Однотактный транзисторный конвертор Советский патент 1982 года по МПК H02M3/335 

(54) ОДНОТАКТНЫЙ ТРАНЗИСТОРНЫЙ КОНВЕРТОР

, .

Изобретение относится к электротехнике, в частности к источникам питания, и может быть использовано в системах электропитания устройств , автома:тики, вычислительной или радиотехники.

Известны однотактные транзисторные конве рторн, содержащие выходной и-токовый трансформаторы/ включающий, выключающий и силовой Т1 анзисторы

Однако известные конверторы имеют невысокий КПД на повышенных частотах преобразования из-за значительных потерь мощности на коммутационные процессы переключения полупроводни.ковых приборов .

Наиболее близким к предлагаемому JIO технической сущности является од нотактный. транзисторньй конвертор,содержейций выходной и токовый трансформаторы, силовой, включающий и выключающий транзисторы, а также дополнительные транзисторы, коллекторы которых- подключены соответственно к ъазам включающего и выключсккицего транзисторов, базы дополнительных транзисторов соединены с крайними выводами дополнительной обмотки выходного трансформатора, а эмиттеры включающего.

выключающего и дополнительных транзисторов объединены, причем управляющие вклк)чаю|цие и выключаю цие выводы подключены к базам включающего и выключающего транзисторов соответственно t З

Недостатком указанного конвертора является необходимость применения транзистора значительной мсяцности,

10 а следовательно, и значительной массы в качестве выключающего транзистора. Это объясняется тем, что в переходный мс№4ент первоначального за- , пуска кочвер тора напряжение на выходе (при разряженных выходных конденсаторах) равно нулю и нарастает сравнительно медленно, вследствие чего выключаквдий транзистор не выключается после запирания силового

20 транзистора, что приводит к значительной мощности рассеиваемой выключающим транзистором. Кроме того, недостатком данного конвертора является вйзможность ненадежной работы в

25 режиме прерывистых токов, когда после полного разряда вторичной индуктивности выходного трансформатора возникают паразитные колебания, обусловленные контуром, образован30 ншл названной индуктивностью и ёмкостью запертого выпрямительного диода. Эти колебания, передающиеся в дополнительную обмотку выходного трансформатора, вызывают ложные срабатывания включающего и выключающего транзисторов, приводящие к самовозбуждению схемы конвертора. Цель изобретения - улучшение маесогабаритных характеристик конвертора за счет уменьшения мощности, рассеиваемой выключающим транзистором повышение надежности работы,конвертора, достигаемое исключением ложного срабатывания включающего и выключающего транзисторов; уменьшения рассеиваемой мо,щности схемы конверто ра... Поставленная цель достигается тем, что в однотактный конвертор вве ден инвертирующий транзисторный ключ коллектор которого подключен к базе дополнительного-транзистора и через резистор - к третьему входному выводу, а эмиттер и база - соответственно к дополнительной обмотке выходного трансформатора. Между входами включающего и выключающего транзисторов и управляющими выводами соответственно могут быть включены дифференцирующие блоки.. . Кроме того, в конвертор- может быть введена цепочка, состбящая из параллельного соединения конденсатора и резистора, которая включена :Меж ду коллектором включающего транзистора и обмоткой токового трансформатора. На фиг.1 представлена схема однотактового транзисторного конвертора; на фиг.2 - временные диаграммы его работы. Устройство содержит силовой тран.зистор 1, в коллектор которого включен токовый 2 и выходной 3 трансформаторы; включающий 4 и выключающий транзисторы; базы которых подключены через дифференцирующие блоки 6 и 7 соответственно к у;правляющим входам инвертирующий транзисторный ключ 8, управляющий переход которого подклю чен к дополнительной обмотке выходного трансформатора 3, а коллектор соединен с базой, дополнительного транзистора 9 и через резистор 10 - с одним из входных выводов коллектор выключающего транзистора 5 через ограничивающий резистор 11 подключён к одной из обмоток-токово го трансформатора 2, а коллектор включакндего транзистора 4 соединен через последовательно-параллельное соединение ограничивающего резисто ра 12, конденсатора 13 и разрядного резистора 14 с другой обмоткой токо вого трансформатора 2. Конвертор работает следующим образом. При установившемся выходном напряжении и,1 конвертора напряжения на элеэлементах схемы имеют вид, изображенный на фиг.2. С появлением импульса U открывается включакзщий транзистор 4, длительность включенного состояния которого определяется диффереяирукщим блоком 6, а амплитуда ограничивается резистором 12, {фиг.2),ивк;у и напряжением-на коллекторе включающего транзистора UK з(д. Однако вследствие того, что в ка- честве транзистора 4 обычно исполь- зуется схема Дарлингтона, достаточно точную длительность включающего тока базы силового транзистора -fc сформировать дифференцирующим блоком б не удается, поэтому для повышения точности и стабильности дли- тельности импульса используется конденсатор 13, чем обеспечивается независимое от температурнозависимых параметров транзисторов формирование длительности импульса включающего тока базы силового транзистора.. Далее силовой транзистор 1 открывается и после окончания действия импульса Ов)д остается включенным за счет положительной обратной связи трансформатора 2 тока. После появления импульса открывается выключающий транзистор 5, -чем вызывается появление токаЗду,д. Начинается процесс рассасывания избыточных но-сителей из базы насыщенного транзистора 1, после окончания которого напряжение на дополнительной обмотке выходного трансформатора 3 {фиг.2 диаграглиы U, выкА выкл / Зет f к Сменяет свою полярность. Это1 приводит к запиранию инвертирующего транзисторного ключа 8 и открыванию дополнительного транзистора 9, чем шунтируется вход выключающего транзистора 5, который затем запирается и отключает ток выкл- Схема приходит в исходное состояние и далее процессы повторяются. При переходном процессе запуска конвертора процессы происходят аналогично и моменты срабатывания выключающего транзистора определяются ;положительной полярностью напряжения , величина которого не зависит от величины выходного напряжения UK конвертора, а определяется только напряжением источника питания Е. В режиме прерывистых токов (фиг.2, диаграммы 3 , Эц, Uj., , пунктирные линии) напряжение паразитных колебаний на обмотке не может вызвать сра. батывания транзисторов, так как время разряда индуктивности вторичной обмотки-fcpajpбольше чем длительность импульса,сформированного дифференци рующим блоком 7.Таким образом, для нацежной работы устройства необходи мо выполнение неравенства tpciip 5 -t . Практически это соотношение легк выполнимо даже при значительной нестабильности4;р, , так как время-Ьра составляет десятки-сотни микросекун а длительность рассасывания избыточ ных носителей из базы транзистора 1 определякяцая времяigj,,, равна долям-единицам микросекунд. Увеличени же длительностиЬвь1Кл е приводит к ухудшению энергетических показателе конвертора, так как длительность им пульса тока ЗВЫКА формируется сигналом импульсной обратной связи с допол ительной обмоткой выходного трасформатора 3 и не зависит от постоянной времени дифференцирования устройства. Наличие дифференцирующего блока позволяет увеличить также величину )азрядного резистора 14, что уменьш ет величину остаточного тока включаквдего транзистора 4 и его длитель ность, что видно из диаграммы Uci-i { напряжение на конденсаторе 13, где время-fcgjyy , формируемое дифференцирунадим блоком 6. Так как для импульсных транзисторов длительность тока D вид , достаточного для срабатывания положительной обратной связи трансформатора 2 тока, мала и составляет сотые-десятые доли микросекунд, то длительность -t цкд с нестабильностью в едигощы микросекунд не влияет на работоспособность конвертора. Наравне с этим возможная .длительность разряда конденсатора 13 . при использовании дифференцирующего блока 6 значительно увеличивается, что дает возможность увеличить величЗР ну разрядного резистора 14 и уменьшить мощность, рассеиваемую схемой управления конвертора. Следовательно, применение цепочки из конденсатора 13 и резистора 14 дает возможность более точно сформировать длительность тока Одкл и таким образом улучшить энергетические показатели конвертора. Так как для импульсных насыщейных транзисторов время включения грраэдо меньше времени рассаснвЁщия из быточных носителей, а значит и времени выключения, то отсутствие импульсной обратной связи по включающему импульсу практически не ухудшает КПД конвертора, чему также способствует применение трансформатора тока с положительной обратной связью Таким образом I введение инвертирующего транзисторного ключа 8 в схе му однотактного конвертора позволяет уменьшить время открытого состояния выключакйцего транзистора 5 в переходном режиме первоначального запуска конвертора и привести это время к нормальной длительности открытого состояния транзистора 5 в стационарном режиме работы, чем уменьшается мощность, а следовательно, масса и габариты выключающего транзистора 5. Кроме того, использование дифференцирукяцих блоков 6 и 7 дает возможность получить надежную, устойчивую работу конвертора в режиме непрерывных токов, причем блок 7 принципиально присутствует в преходных режимах включения, выключения и коммутации тока нагрузки. Применение цепочки, состоящей из конденсатора 13 и резистора 14, при наличии дифференцирующего блока 6 обеспечивает уменьшение мощности, рассеиваемой схемой ььравления, а следовательно, и всем конвертором. Таким образом, изобретение позволяет повысить эффективность работы однотактного транзисторного конвертора за счет улучшения массогабаритнь х характеристик, повышения на;дежности работы и уменьшения рассеи|ваемой мсвдности. Формула изобретения 1. Однотактный транзисторный конвертор, содержащий силовой транзистор, коллектор которого через TO toвый и выходной трансформаторы подключены к одному из входных выводов, а управлякяций переход соединен с одной из обмоток токового трансформатора, концц другой обмотки которого через и выключанхций транзисторы подсоединены к другому входному выводу, а средняя точка подключена к третьему входному выводу, при этом управляющий переход выключающего транзистора шунтирован дополнитель- i ным транзистором, управляющий переход которого связан с одной из обмоток выходного трансформатора, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью улучшения массогабаритнгых характеристик, в него введен инвертирующий транзисторный ключ, коллектор которого подключён к базе допЬлнительного транзистора и через ре-, . зистор - к третьему входному выводу, а эмиттер и база - соответственно к дополнительной обмотке выходного трансф6рма1тора. 2.Конвертор non.l, отли4 а ю щи и с я тем, что управляющие входы подключены к базам включающего и выключающего транзисторов через введенные дифференцирующие блоки. . .: 3.Конвертор по п.2, о т л и чающийся тем,. что, с целью уменьшения рассеиваемой мощности, в неговведена цепочка, состоящая из параллельного соединения конденсатора и резистора, включенная межУ коллектором включающего транзистора и Обмоткой токового трансформатора. .

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Патент CUIA I 3671844, кл. I 02 М 3/32, 1972.

2.Авторское свидетельство СССР 708475, кл. Н 02 И 3/335, 1976.