Транзисторный двухтактный преобразователь напряжения Советский патент 1981 года по МПК H02M7/537 

(54) ТРАНЗИСТОРНЫЙ ДВУХТАКТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

НАПРЯЖЕНИЯ

I

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве генератора прямоугольных импульсов в радиоэлектронных устройствах, средствах автоматики и вычислительной техники.

Известен двухтактный преобразователь напряжения, содержащий источник питання, два транзистора и трансформатор, обмотка которого выполнена со средней точкой .

Частота генерации такого преобразователя прямо пропорциональна напряжению источника питания, поэтому ври неизменных параметрах элементов схемы, наяример индукции насыщения сердечника трансформатора, стабильность частоты определяется стабильностью питающего напряжения и может составлять ±(5-7)%.

Известен также двухтактный двухтраисформаторный преобразователь напряжения, содержащий источник питания, два транзистора, коммутирующий н частотно-задающий трансформаторы {2.

Нестабильность частоты генернруемых 20 импульсов объясняется тем, что в процессе работы происходит измененне магнитного потока в сердечнике от минимального до

максимального значений, при котсфых происходит переключение схемы, т.е. прямой блокннг-процесс меняется на обратный. Ма-. териал сердечника трансформатсфа должен обладать высоким коэффициентом прямоугольностн, и точкам переключения на кривой намагничивания соответствуют участки с минимальной крутизной, что oRpejEteAHer нестабильность срабатывания сжми.

Кроме того, величина магнитной нндукиши сердечника существенно зависит от Mai; ннтной проницаемости материала се ечи4на трансформатора, которая в процессе работы не остается постоянной из-за влияния дестабилизирующих факторов: изменения температуры физических воздействий, старения и т.д.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является двухтактный транзист(ный преобразователь напряжения, содержащий транзисторы, подключенные к первичной обмотке выходного трансформатора, нме ющей средний вывод, а также блок стабилизации, выполненный на конденсаторе, времязадающем элементе и двух диодах J3J. Недостатком указанного преобразователя является относительно большая нестабнльность частоты, составляющая ± (1-2)% о объясняется тем, что напряжение на конденсаторе RC-цепочки нарастает по эксноненциальному закону и постепенно достигает своего максимального значения. Следовательно, крутизна логарифмической характеристики времязадаюшей RC-цепочки в момент переключения транзисторов незначительна, чем определяется нестабильность частоты генерируемых импульсов. Кроме того, время заряда зависит от напряжения питания генератора, которое должно быть стабилизировано. Цель изобретения - повышение стабильности частоты генерации. Поставленная цель достигается тем, что в транзисторном двухтактном преобразователе напряжения, содержащем транзисторы, подключенные к первичной обмотке выходного трансформатора, имеющей средний вывод, а также блок стабилизации, выполненный на конденсаторе, времязадающем элементе и двух диодах, трансформатор снабжен дополнительной обмоткой, в состав блока стабилизации введены два управляемых ключа и пороговый элемент, а в качестве времязадающего элемента применен стабилизатор тока, при этом дополнительная обмотка одним концом через диод соединена с управляющим электродом первого управляемого ключа, вторым концом -- через второй диод с силовым электродом второго управляемого ключа и через стабилизатор тока с силовым электродом первого управляемого ключа, обкладкой конденсатора н через пороговый элемент с управляющим электродом второго ключа, второй силовой электрод которого подсоединен к средней точке дополнительной обмотки, второй обкладке конденсатора и второму силовому электроду управляемого ключа. Такое схемное решение транзисторного двухтактного преобразователя напряжения обеспечивает линейное нарастание напряжения на конденсаторе с постоянной интенсивностью при нестабильности величины напряжения питания генератора, и переключение схемы происходит на участке характеристики заряда конденсатора, имеющей достаточную крутизну. При принудительном переключении схемы искусственным образом формируется (для любого ферромагнитного материала) прямоугольная петлд гистерезиса сердечника трансформатора, чем определяется высокая стабильность частоты следования генерируемых импульсов. На чертеже представлена схема преобразователя напряжения. Устройство содержит транзисторы 1 и 2, трансформатор 3, обмоткн 4 и 5 которого выполнены по схеме со средней точкой, входные выводы 6 и 7 для подключения источника питания н блок 8 стабилизации частоты. содержащий конденсатор 9, времязадающнй элемент 10 диоды 11 и 12. Трансформатор 3 снабжен дополнительной обмоткой 13, которая одним своим концом через диод И подключена к управляющему (коммутирующему) электроду ключа 14, другнм концом через диод 12 к времязадающему элементу (стабилизатору тока) 10 и к одному силовому (коммутируемому) электроду -ключа 15, а средней точкой к другому силовому электроду этого же ключа и к одной обкладке конденсатора 9. Конденсатор 9, включенный параллельно силовым электродам ключа 14, второй своей обкладкой соединен со стабилизатором 10 тока и пороговым элементом 16, который подк,л{рчен к управляющему электроду ключа 15. При использовании в качестве силового элемента ключа 15 тиристора на управляющий электрод ключа 15 сигнал поступает с порогового элемента 16, катод тиристора подключается к средней точке дополнительной обмотки 13 трансформатора 3 и анод тиристора подключается к катоду диода 12, При использовании в качестве силовых элементов ключей 14 и 15 транзисторов, например кремниевых транзисторов типа п-р-п, на базу транзистора ключа 15 сигнал поступает с порогового элемента 16, .эмиттер транзистора ключа 15 подключается к средней точке дополнительной обмотки 13 транс форматора 3, а коллектор транзистора подключается к катоду диода 12. На базу транзистора ключа 14 сигнал поступает с катода диода П. Эмиттер транзистора ключа 14 подключенК средней точке допрлнительной обмотки 13 трансформатора 3, а коллектор к обкладке конденсатора 9. В качестве порогового элемента 16 могут быть использованы двухполюсные элементы, например стабилитроны кремниевые. Вариант с использованием двухполюсного элемента в качестве порогового элемента 16 представлен на фиг. 1. В качестве порогового элемента 16 могут быть использованы четырехполюсные элементы, например триггер с эмиттерной связью. Вариант с использованием четырехполюсного элемента в качестве порогового элемента 16 указан в формуле изобретения. При использовании в качестве элемента. 16 четырёхполюсного элемента должна появиться новая связь между общими выводами элемента 16 и средней точкой дополнительной обмотки трансформатора. При использовании в схеме в, качестве ключа 15 транзистора желательно применить в качестве порогового элемента 16 триггер С эмиттерной связью, а при использовании тиристора желательно применить в качестве порогового элемента 16 стабилитрон. Указанные рекомендации не являются обязательными и зависят от параметров трансформатора и других элементов схемы, а также от требуемой стабильности частоты генератора.

При построении конкретной схемы транзистор ключа 14 может быть заменен электронным реле, т.е. несколькими транзисторами, обеспечивающими (совместно с пассивными элементами) в открытом состоянии оконечного транзистора реле разряд конденсатора 9и в закрытом состоянии оконечного транзистора ток утечки через него не более 10, т.е. тока стабилизатора 10.

Устройство работает следующим образом.

В один из полупериодов работы генератора диод 11 закрыт, а диод 12 открыт. Транзистор ключа 14 закрыт, например, нулевым базовым смещением, и происходит заряд конденсатора 9 через стабилизатор JO тока до напряжения срабатывания порогового элемента 16, если в качестве последнего используется триггер Шмидта, или пробоя стабилизатора, если в качестве элемента 16 используется стабилитрон. Сигнал с выхода элемента 16 поступает на вход ключа 15. Если в качестве ключа 15 используется тиристор, то последний включается и закорачивает часть дополнительной обмотки 13 трансформатора 3, что вызывает «срыв генерации генератора и определяет начало процесса перемагнкчивания сердечника трансформатора 3. В процессе перемагничивания полярность на дополнительной обмотке 13 трансформатора 3 меняется на обратную, диод 12 закрывается, диод II открывается, пороговый элемент 16 выключается и тиристор 15 отключается. Если в качестве ключа 15 используется транзистор, то он после пробоя стабилитрона начинает открываться и закорачивает часть дополнительной обмотки 13 трансформатора 3. При некоторых параметрах схемы срыв генерации не происходит или он не стабилен. В этом случае следует применить в качестве элемента 16 триггер Шмидта с достаточным коэффициентом возврата (отношение напряжения срабатывания к напряжению отпускания триггера).

Применение в качестве ключа 15 транзистора и в качестве порогового элемента триггера Шмидта вызвано недостаточным быстродействием серийно выпускаемых тиристоров, величиной емкости стабилитронов и, следовательно, ограничением по максимальной частоте генератора.

Вопрос о применении в качестве ключа 14 транзистора или реле, в качестве ключа 15 тиристора или транзнстора и в качестве порогового элемента 16 триггера Шмидта или

стабилитрона зависит от параметров конкретного устройства.

Таким образом, время формирования одного полупернода колебания генератора оп ределяется только величиной емкости конденсатора 9 и током его заряда (током стабилизатора 10) и не зависит от изменения свойств ферритового сердечника трансформатора 3 и колебаний напряжейия питания генератора, благодаря чему достигается повышенне стабильности частотй генерируемых импульсов. Предлагаемое устройство обеспечивает стабильность частоты в пределах ± (0,5-i)/o, что позволяет использовать его в устройствах, предъявляющих жесткие требования к частоте следования

импульсов.

Формула изобретения

Транзисторный двухтактный преобразователь напряжения, содержащий транзисторы, подключенные к первичной обмотке выходного трансформатора, имеющей средний вывод, а также блок стабилизации, выполненный на конденсаторе, времязадаюЩем элементе и двух диодах, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности , частоты генерации, трансформатор снабжен J дополнительной обмоткой, в состав блока j стабилизации введены два управляемых ключа и пороговый элемент, а в качестве времязадающего элемента применен стабилизатор тока, при этом дополнительная обмотка одним концом-через диод соединена с управляющим электродом первого управляемого ключа, вторым концом - через второй диод с силовым электродом второго управляемого

ключа и через стабилизатор тока с силовым электродом первого управляемого ключа, обкладкой конденсатора и через пороговый элемент с управляющим электродом второго ключа, второй силовой электрод которого подсоединен к средней точке дополнительной обмотки, второй обкладке конденсатора н второму силовому электроду управляемого ключа.

Источники информации,:

принятые во внимание при экспертизе

-0

-0