SU1721753A1 - Стабилизированный преобразователь посто нного напр жени - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электротехнике и может найти применение при создании вторичных источников питани  радиоэлектронной аппаратуры. Цель изобретени  - noвышение КПД и надежности. В стабилизированный преобразователь, содержащий силовую часть 1. ключевой транзистор 2, резисторы 3 и 4, диод 5, дроссель 6 и блок управлени  7 с транзистором 10 и трансформатором 12, введены дополнительный транзистор 11, широтно-импульсный модул тор 13, делитель напр жени  14, пороговый элемент 15 и логическое устройство 16. За счет исключени  база-коллекторной св зи и формировани  выключающего импульса тока ключевого транзистора заданной длительности через первичную обмотку трансформатора блока управлени  обеспечиваетс  повышение КПД, надежности при общем упрощении схемы транзисторного ключа преобразовател , расширение диапазона рабочих напр жений. 2 ил. (Л С

Description

Изобретение относитс  к электротехнике и может найти применение при создании вторичных источников питани  радиоэлектронной аппаратуры.

Известен электронный транзисторный ключ, содержащий ключевой транзистор, три диода, три резистора и блок управлени , включающий в себ  транзистор, трансформатор с трем  обмотками, резистор и диод.

Недостатком данного устройства  вл етс  значительна  задержка выключени  ключевого транзистора вследствие протекани  паразитного отпирающего тока в базовой цепи из-за наличи  барьерной емкости фиксирующего диода и, как следствие, снижение КПД и надежности электронного транзисторного ключа, а также низкие частотные свойства (или быстродействие). Это объ сн етс  тем, что ключевой транзистор имеет большие времена выключени  из-за пассивного его выключени .

Наиболее близким к изобретению  вл етс  устройство, содержащее блок управлени  с трансформаторным выходом, ключевой транзистор, токозадающий резистор , первый диод, фиксирующий диод, об- ратныйдиод,накопительный

дроссель-трансформатор и два резистора, причем анод обратного диода подключен к базе ключевого транзистора, первый вывод токозадающего резистора соединен с первым выходом блока управлени , а второй вывод-с анодом фиксирующего диода, коллектор ключевого транзистора через нагрузку соединен с первой |шиной питани , а эмиттер - с второй шиной питани  и вторым выходом блока управлени , первична  обмотка накопительного дроссел -трансформатора включена между катодом фиксирующего диода и коллектором ключевого транзистора, а его вторична  обмотка подключена к базаэмиттерному переходу ключевого транзистора через последовательно соединенные первый диод и первый резистор,второй резистор включён между анодом фиксирующего диода и базой ключевого транзистора, катод обратного диода с первым выходом блока управлени .

Одним из недостатков указанного устройства  вл ютс  невысокие удельные мас- согабаритные показатели вследствие использовани  большого числа элементов, а также наличие дроссел -трансформатора имеющего большие габариты и служащего дл  обеспечени  надежной гальванической разв зки высоковольтной коллекторной и низковольтной базовой цепей ключевого транзистора, особенно при построении ключевых преобразователей напр жени  промышленных сетей (220/380 В). Кроме того , электронный транзисторный ключ имеет низкий КПД из-за наличи  токоограничи- тельных цепей запаса энергии, а также невысокие частоты преобразовани ,особенно при высоком напр жении на шинах питани , ограничиваемые частотными свойства- ми фиксирующего диода.

Целью изобретени   вл етс  повышение КПД и надежности стабилизированного преобразовател  посто нного напр жени .

На фиг.1 приведена схема стабилизи- рованного преобразовател  посто нного напр жени ; на фиг,2 - диаграммы напр жений и токов, по сн ющие его работу.

Стабилизированный преобразователь посто нного напр жени  содержит сило- вую часть 1, ключевой транзистор 2, первый 3 и второй 4 резисторы, диод 5, дроссель 6 и блок управлени  7, снабженный первым 8 и вторым 9 питающими входами, содержащий транзистор 10, дополнительный тран- зистор 11, трансформатор 12, широтно-импульсный модул тор 13, делитель напр жени  14, пороговый элемент 15, логическое устройство 16.

Первый выход блока управлени  7 сое- динен с началом вторичной обмотки трансформатора 12 блока управлени  и первым выводом резистора 3, второй выход - с концом вторичной рбмотки трансформатора 12 блока управлени  7 и первым выводом ре- зистора 4, эмиттером ключевого транзистора 2 и одним из входов силовой части 1, другой вход которой соединен с коллектором ключевого транзистора 2, а выход - с управл ющим входом блока управлени  7, третий выход блока управлени  7 соединен с коллектором дополнительного транзистора 11 блока управлени  и одним из выводов дроссел  6, другой вывод которого соединен с анодом диода 5, четвертый выход блока управлени  7 соединен с коллектором транзистора 10 и концом первичной обмотки трансформатора 12 блока управлени  и катодом диода 5, начало первичной обмотки трансформатора 12 соединено с эмиттером дополнительного транзистора 11, первым питающим входом 8 блока управлени  7 и одним из входов делител  напр жени  14, другой вход которого соединен с эмиттером транзистора 10 и вторым питающим входом 9 блока управлени . Первый выход широт- но-импульсного модул тора 13 соединен с базой транзистора 10 и первым входом логического устройства 16, второй выход - с первым входом порогового элемента 15, а вход - с управл ющим входом блока управлени  7, с которым соединен выход силовой части 1, второй вход порогового элемента 15 соединен с выходом делител  напр жени  14, а выход - с вторым входом логического устройства 16, выход которого соединен с базой дополнительного транзистора 11.

На фиг.2 обозначены:

17- управл ющий сигнал с первого выхода широтно-импульсного модул тора 13;

18- эпюры напр жений на первом и втором входах порогового элемента 15;

19- напр жение на выходе порогового элемента;

20- напр жение на выходе логического устройства 16;

21- напр жение коллектор-эмиттер транзистора 10 блока управлени  7;

22- ток через дроссель 6;

23- ток намагничивани  (холостого хода ) сердечника трансформатора 12, приведенный к первичной обмотке;

24- напр жение на вторичной обмотке трансформатора 12;

25- ток через первичную обмотку трансформатора 12;

26-ток через вторичную обмотку трансформатора 12.

Сущность изобретени  состоит в том, что за счет исключени  база-коллекторной св зи и формировани  выключающего импульса тока ключевого транзистора заданной длительности через первичную обмотку трансформатора блока управлени  обеспечиваетс  повышение КПД, надежности при общем упрощении схемы электронного транзисторного ключа стабилизированного преобразовател  посто нного напр жени , расширение диапазона изменений питающего напр жени .

Стабилизированный преобразователь посто нного напр жени  работает следующим образом.

Широтно-импульсный модул тор (ШИМ) 13 блока управлени  7 формирует управл ющий сигнал дл  включени  транзистора 10, длительность которого зависит от уровн  выходного напр жени  силовой части 1, например, длительно to-t2 (см. эпюру 17 на фиг.2). При этом на втором выходе ШИМ формируетс  пилообразное напр жение , которое подаетс  на первый вход порогового элемента 15. В соответствии с уровнем напр жени , формируемого с делител  напр жени  14, пороговый элемент 15 на выходе имеет высокий уровень напр жени  в интервалы времени ti-t2. В момент времени ti по сигналу порогового элемента 15 логическое устройство 16 формирует на своем выходе сигнал низкого уровн  длительностью ц-Т, который открывает дополнительный транзистор 11.

В интервалы времени первична  обмотка трансформатора 12 блока управлени  7 подключена к источнику вспомогательного напр жени  - клеммы 8 и 9. При этом на вторичной обмотке трансформатора 12 наводитс  ЭДС и через база-эмиттерный переход ключевого транзистора 2 протекает пр мой ток, в основном определ емый сопротивлением резистора 3. Транзистор 2 переходит в состо ние высокой проводимости (открытое состо ние). В интервал времени включенного дополнительного транзистора 11 происходит накопление энергии в дросселе 6 за счет тока, протекающего по цепи коллекторно-эмиттерный переход дополнительного транзистора 11 - дроссель 6 - диод 5 - коллекторно-эмиттерный переход транзистора 10. К моменту времени t2 ток в дросселе 6 и ток намагничивани  сердечника трансформатора достигают максимальных значений соответственно др. макс И LMBKC.

В момент времени г транзистор 10 за- крыветс  и ток намагничивани  трансформатора 12 начинает протекать по цепи второй выход блока управлени  7 - параллельна  цепь, образовавша с  резистором

4и база-эмиттерным переходом ключевого транзистора 2 - резистор 3 - первый выход блока управлени  7. Кроме того, ток, накопленный в дросселе 6 др за интервал времени , начинает протекать по цепи диод

5- четвертый вход блока управлени  7 - первична  обмотка трансформатора 12 - эмиттерно-коллекторный переход транзистора 11- дроссель 6, навод  при этом ток во вторичной обмотке трансформатора 12, который протекает по той же цепи и в том же направлении, что 1и.Под действием этих токов формируетс  обратное напр жение

необходимой величины дл  форсированного выключени  ключевого транзистора 2.

В момент времени ta ток др дроссел  6 и в момент времени t4 ток намагничивани 

ij трансформатора 12 спадают до нул , т.е. сердечники трансформатора 12 и дроссел  6 полностью размагничиваютс .

С момента времени Т процессы повтор ютс  аналогично описанным.

За счет исключени  токоограничиваю- щего резистора в цеп х накоплени  энергии в дросселе 6 и передачи энергии дл  включени  ключевого транзистора 2 достигаетс  повышение КПД. Кроме того, в предлагаемом устройстве за счет шунтировани  база- эмиттерного перехода ключевого транзистора 2 резистором 4 исключены перенапр жени  на указанном переходе и на переходе коллектор-эмиттер транзистора

10блока управлени . Организаци  цепей накоплени  энергии в дросселе 6 от вспомогательного источника позвол ет упростить схему транзисторного ключа, уменьшить обратное напр жение на последовательно

включенном с дросселем б диоде 5 до величины , близкой к нулю, выполнить дроссель однообмоточным.

В схеме обеспечиваетс  формирование почти одинаковых выключающих импульсов

напр жени  ключевого транзистора 2 в широком диапазоне изменений коэффициента заполнени  управл ющих импульсов за счет фиксированного по длительности подключени  дроссел  6 к источнику вспомогательного напр жени . Это позвол ет обеспечить одинаково эффективное выключение ключевого транзистора в широком ди- апазоне изменений питающего напр жени , не расходу  лишней энергии

при больших коэффициентах заполнени  управл ющих импульсов дл  форсированного выключени  ключевого транзистора 2.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Стабилизированный преобразователь посто нного напр жени , содержащий силовую часть, ключевой транзистор, первый и второй резисторы, диод, дроссель и блок управлени , снабженный первым и вторым питающими входами, включающий в себ  транзистор и трансформатор, первична  обмотка которого включена между первым питающим входом блока управлени  и коллектором транзистора, эмиттер которого соединен с вторым питающим входом блока управлени , вторична  обмотка трансформатора выводами соединена с первым и вторым выходами блока управлени , первый вывод первого резистора соединен с первым выходом блока управлени , первый вывод второго резистора соединен с вторым выходом блока управлени , эмиттером ключевого транзистора и одним из входов силовой части, другой вход которой соединен с коллектором ключевого транзистора, один из выводов дроссел  соединен с анодом диода , отличающийс  тем, что, с целью повышени  КПД и надежности преобразовател , в блок управлени  введены дополнительный транзистор, широтно-им- пульсный модул тор, делитель напр жени , пороговый элемент и логическое устройство , кроме того, блок управлени  снабжен третьим и четвертым выходами, причем с третьим выходом блока управлени  соеди- нены коллектор дополнительного транзистора блока управлени  и другой вывод дроссел , с четвертым выходом блока управлени  соединены коллектор транзистора блока управлени , а также катод диода,

   вторые выводы первого и второго резисторов соединены с базой ключевого транзистора , причем в блоке управлени  первый выход широтно-импульсного модул тора соединен с базой транзистора и первым входом логического устройства, второй выход - с первым входом порогового элемента , а вход - с управл ющим входом блока управлени , с которым соединен выход силовой части, второй вход порогового элемента соединен с выходом делител  напр жени , входами соединенного с первым и вторым питающими входами блока управлени , выход порогового элемента соединен с вторым входом логического устройства , выход логического устройства соединен с базой дополнительного транзистора , эмиттер;которого соединен с первым питающим входом блока управлени .

   )

   Фиг. 2