транзистора 1, что обеспечивает улучшение форсировки отключения и уменьшение динамических потерь мощности.в силовом транзисторе 1. При отключении силового транзистора 1 меняется полярность напряжения на дросселе 9 и вместе с этим меняется поляр/ , , ность напряжения на вторичной обмотке 17 дополнительного трансформатора 15. Этим напряжением дополнительный транзистор 11 удерживается в закрытом состоянии, дополнительный транзистор 10 в открытом состоянии и поэтому силовой транзистор 1 закрыт, т.е. в его работе

-. 8 наст пает пауза. Длительность паузы определяется временем обратного перемаг- ничивания дополнительного трансформатора 15 от напряжения, поступающего с дросселя 9. С началом паузы происходит обратное перемагничивание трансформатора 5 при помощи вспомогательного транзистора 2 и первичной полуобмотки 4. Окончание паузы происходит при насыщении сердечника дополнительного трансформатора 15, при этом падает до нуля напряжение на его вторичной обмотке 17 и конденсатор первой 22 параллельной RC-цепочки обеспечивает реверс базовых токов дополнительных транзисторов 10 и 11. При этом через третью 24 и вторую 23 параллельные RC-цепочки дается начальный бросок базового тока силового транзистора 1 от внешнего источника питания, а удержание всех транзисторов производится по цепи положительной обратной связи, как это описано выше. Регулирование осуществляется путем изменения временных интервалов модулятора ширины импульсов 14 (рабочий ход, пауза), которые зависят от тока подмагничивания обмотки управления 18 дополнительного трансформатора 15 через второй диод 19, задаваемого схемой управления 21. Временные интервалы модулятора ширины импульсов 14 выбраны тшс, что выходной трансформатор 5 не насыщается в интервале рабочего хода, а работает на линейном участке. Рабочий ход соответствует режиму перемагничивания дополнительного трансформатора 15 ё прямом направлении, а пауза соо етствует обратному перемагничиванию дополнительного трансформатора 15. При коротком замыкании колебание в преобразователе срываются автоматически за Счет того, что дополнительный трансформатор 15 насыщается в одном направлении, т.е. амплитуда полуволны напряжения на дросселе 9 в рабочий ход возрас-з тает и уменьшается время рабочего хода, обратная полуволна напряжения на дросселе 9 пропадает, и по этой причине конденсатор первой 22 параллельной RC-цепочки не перезаряжается, дополнительный транзистор 11 не ог :рывается1 а силовой транзистор 1 не получает начального броска базового тока. Эффективность описываемого устройства по сравненик с црототипом заключаетя в повышении функциональной надежное-, ти за счет обеспечения зашиты силового