Формирователь импульсов напряжения Советский патент 1980 года по МПК H03K5/01 

Изобретение относится к радиотехнической промышленности и может быть использовано в устройствах автоматики, телемеханики и других устройствах подобного назначения. Известен формирователь импульсов напряжения, содержащий ключевой транзистор, который определяет момент отпирания основного транзистора блокинг-генератора, который затем поддерживается в состоянии насыщения за счет действия положительной обратной связи 1. Недостатком такого формирователя являются большие потери энергии в основном транзисторе и трансформаторе. Это объясняется тем, что рост тока намагничивания трансформатора занимает по продолжительности значительную часть времени открытого состояния основного транзистора. Поэтому выход его из состояния насыщения происходит постепенно. Известно, что с уменьшением степени насыщения транзистора на нем возрастает падение напряжения. Следовательно, при значительной продолжительности процесса выхода транзистора из состояния насыщения на нем возрастает среднее за период падение напряжения, а, значит, растут потери энергии. Кроме того, выход силового транзистора из насыщения за счет роста тока намагничивания трансформатора практически означает, что этот ток возрастает до значительной величины к моменту запирания (обычно более половины тока нагрузки), а это ведет к значительным потерям энергии в сердечнике трансформатора. Известен формирователь импульсов напряжения, наиболее близкий по технической сущности к данному изобретению, который содержит силовой транзистор и трансформатор с первичной и вторичной обмотками в коллекторной и базовой цепях силового транзистора соответственно, вторичная обмотка трансформатора выполнена двухсекционной, и с базой силового транзистора связана общая точка двух секций вторичной обмотки, последовательно с первой секцией вторичной обмотки включен первый диод, а последовательно со второй секцией вторичной обмотки включен второй диод 2. В этом устройстве транзистор силовой может отпираться действием сигнала, передаваемого через диод на обмотку обратной связи, и затем поддерживаться в открытом состоянии действием цепи положительной обратной связи. Недостатком такого формирователя является то, что запирание силового транзистора происходит не за счет энергии внешнего сигнала управления, а.за счет постепенного уменьшения базового тока силового транзистора, вызванного зарядом конденсатора, связывающего базу силового транзистора с общей точкой двух секций вторичной обмотки трансформатора. Цель изобретения - уменьшение потерь мощности по цепи запирания силового транзистора. Поставленная цель достигается тем, что в формирователе импульсов общая точка двух секций вторичной обмотки соединена с базой силового транзистора непосредственно, первый вывод вторичной обмотки через первый диод подключен к эмиттеру силового транзистора, второй вывод вторичной, обмотки через второй диод соединен с коллектором ключевого транзистора, первый и второй диоды, соединенные последовательно со вторичной обмоткой, включены в одном направлении, у ключевого транзистора один вывод базоэмиттерного перехода соединен с источником управляющего сигнала и второй вывод гальванически связан с эмиттером силового транзистора. С источником управляющего сигнала соединен эмиттер ключевого транзистора, а его база связана с эмиттером силового транзистора через резистор. С источником входного сигнала соединена база ключевого транзистора, а его эмиттер связан с эмиттером силового транзистора через источник запирающего смещения. На чертеже приведена принципиальная cxeiMa формирователя импульсов напряжения. Формирователь импульсов напряжения содержит силовой транзистор 1, базоэмиттерный переход которого зашунтирован резистором 2, трансформатор 3 с обмотками 4, 5 и 6 в коллекторной и базовой цепях силового транзистора 1, диоды 7 и 8 и ключевой транзистор 9, подключенный эмиттером к источнику 10 запускающих ммпульсов, потенциал которых является запирающим для силового транзистора, а базой через резистор 11 - к общей шине, причем средний вывод базовых обмоток 5 и 6 через диод 7 - к общей шине, образуя при этом цепь положительной обратной связи, второй вывод базовой обмотки 5 через диод 8 соединен с коллектором ключевого транзистора 9, при этом диоды 7 и 8 включены в одном направлении. Формирователь работает следующим образом. После отпирания силового транзистора 1, которое может быть вызвано, например, действием входного импульса, поступающего на базу транзистора 1, последний поддерживается в открытом состоянии за счет тока положительной обратной связи, задаваемого в базу обмоткой 6. Если пренебречь величиной тока намагничивания траисформатора 3 в сравнении с током нагрузки, что технически легко рализуемо, учитывая, что запирание транзистора 1 происходит не за счет роста тока намагничивания, то током положительной обратной связи транзистор 1 поддерживается в состоянии насыщения при одном и том же отношении тока коллектора к току базы независимо от нагрузки. Величина этого отношения определяется коэффициентом трансформации обмоток 4 и 6. Отрицательный импульс на выходе источника запускающих импульсов через ключевой элемент 9 и диод 8 прикладывается к последовательно соединенным обмотке 5 и пере.ходу база-эмиттер транзистора 1. Действие отрицательного импульса вызывает перемену полярности напряжений на обмотках трансффматора, и поэтому диод 7 цепи положительной обратной связи запирается, и ток положительной обратной связи снижается до нуля. Вместо него через последовательно соединенные ключевой элемент 9, диод 8 и обмотку 5 в базу транзистора 1 поступает отрицательный ток, причем его величина, независимо от тока нагрузки, пропорциональна коллекторному току транзистора I, а коэффициентом пропорциоиальности служит отношение чисел витков обмоток 4 и 5. Таким образом, в схеме автоматически обеспечивается ограничение тока, отбираемого от источника 10 запускающих импульсов, причем уровень ограничения автоматически поддерживается пропорциональным току нагрузки, что снижает потери в цепи запирания при малых токах нагрузки. Превышение отрицательной амплитуды напряжения импульса над суммой падения напряжения на ключевом элементе 9, диоде 8 и переходе база-эмиттер транзистора 1 во время процесса его запирания не вызывает дополнительных потерь энергии в цепи запирания, так как излишек напряжения прикладывается к обмотке 5 и трансформируется в коллекторную обмотку 4, причем полярность возникающего на этой обмотке напряжения совпадает с полярностю напряжения источника питания. Это означает, что энергия от источника запускающих импульсов 8 за вычетом потерь в ключевом элементе 9, диоде 8 и переходе база-эмиттер транзистора 1 во время процесса его запирания передается в нагрузку, а не теряется. Как только произойдет запирание транзистора 1 и его коллекторный ток спадет

до нуля, потребление тока от источника 10 запускающих импульсов также снижается до, нуля, так как ток обмотки 5 после запирания транзистора 1 определяется величиной магнитной энергии, накопленной в трансформаторе 3 за время открытого состояния транзистора 1.

Таким образом, во-первых, потери энергии в коллекторной цепи транзистора 1 в предлагаемом устройстве незначительны, поскольку степень насыщения его остается практически неизменной в течении всего времени, пока он работает в режиме насыщения. Запирание транзистора 1 осуществляется форсированно (отрицательным током базы), и поэтому незначительны коммутационные потери. Во-вторых, незначительны потери в цепи запирания, так как энергия от источника 10 запускающих импульсов отбирается автоматически только в течение времени, необходимом для запирания транзистора 1, а в течение этого времени потери обусловлены протеканием тока отрицательной обратной связи, пропорционального току нагрузки, через вентильные элементы цепи запирания, падения напряжения на которых незначительны.

За время протекания тока нагрузки через коллекторную обмотку 4 в трансформаторе 3 накапливается энергия магнитного поля. После запирания транзистора 1 эта энергия рассеивается. При этом возникают обратные напряжения на обмотках 4, 5 и б, которые облокированы запертыми соответственно транзистором 1, диодом 7 и диодом 8.

Запертое состояние транзистора 1 после действия отрицательного импульса поддерживается за счет присутствия низкоомного резистора 2 параллельно базо-эмиттерному переходу транзистора 1.

Принцип действия устройства не изменяется, если с источником сигнала управления соединить базу силового транзистора 9, а его эмиттер подключить к эмиттеру силового транзистора 1 через источник запирающего смещения. В этом случае запирание силового транзистора 1 будет производиться не энергией источника управляющего сигнала, а энергией источника запирающего смещения.

Формула изобретения

1. Формирователь импульсов напряжения, содержащий силовой транзистор и трансформатор с первичной и вторичной обмотками в коллекторной и базовой цепях силового транзистора соответственно, вторичная обмотка трансформатора выполнена двухсекционной, и с базой силового транзистора связана общая точка двух секций вторичной обмотки, последовательно с перfg вой секцией вторичной обмотки включен первый диод, а последовательно со второй секцией вторичной обмотки включен второй диод, отличающийся тем, что, с целью уменьщения потерь мощности, общая точка двух секций вторичной обмотки соединена с базой силового транзистора непосредственно, первый вывод вторичной обмотки через первый диод подключен к эмиттеру силового транзистора, второй вывод вторичной обмотки через втод рой диод соединен с коллектором ключевого транзистора, первый и второй диоды, соединенные последовательно со вторичной обмоткой, включены в одном направлении, у клю 1евого транзистора один вывод базоэмит,терного перехода соединен с источником упJ равляющего сигнала и второй вывод гальванически связан с эмиттером силового транзистора.

2.Устройство по п. 1, отличаюи ееся тем, что с источником управляющего сигнаjj ла соединен эмиттер ключевого транзистора, а его база связана с эмиттером силового транзистора через резистор.

3.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что с источником входного сигнала соединена база ключевого транзистора, а

его эмиттер связан с эмиттером силового транзистора через источник запирающего смещения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Грейвер Е. С. Ключевые стабилизаторы напряжения тока, М., «Энергия, 1970, с. 113, рис. 6.6.

2.Блокинг-генераторы на транзисторах. Библиотека по автоматике, вып. 462, 1972, с. 29, рис. 1 -10 (прототип).

iO

I