Импульсный регулятор напряжения

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ СоюзСоветских Социалистических Республик(23) Приоритет - (43) Опубликован (45) Дата опублик Совета Министров С по делам изобретен 53) УДК 621,316.722(088.8) 04.78. Бюллетень13 и открытий вания описания 22.04. Авторыизобретения П. Борисов олоско 71) Заявитель) ИМПУЛЬСНЫЙ РЕГУЛЯТОР НАПРЯЖЕ Изобретение относится к области электротехники и предназначено для использования в импульсных стабилизаторах или регуляторах постоянного напряжения с повышенной частотой коммутации силового регулирующего элемента.Известны импульсные регуляторы напряжения, содержащие силовой транзисторный элемент, включенный между источником питания и сглаживающим фильтром с нагрузкой, и вспомогательные источники питания для форсирования процесса коммутации силового транзисторного элемента 1 - 31.Из известных устройств к настоящему изобретению наиболее близким по технической сущности является регулятор, в котором вспомогателыный источник питания подключен через транзистор к базовой цепи силового транзисторного элемента и используется для запирания,последнего 4).В процессе запирания, до рассасььвания носителей из базовой области силового транзисторного элемента, от ,вспомогательного источника через транзкстор должны проходить достаточно большие импульсы тока, для создания которых напряжение вспомогательного источника должно быть также достаточно большим по величине. Однако после запирания силового транзисторного элемента, когда ток,в его базе уменьшится практически до нуля, все напряжение вспомогательного источника будет приложено к переходу базаэмиттер силового транзисторного элемента, что снижает надежность регулятора и может 5 вывести его из строя. Аналогичные язвлениябудут лроисхолить при малых токах нагрузки регулятора. По этим причинам налряжение вспомогательного источника выопрают меньше необхолимой вел:ьчнны, что увеличивает О коммутационные потери и снижает КПД.регул ятор а.Цель изобретения - повышение КПД, атакже надежности импульсного регулятора напряжения.Поставленная цель достигается тем, чтоформирователь запирающего напряжения выполнен в,виде включенных между эмиттером силового и коллектором вспомогательного транзисторов конденсатора и цепочки, состоящей из резистора и двух согласно включенных диодов, общая точка которых соединена с коллектором силового транзистора через дополнителыный конденсатор.На чертеже прелставлена принципиальная 25 схема импульсного регулятора напряженияИмпульсный регулятор напряжения содержит силовой транзистор 1, вкгпочснлый между источником литания 2 и сглаживающим фильтром 3 с нагрузкой 4. Параллельно сило- ЗО вому транзистору через дополнительный кон50 65 денсатор 5 подключен диод 6, параллельно которому через диод 7 и резистор 8 подключен конденсатор 9, который через вспомогательный тра,нзистор 10 и цепь из резистора 11 и конденсатора 12 подключен к,базе силового транзистора, шунтированной в обратном направлении диодами 13. База транзистора 10 шунтировапа в обратном направлении диодом 14 и соединена через резистор 15 с дололнительньм транзистором 16 и через резистор 17 с клеммой 18, на которую подаются импульсы смещения положительной полярности, Резистор 11, конденсатор 12 и диоды 13 образуют совместно с переходом база-эмиттер силового транзистора 1 его базовую цепь.,В исходном состоянии конденсаторы 5, 9 и,12 запряжены полярностью, указанной на чертеже.Коммутация силового транзистора 1 осущес гвляется с помощью импульсов, подаваемых на клемму 18 и на базу транзистора 16, причем при наличии импульса на клемме 18 импульс на базу транзистора 16 не подается, и наоборот. При наличии импульса на базе пранзистора 16 последний переходит в состояние насыщения, и токомпротекающим но контуру база-эмиттер транзистора 1 - конденсатор 12 с резистором 11 - диод 14 - резистор 15 - транзистор 16, осуществляется включение транзистора 1, до этого, момента находившегося в обесточенном состоянии. При этом, поскольку в предшествующем цикле работы конденсатор 12 был заряжен полярностью, указанный ток в начальный момент времени будет несколько больше величины, необходимой для насыщения пранзистора 1, и будет гприближаться к ней к концу данного интервала времени, когда из-за наличия указанного тока произойдет перезаряд конденсатора 12 обратной полярностью, Это обес)печиваег быстрый перевод транзистора 1 во включенное состояние и, соответственно, минимальные потери при его включении, При насыщенном состоянии транзистора 1 напряжение от источника 2,поступает на вход сглаживающего фильтра 3. Все это время транзистор 10 обесточен.В конце рассмотренного интервала времени импульс управления сиимается с базы транзистора 16 и подается на клемму 18. При атом транзистор 16 обесточивается, прерывается ток, удерживающий транзистор 1 в состоянии насыщения, начинает протекать ток от клеммы 18 через резистор 17 и переход база-эмиттер транзистора 10, последний открывается, и от конденсатора 9 через транзистор 10, конденсатор 12, диоды 13 и переход база-эмиттер силового транзистора 1 начинает протекать мощный импульс тока, что способствует быстрому переводу транзистора 1 в отключенное состояние и, соответственно, обеспечивает минимальные потери в силовои пранзиеторе 1,при его отключении. При отключенном состоянии транзистора 1 напряжение от источника 2 не поступает на фильтр 5 1 О 15 20 25 30 35 40 45 55 60 3 и на его входе равно нулю. В этом интервале времени происходит перезаряд конденсатора 9, к концу данного интервала импульс тока уменьшается до минимальной величины, необходимой для удержания транзистора 1 в обесточенном состоянии.Затем рассмотренные процессы,повторяются. На,входе фильтра 3 образуется последовательность прямоугольных импульссв, которая преобразуется фильтром в постоянное напряжение, поступающее на нагрузку 4, Величина напряжения на нагрузке 4 регулируется путем изменения соотношения между длительностями включенного и выключенного состояний транзистора 1.Одновременно с рассмотренными процессами, определяющими состояние силового транзистора 1, происходят следующие процессы, о)пределяющие величину напряжения на конденсаторе 9. В иомент отключения транзистора 1 на его силовом переходе должен образоваться импульс перенапряжения, причем величина его возрастает с увеличением тока нагрузки.,При этом энергия импульса перенапряжения расходуется на заряд конденсатора 5 (полярность указана на чертеже) через диод 6 причем поскольку энрвгия импульса перенапряжения пропорциональная току нагрузки, напряжение, до которого зарядится конденсатор 5, будет также пропорционально току нагрузки.Разряд конденсатора 5 произойдет после перехода транзистора 1 в насыщенное состояние, когда энергия, записанная конденсатором 5, по контуру диод 7 - резистор 8 - конденсатор 9 - транзистор 1 начнет передаваться конденсатору 9 (пранзистор 10 в это время обесточен). Очевидно, что напряжение на конденсаторе 9 будет возрастать с увеличением тока нагрузки.Поскольку напряжение на конденсаторе 9 используется в следующем интервале коммутации, когда, будет открыт транзистор 10,для создания мощного имлульса тока, залирающего гранзистор 1, очевидно, что запирание транзистора 1 будет происходить тем более мощеным импульсом, чем больше ток, протекающий через его силовую цепь (ток нагрузки). Следовательно, выбрав определенным образом параметры схемы, можно как при минимальном, так и при максимальном токе нагрузочки обеспечить малую, величину коммутационных потерь в транзисторе 1 и схеме его управления, т. е. регулятора.Подключение конденсатора 5 одновременно позволяет уменьшить амплитуду перенапряжений, что повышает надежность регулятора и,представляет собой побочный положительный, эффект, Надежность, регулятора повьипается также из-за,наличия диодов 13, предотвращающих возникновение на переходе база-эмиттер силового транзистора 1 больших перенапряжений.,В казачестве импульса смещения, подаваемого на клемму 18, может быть использовано691787 72 Составитель И. ГалиеваРедактор Н. Арванцова Техред И, Рыбкина Коррект имкина дписное Заказ 113/208НПО Изд,128арствеиного комитетпо делам изобретен 1 осква, Ж, Рауш Тираж 892а Совета Министров СССРий и открытийкая наб., д. 4/5 арьк, фил, пред, сПатен напряжение постоянного тока, Принцил работы устройства при этом не изменяется. Базовая цепь элемента 1 может не содержать элементов 11 - 1 З или одного из них, что также не изменяет принципа .работы устройства. Формула изобретения 1. Импульсный регулятор напряжения, содержащий подключенный ко входным зажимам силовой транзистор, к базе которого через дополнительный транзистор, подключен формирователь запирающего напряжения, причем переход эмиттер-база дополнительного транзистора шунтирован диодом, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения КПД и надежности, упомянутый формирователь запирающего напряжения выполнен,в виде включенных между эмиттвром силового и коллектором вспомогательного транзисторов конденсатора и цепочки, состоящей из резистора и двух согласно включенных диодов, общая точка которых соединена с коллектором силового транз 1 истора через дополнительный конденсатор.2. Импульсный регулятор напряжения по 5 п. 1, отличающийся тем, что междуэмиттером вспомогательного и базой силового транзисторов включены параллельно соединенные резистор и конденсатор, а переход база-эмиттер силового транзистора,шунтиро ван обратно включенным диодом.Источники информации, принятые во внимание при экспертизе: 15 1. Патент ФРГ1563682, кл. б 05 Р 1/56,1969.2. Патент США3641424, кл. 323 в ,1971.3. Авторское свидетельство СССР321900,20 кл. Н 02 М 3/14, 19 О.4. Патент Франции2130053, кл. 6 05 Р1/00, 1971.