Однотактный регулируемый преобразователь Советский патент 1982 года по МПК H02M3/335 

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано в источниках питания различной радиоэлектронной .аппаратуры.

Известны однотактные преобразователи, содержащие силовой транзисторный ключ, нагрузкой которого является трансформатор с дополнительной обмоткой возврата, выпрямитель, фильтр выходного напряжения и схему управления 1.

Недостатками этих преобразователей являются пониженные КПД и удельная мощность из-за значительного времени переключения выпрямительных диодов и времени .рассасывания силовых транзисторов, ухудшающих условия размазгначивания силового трансформатора и уменьшающих максимально возможный коэффициент заполнения иипульсов. Наиболее действенным средством улучшения удельных показателей регулируемых преобразователей является повышение частоты преобразования. Однако с повышением частоты основными факторами определяющими выбор частоты преобразования является время рассасывания регулирукицего (силового) транзистора, а также время переключения диодов выпрямителя.

Кроме того, в случае, когда выход преобразователя постоянного напряжения подключен к нелинейной нагрузке, обладающей конечным временем переключения, например, диодно-индуктивно-емкостной фильтр либо база-эмиттерный переход транзистора, ограничения на выбор частоты вносят динамические потери в нелинейной нагруз10ке, увеличивающиеся с повышением частоты. Для сохранения высоких значений КПД преобразователя при высоких частотах преобразования возникает необходимость снижения этих

15 потерь.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и схемному решению является однотактный преобразователь постоянного напряжения,

20 содержащий силовой транзистор,управляющий электрод которого подключен к формкрователю управляющего сигнала, один из-силовых электродов подключен к одному из концов первичной

25 обмотки выходного трансформатора, вторичная обмотка которого через выпрямитель подсоединена к выходным выводам, при этом второй его си.йовой электрод подключен к одному из вход30ных выводов и к силовому электроду маломощного транзисторного ключа, второй силовой электрод которого со динен содним из концов обмотки воз врата,причем другие концы упомянуты обмоток подключены ко второму входному выводу, связанному с упомянутым первым входным выводом через конденсатор 2. Недостатками данного однотактного преобразователя постоянного напряжения являются пониженные КПД и удельная мощность, обусловленные значительным временем переключения выпрямительного диода преобразовате ля, ухудшающим условия размагничивания трансформатора и уменьшающим максимально возможный коэффициент заполнения импульсов, большее время рассасывания силового транзисторног ключа, накладывающее ограничение на повышение рабочей частоты преобразователя. Цель изобретения - повышение КПД и удельной мощности однотактного регулируемого преобразователя путем уменьшения времени переключения выпрямительного диода преобразователя и форсирования процессов рассасывания в силовом транзисторном ключе Улучшения условий размагничивания трансформатора и увеличения максимально возможного коэффициента заполнения, повышения частоты преобра зователя . Поставленная цель достигается тем, что в однотактном регулируемом преобразователе, управляющий электрод силового транзистора связан с одноименным электродом маломощного транзистора через введенный второй формирователь сигнала, причем силовой переход маломощного транзистора эашунтирован обратным диодом. На фиг.1 изображена схема электрическая принципиальная однотактног регулируемого преобразователя на фиг. 2 - временные диаграммы. Устройство содержит формировател управляющего сигнала 1, управляющий силовым транзисторным ключом 2, трансформатор с первичной обмоткой 3, которая является нагрузкой силов го транзисторного ключа 2, вторич.ной обг откой 4, соединенной с выпря мительным диодом 5 и подключенной к выходным выводам преобразователя, малсмощннй транзисторный ключ 6, нагрузкой которого является обмотка возврата7 трансформатора дополнительный формирователь 8, вход которого соединен с выходом формировате ля 1 , а выход соединен с базой маломощного транзисторного ключа 6, силовая цепь которого з шунтирована обратным диодом 9. Разноименные ко цы обмоток 3 и 7 соединены с другим полюссяи источника питания напряжением ИП. Между полюсами источника питания включен конденсатор 10. На фиг.2 представлены временные диаграммы работы преобразователя, на которых обозначено; U - напряжение на выходе формирователя управляющего сигнала 1; U - напряжение между коллектором и эмиттером силового транзисторного ключа 2 (для случая равенства витков в обмотках 3 и 7); Ug - напряжение на выходе дополнительного формирователя 8, i, - ток коллектора силового транзисторного ключа 2; напряжение между коллектором и эмиттером маломощного транзисторного ключа 6; i - ток, протекающий через коллектор маломощного транзисторного ключа 6;iq - ток, протекающий через дополнительный диод. Устройство pa6oTaet следующим образом. Силовой транзисторный ключ 2 обеспечивает преобразование постоянного входного напряжения источника питания ИП в импульсное, которое через выпрямительный диод 5 подается в нагрузку. Формирователь управляющего сигнала 1 осуществляет широтную модуляцию последовательности импульсов управления ty . В. момент формирования формирователем управляющего сигнала 1 открывающего импульса для силового транзисторного ключа 2 (интервал ty на фиг.2) открывается диод 5 и энергия передается в нагрузку. После окончания импульса дополнительный формирователь 8 формирует отпирающий импульс для маломощного транзисторного ключа 6 длительПри этом коллекторный ностью t ток силового транзисторного ключа 2 резко возрастает, сокргицая длительность процесса рассасывания в нем, а к выпрямительному диоду 5 прикладывается отрицательное запирающее напряжение, форсирующее процесс его выключения. После окончания импульса t, формируемого формирователем 8 маломощный транзисторный ключ 6 закрывается и на обмотке 7 трансформатора возникает ЭДС самоиндукции, приводящая к отпиранию диода 9 и окончательное размагничивание силового трансформатора идет на источник питающего напряжения ИП через обмотку 7 и диод 9. Введение диода 9 дает возможность ограничить выброс напряжения на силовом транзисторном ключе 2, возникающий за счет индуктивности рассеяния трансформатора. Длительность импульса ./ Формируемого формирователем 8 выбирается из условия t,,, (tpap 2 + t epeKA 5), где tpac.i - время рассасывания силового транзисторного ключа 2; nepeч время переключения выпрямительного диода преобразователя 5. Конденсатор 10 служит для созда ния пути току размагничивания тран форматора при отключении однотактного регулируемого преобразовател от источника питающего напряжения. Тем самым предотвращаются броски коллекторного тока силового транзис торного ключа в момент подключения преобразователя к источнику питающего напряжения и повышается надежность однотактного регулируемого преобразователя. В известном преобразователе открывание маломощного транзисторного ключа возможно только после окончания процессов рассасывания в силово транзисторном ключе и переключения выпрямительного диода преобразователя, так как маломощный транзисторный ключ открывается напряжением за счет ЭДС самоиндукции, возникающим только после окончания перечисленных процессов в преобразователе. Это накладывает ограничения на выбор максимального коэффициента заполнения импульсов на выходе формирователя управляющего сигнала, а также на выбор частоты преобразования в однотактном регулируемом преобразователе. В предлагаемом преобразователе введение дополнительного формирователя, управляющего маломощньм транзисторным ключом, позволяет увеличить максимальный коэффициент заполнения импульсов на выходе формирователя управляющего сигнала и повысить частоту преобразования однотактного регулируемого преобразователя за счет сокращения времени рассасывания в силовом транзисторнс ключе и времени переключения выпрямительного диода преобразователя. Формула изобретения Однотактный регулируемый преобразователь, содержащий силовой транзистор, управляющий электрод которого подключен к формирователю управляющего сигнала, один из силовых электродов подключен к одному из концов первичной обмотки выходного трансформатора, вторичная обмотка которого через выпрямитель подсоединена к выходным выводам, при этсми второй его силовой электрод подключен к одному из входных выводов и к силовсму электроду маломощного транзисторного ключа, второй силовой электрод которого соединен с одним из концов обмотки возврата, причем другие концы упомянутых обмоток подключены ко второму входному выводу, связанному с упомянутым первым входным выводом через конденсатор, отличающийся тем, что, с целью увеличения КПД и удельной мощности преобразователя, управляющий электрод силового транзистора связан с одноименньм электродом маломощного тран-f зистора через введенный второй формирователь сигнала, причем силовой переход маломощного транзистора заи1унтирован обратным диодом. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Моин В,С. и Лаптев И.И. Стабилизированные транзисторные преобразователи. М., Энергия , 1972, с. 193. 2.Авторское свидетельство СССР № 639105, кл. Н 02 М 3/335, 1978.

(/f

гтуг:

-

г

«N4

(L