Двухтактный конвертор Советский патент 1982 года по МПК H02M3/335 

(54) ДВУХТАКТНЫЙ КОНВЕРТОР

Изобретение относится ко вторичным источникам питания, в частности к преобразователям напряжения, и может быть использовано в радиоэлектронной и ргщиотехннческой промышленности.

Для питания различной аппаратуры применяются конверторы, выполненные по полумостовой или мостовой схеме с непосредственным выпрямлением сетевогЬ напряжения и дальнейшим преобразованием его на повышенной частоте в необходимые номиналы постоянного напряжения. В реальных схемах конверторов мостового или полумостового типа возникает асимметрия работы плечей моста, например, из-за технологического разброса параметров транзисторов, диодов,-при изменении тока нагрузки и т.д.

Известен конвертор,.выполненный по двухтактной схеме, содержащий выходной трансформатор с дополнительной обмоткой и обмотками положительной обратной связи, коммутирующий дроссель с дополнительной обмоткой, юдсоединенной к дополнительной обмотке трансформатора Cl 1. В известном устройстве удалось устранить только одну из причин

а И1«четрии - технологический разброс по прямому напряжению база-эмиттер- i ных переходов транзисторов н последовательно включенных с дросселем

ДИОДОВ .

Известен также двухтактный полумостовой конвертор, содержащий трансфоЕадатор, первичная обмотка которого включена в диагональ моста, обмот10ки положительной обратной связ1/ подключены через базовые резисторы к база-эмиттерным переходам транзисторов, индуктивный элемент, обмотки которого связаны через разделитель15ные диоды и дополнительные обмотки транзистора с указанными база-эмиттернымн переходами. В указанном конверторе длительность перемагничиваНия дросселя не зависит от техноло20гического разброса по прямому напряжению эмиттерных переходов транзисторов. Для возможности симметрирования работы схемы введен переменный резистор U21.

25

Существенными недостатками данного конвертора являются ручная регулировка переменным резистором н относительно узкий.диапазон регулиров30ки по устранению асимметрии. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому является двухтактный конвертор, содержащий мост, плечи которого образованы коммутирующими транзисторами, и емкостным делителем трансформатор, первичная обмотка которого включена в одну диагональ мос та, другая диагональ которого подклю чена ко входным выводам, а вторичная через выпрямитель и емкостный фильтр подсоединена к выходным выводам, при этом обмотки положительной обратной связи через базовые резисторы подключены к база-эмиттерным переходам коммутирукадих транзисторов, два частртозадающих индуктивных элемента, обмотки которых связаны через разделительные диоды и дополнительные обмотки транс форматора с указанными база-эмиттерньп4и переходами. Симметрирование плеч указанного конвертора осуществляется вручную переменным резистором а для повышения устойчивости отсимметрированного состояния параллельно первичной обмотке теансформатора подключен конденсатор . Указанный конвертор характеризуется тем, что подключения параллельно первичной обмотке трансформатора конденсатора недостаточно для устранения асимметрии работы плеч конвертора, и требуемся регулировка переменным резистором вручную. Лодцержание же устойчивости предварительно ртсимметрирЬванного переменньм резис тором состояния схемы с помощью указанного конденсатора эффективно лишь при небольших изменениях рабочей температуры и при условии иезначи гельного разброса параметров тран|зистрра. Кроме того, наличие конденсатора в данном конверторе ухудшает фронты импульсов выходного напряжения. Перечисленные недостатки особенно сказываются на работе с увели чением его рабочей частоты. При работе конвертора на повьвяеиных часто тах возникающая разница времени пер магничивания сердеч«ика дросселя в прямом и обратном направлениях приводит к существенной асимметрии дли тельности включенного состояния транзисторов и возрастанию коллекто ного тока и рассеивания мощности од ного из транзисторов, что может при вести к выходу его из строя. Цель изобретения - автоматическо устранение асимметрии работы схемы. Указанная цель достигается тем, что в двухтактный конвертор введены резистивный делитель/ включенный па раллельно с емкостным, усилитель, диоды и резисторы, а упомянутые индуктивные элементы выполнены в виде двух обмоточных дросселей, одни из концов обмоток которых подключен к средней точке емкостного делителя, а вторые концы через последовательно соединенные диод и резистор подключены к выходу усилителя, вход которого соединен со средней точкой резистивного делителя. При этом первичная обмотка трансформатора может иметь отвод, соединенный со входами двух однополупериодных выпрямителей, каждый из которых содержит диод и конденсатор, выходами подключенных ко входным питакнцим выводам усилителя. На чертеже изображена принципиальная схема двухтактного конвертора. Устройство содержит мост, образованный емкостным делителем напряжения на конденса1ррах 1 и 2 и коммутирующими транзисторами 3 и 4, трансформатор 5, первичная обмотка б которого включена в диагональ моста, вторичная обмотка 7 через выпрямитель 8 и емкостный фильтр 9 подсоединена к выходным выводам конвертора, а обмотки 10 и 11 положительной обратной СВЯЗИ через базовые резисторы 12 и 13 подключены к база-эмитт.ёрным переходам транзисторов 3 и 4, два двухобмоточных частотозадающих дросселя 14 и 15, цервые обмотки 16 и 17 которых связаны через разделительные диоды 18 и 19 и дополнительные обмотки 20 и 21 трансформатора 5 с указанными база-эмиттерными переходами, резистивный делителъ, образованный резисторами 22 и 23, включающий параллельно емкостному делителю 1 и 2, усилитель 24, два однополупериодных выпрямителя, образованных диодами 25 и 26 и конденса;торами 27 и 28 соответственно, входы выпрямителей соединены с дополнительным отводом 29 первичной обмотки б трансформатора 5, вторые обмотки 30 и 31 дросселей 14 и 15, подключенные,одним концом к средней точке, емкостного делителя 1 и 2, вторым концом через последовательно соединенные диоды 32 и 33 и резистсфы 34 .и 35 сё:язаны с выходом делителя 22 И:23. Конвертор снабжён диодами 36 и 37, включенными параллельно база-эмиттерным переходам транзисторов 3 и 4 для защиты последних от пробоя обратным напряжением, и конденсатором 38, включенным меявду входом усилителя 24. и средней точкой емкостно|го делителя 1 и 2. Конвертор работает следующим образом. Допустим, что трйнзистор 4 открыт J. тогда обмотка 6 оказывается подключенной к конденсатору 2, и под действием напряжения, приложенного к ней, начинается перемагничивание сердечника трансформатора 5. Транзистор 4 открыт током, протекающем через его эмиттерный переход от обмотки 11 чербз резистор 13. Транзис тор 3 закрыт под действием прямого напряжения на диоде 36 за счет тока, протекакадего от обмотки 10 через резистор 12. Сердечник дросселя 15 начинает перемагничиваться в прямом направлении под действием напряжения обмотки 21, приложенного к обмотке 17 через эмиттерный переход транзистора 4 и разделительный диод 19. Одновременно происходит перемагничива ние в обратном, направлении сердечника дро.сселя 14 за счет действия на его обмотках 16 и 30 напряжений самоиндукции, возникших в результате переключения конвертора в предыдущем такте и смены полярности напряжений на обмотках 10 и 20. Перемагничивание сердечника дросселя 14 в обратном направлении происходит по двум цепям: одна образована обмоткой 16, разделительным диодом 18 диодом 36 и обмоткой 20 трансформат ра 5, другая - обмоткой 30, диодом 3 резистором 34 и выходом усилителя 2 К окончанию перемагнйчивания сер дечника дросселя 15 в прямом направлении происходит частичное пере магничивание сердечника дросселя 14 в обратном направлении. В момент на сьицения сердечника дросселя 15 возникает запирающий импульс тока через диод 19, обеспечивая активное запирание транзистора 4. Начинается процесс смены полярностей напряжения на обмотках трансформатора 5. Открывается транзистор 3 током, про текающим через резистор 12 от обмотки 10, подключая обмотку 6 к конденсатору 1. Х&юд 18 открыйается, подключая обмотку 16 к обмотке 20 чере открытый эмиттерный переход транзистора 3. Происходит перемагничивание сердечника дросселя 14 в -прямом направлении, а дросселя 15 - в обратном . Далее процессы в конверторе про исходят как и при открытом транзисто ре 4. При этом время, в течение которого происходит перемагничивание сердечника дросселя 14 в прямом направлении, зависит от степени его перемагнйчивания в обратном направлении в предыдущем такте. Таким образом, регулируя степень перемагнйчивания сердечников дросселей 14 и 15 в обратном направлении, можно регулировать длительность вклю ченных состояний транзисторов 3 и 4 Это и используется в предлагаемом конверторе для устранения асимметрии работы его плеч. При симметричной работе конвертора напряжения на конденсаторах 1 и 2 равны между собой. Резисторы 22 и 23 выраны равными, поэтому напряжение, поступающее с диагонали моста, образованного элементами 1, 2, 22 и 23, на вход усилителя 24, равно нулю. При этом выходное напряжение усилителя 24, работающего как повторитель напряжения, также равно нулю, при равных величинах дополнительных рези -;торов 34 и 35 скорости перемагнйчивания сердечников дросселей 14 и 15 в обратном направлении равны, и длительности включенных состояний транзисторов 3 и 4 одинаковы. Допустим возникают причины, вызывающие перекос схемы, а именн.о увеличивается длительность включенного с-остояния одного из транзисторов, например транзистора 3. Происходит перераспределение напряжений на конденсаторах 1 и 2, появляется сигнал разбаланса моста, образованного элементами 1, 2, 22 и 23. Этот сигнал усиливается и с выхода усилителя 24 подается в диагональ другого моста, образованного обмотками 30. и 31, цепочкой диод 32.резистор 34 и цепочкой диод 33-резистор 35, вызывая уменьшение скорости перемагнйчивания сердечника дросселя 14 и одновременное увеличение скорости перемагнйчивания сердечника дросселя 15. Это, в своюочередь, приводит к уменьшению времени включенного состояния транзистора 3 и увеличению времени включенного состояния транзистора 4. Таким образом, симметрия работы плеч конвертора восстанавливается. -4 Питание усилителя 24 осуществляется двухполярным напряжение, полученным относительно средней точки емкостного делителя 1 и 2 Для этого в конвер- рре первичная обмотка 6 трансформатора 5 снабжена дополнительным отводом 29, соединенным со входами двух однополупериодных выпрямителей, каждый из которых содержит диод и конденсатор, а выходы которых подключены ко входам питания усилителя 24. Для сглаживания Пульсаций напряжения, поступающего на рабочий вход усилителя, конвертор снабжен конденсатором 38. Применение предлагаемого устройства обеспечивает эффективное устранение .эсимметрии, вызванной различными причинами, исключает ручные регулировки, улучшает форму выходного напряжения, повышает надежность онвертора, что особенно важно в усР9ЙЯХ серийного производства, кога есть вероятность установки в конертор транзисторов и других элеменов со значительным разбросом параетров, и в условиях эксплуатации ри изменении температуры окружающей реды в широких пределах. Кроме то- . о, конвертор может работать на повышеиных частотах порядка 40 кГц без ухудшения симметрии.

Формула изобретения

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

Г