Однотактный преобразовательНАпРяжЕНия Советский патент 1981 года по МПК H02M7/537 

(54) ОДНОТАКТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ

I

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в импульсных преобразователях и стабилизаторах напряжения.

Известен силовой преобразователь, состоящий из силового транзистора, трансформатора тока с первичной и вторичной обмотками, включенными соответственно в силовую цепь и цепь управления силового транзистора, и обмотки управления, подключен-йой к блоку управления 1.

Однако запирание силового транзистора производился путем замыкания накоротко обмотки управления трансформатора тока. Вследствие этого не обеспечивается форсированное рассасывание избыточного заряда неосновных носителей в базе силового транзистора, что снижает быстродействие ключа.

Известен также преобразователь, состоящий из силового транзистора, трансформатора тока с первичной и вторичной обмотками, включенными соответственно в силовую цепь и цепь управления силового транзистора, и дополнительного трансформатора тока, предназначенного для форсирования процесса рассасывания избыточного заряда

базы силового транзистора при запирании ключа 2.

Недостаток преобразователя - наличие дополнительного трансформатора тока, что усложняет Схему ключа.

J Наиболее близким к изобретению по технической сущности является преобразователь напряжения, содержащий силовой транзистор, трансформатор тока с первичной и вторичной обмотками, включенными соответственно в силовую цепь и цепь управления силового транзистора, и обмоткой управления, одним концом подключенной к дополнительному источнику питания, а другим - через резистор, к коллектору управляющего транзистора, база которого соединена со входом управления.

Недостатком этого преобразователя является малое быстродействие из-за больщого времени рассасывания неосновных носителей в базе силового транзистора.

Кроме того, при работе преобразователя в широком диапазоне изменения тока нагрузки коэффициент усиления и степень насыщения силового транзистора изменяются и, вследствие этого, изменяется величина избыточного заряда неосновных носителей в его базе. В то же время длительность интервала, в котором транзистор стабилизатора тока находится в состоянии насыщения и происходит форсированное рассасывание избыточного заряда, фиксирована и определяется постоянной времени заряда конденсатора, шунтирующего токозадающий резистор стабилизатора тока. Вследствие этого, дри малых токах загрузки, когда заряд неосновных носителей имеет максимальную величину, происходит значительное увеличение длительности интервала рассасывания. Цель изобретения - увеличение быстродействия магнитотранзисторного ключа путем сокращения времени рассасывания избыточного заряда неосновных носителей в базе силового транзистора. Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь введены дополнительная обмотка трансформатора тока, RS-триггер, дифференцирующая цепь, четыре инвертора и второй управляющий транзистор, коллектором подключенный к обмотке управления, базой через инвертор к выходу RS-триггера, S-вход которого соединен с дополнительной обмоткой трансформатора тока, а R-вход через инверторы и дифференцирующую цепь соединен со входом управления. На фиг. 1 приведена принципиальная схема однотактного преобразователя напряжения; на фиг. 2 - врем:енные диаграммы, иллюстрирующие его работу. Преобразователь состоит из силового транзистора 1, трансформатора 2 тока с первичной 3 и вторичной 4 обмотками, вклю ченными соответственно в цепь коллектора и цепь управления силового транзистора 1, обмоткой 5 управления, соединенной одним концом с дополнительным источником 6 питания, а другим через резистор 7 с коллектором управляющего транзистора 8, база которого через инвертор 9 соединена со входом управления дополнительной обмоткой 10, включенной через резистор 11 на S-вход RS-триггера 12, выход которого через инвертор 13 соединен с базой второго управляющего транзистора 14, коллектором подключенного через резистор 15 к обмотке управления 5 трансформатора тока. R-вход RS-триггера 12 через инвертор 16-, дифференцирующую цепь 17 и инвертор 18 соединен со входом управления. Преобразователь работает следующим образом.

Силовой транзистор 1 удерживается в открытом состоянии током нагрузки, трансформируемым в базовую цепь трансформатором 2 тока. Транзисторы 8 и 14 на этом интервале заперты. В момент времени t сигнал управления (фиг. 2,а) становится равным нулю. Это приводит к отпиранию

После окончания рассасывания избыточного заряда в момент времени ii. транзистор 1 переходит в активный режим и напряжение на его базе становится отрицательным (фиг. 2,в). RS-триггер 12 переключается в единичное состояние, сигнал на выходе инвертора 13 становится равным траизистора 8, так как сигнал на рыходе инвертора 9 становится положительным. Задний фронт сигнала управления через инверторы 16 и 18 и дифференцирующую цепь 17 устанавливает RS-триггер 12 в ну левое состояние. На выходе инвертора 13 появляется сигнал положительной полярности, который открывает транзистор 14. Поскольку сопротивление резистора 7 значительно больще сопротивления резистора 15, ток в обмотке управления 5 трансформатора тока 2 определяется выражением т E xU3S-W /W 1,р-р- i 1,.р -ТОК обмотки 5 управления на интервале рассасывания избыточного заряда базы. силового транзистора 1; -напряжение - эмиттер-база силового транзистора 1; -числа витков обмоток 5 и 4; R -сопротивление резистора 15; напряжение дополнительного источника 6 питания. Поскольку магнитное состояние магнитопровода трансформатора 2 тока не может измениться скачком, величина тока в обмотке 4 уменьшается I5p l5-IypWy/W, ISp ТОК базы силового транзисторд2ра на интервале рассасывания Избыточного заряда базы силового транзистора 1; is -ток базы силового транзистора 1 перед началом интервала рассасывания. Величина сопротивления резистора 15 выбирается таким образом, что обеспечивает максимально возможную величину тока Лйр.При этом в обмотке 4 проходит обратный ток базы (фиг. 2,6), обеспечивающий форсированное рассасывание избыточного заряда в базе силового транзистора 1, причем величина этого тока не изменяется до конца интервала рассасывания. Характерным свойством мощных планарных транзисторов является весьма слабая зависимость напряжения на эмиттерном переходе от величины и. направления тока базы, поэтому на интервале рассасывания неосновных носителей напряжения эмиттербаза сохраняет положительную полярность (фиг. 2,в).

нулю и транзистор 14 закрывается. Транзистор 8 остается открытым. На интервале происходит ггеремагничивание трансформатора 2 тока по цепи обмотки 5 управления. После окончания перемагничивания в этой обмотке проходит ток, определяемый сопротивлением резистора 7 и напряжения дополнительного источника 6 питания. В момент времени t сигналом управления транзистор 8 закрывается, а силовой транзистор 1 открывается.

Введение второго управляющего транзистора, дифференцирующей цепи и RS-триггера позволяет получить на интервале рассасывания избыточного заряда обратный ток базы силового транзистора, в отличие от известного преобразователя не изменяющийся на этом интервале, что обеспечивает повыщение быстродействия преобразователя. Следящий принцип работы схемы форсирования рассасывания избыточного заряда базы силового транзистора позволяет обеспечить высокое быстродействие в широком диапазоне изменения тока нагрузки.

Формула изобретения

Однотактный преобразователь напряжения, содержащий силовой транзистор, тран+ в сформатор тока с первичной и вторичной обмотками, включенными соответственно в силовую цепь и цепь управления силового транзистора, и обмоткой управления, одним концом подключенной к дополнительному источнику питания, а другим - через резистор к коллектору управляющего транзистора, база которого соединена со входом управления, отличающийся тем, что, с целью увеличения быстродействия, в него введены дополнительная обмотка трансформатора

тока, RS-триггер, дифференцирующая цепь, четыре инвертора и второй управляющий транзистор, коллектором подключенный к обмотке управления, базой через инвертор к выходу RS-триггера, S-вход которого соединен с дополнительной обмоткой трансформатора тока, а R-вход через инверторы и дифференцирующую цепь соединен со входом управления.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе , 1. Авторское свидетельство СССР № 544078, кл. Н 02 М 3/145, 1977.

(

10

Т

г

а

ы,

,

б Изд

3 4

i,t2 Фиг. 2