Стабилизированный транзисторный конвертор

(: Союз Советских Социалистических Республик(и) 606194 61) Дополнительное к авт, свид-ву22) Заявлено Х 8.03.76(21) 2334691 у И, Кл.Н 02 М 3/3 заявки И присоеднне 23) Прио.ритет43) Опубликовано есударственный комет Совета Инннотрав ССС ао делам нзоорвтеннйи открмтий5,78.Бюллетень 45) Дата опубликования описания 1,Ь. Ч(54) СТАВИЛИСЬ РТО Изобретение относится к силовой электротехнике, а именно к вторичным источникам питания электротехнической аппаратуры,Известны стабилизированные транзисторныеконвертора, содержащие задающий генераторпеременного прямоугольного. напряжения, регулирующий ключ, выходной ннвертирующийкаскад с силовым трансформатором, а такжесоответствующие регулирующему ключу и инвертнрующему каскаду н связанные с их входами управляющие трансформаторы 11), 21. 10Из указанных конверторов наиболее близким но технической сущности к изобретению яв.ляется стабилизированный транзисторный конвертор (21,В таком конверторе выходной инвертирующий каскад выполнен по мостовой схеме, а вто. Зричцые обмотки соответствукипего этому каскаду управляющего трансформатора подключены к базам транзисторов каскада через резисторы. Кроме того, одна обмотка данного трайсформатора через резистор соединена с первичной.обмоткой другого управляющего трансформатора, вторичные обмотки которого включеныпараллельно переходам эмиттер-база транзисторов регулирующего ключа. Изменение длительности замкнутого состояния регулирующе-го ключа осуществляется путем изменения й длительности разомкнутого состояния транзистора, шунтирующего через выпрямитель пер-. вичную обмотку управляющего регулирующим ключом трансформатора. Так как напряжения на обмотках этого трансформатора равны или пропорциональны прямым падениям напряже. ний на переходах эмиттер-база транзисторов регулирующего ключа (в проводящем состоянии) то при значительном разбросе входных характеристик этих транзисторов, а также при работе в широком температурном диапазоне появляется необходимость в увеличении напря. женин иа обмотке первого управляющего трансформатора, соединенной через резистор с первичной обмоткбй второго управляющего трансформатора с тем, чтобы обеспечить протекание требуемого, тока резистора. Прн работе реальных транзисторов ток резистора будет превышать необходимое значение.Ток резнсгора иа интервале, когда шунтирующий транзистор включен, также будет превы. шать соответствующий ток резистора на пред. шествующем интервале (когда шунтнрующий транзистор выключен, а регулирующий ключ замкнут), Указанные факторы обусловливают увеличение мощности потерь ирн формировании управляющих транзисторами регулирующе606194 го ключа и выходного инвертируюшего каскада сигналов,Целью изобретения является увеличениеКПД конвертора,Поставленная цель достигается тем, чтопервичные обмотки управляющих трансформаторов включены последовательно между собой и соединены с управляемыми от задающего генератора дополнительными транзисторами по схеме стабилизированного по току двухтактного ключевого усилителя мошности.10На фиг. 1 представлена схема стабилизированного транзисторного конвертора; нафиг. 2 - вариант схемы модулятора длительности импульсов (Точки а,б,в,г,д,е схемы соответствуют точкам подключения модулятора всхеме фиг. 1).15На фиг. 1 приняты следующие обозначения:тумблер 1, транзисторный переключатель 2,токоограничиваюший резистор 3, источник питания 4, задающий генератор 5 переменногопрямоугольного напряжения, резистор 6, трансформатор 7 задающего генератора с обмотками 7 - 7 стабилитрон 8, резистор 9, токостабипизируюший транзистор 10, двухтактный клюевой усилитель 11 мощности, резистор 12,диоды 13, 14, транзисторы 15, 16, стабили 1 рон17, резистор 18, управляюший трансформатор19 регулируюшего ключа с обмотками 19 -19;, первый управляюший трансформатор выходного инвертируюшего каскада с обмотками20- 204, второй управляющий трансформатс 1 р выходного инвертирующего каскада с обмотками 21 - 24 регулирующий ключ 22, вы- эоходной инвертирующий каскад 23, силовой трансформатор с обмотками 24- 24 выходнойвыпрямитель 25, фильтруюший конденсатор 26,нагрузка 27 конвертора, фильтруюший дроссель 28, диод 29, диод 30, стабилитрон 31,выпрямитель 32, модулятор 33 длительности35импульсов, шунтируюший транзистор 34, выпрямитель 35, конденсаторы 36, 37,При замыкании тумблера 1 в базу транзисторного переключателя 2 через токоограни о чиваюший резистор 3 от источника 4 питания поступает отпирающий ток, и транзисторный переключатель 2 переходит в состояние Замкнуто, а задающий генератор 5 через резистор 6 и насыщенный транзистор 2 подключается к источнику 4 питания, При этом начинается фор 45 мирование переменных прямоугольных напряжений на всех обмотках 7 - 7, трансформатора, Стабилитрон 8 в процессе запуска обеспечивает ограничение напряжения питания задаюш,его генератора. Одновременно через резистор 9 в базу транзистора 10, являюшегося токостабилизируюшим элементом ключевого усилителя 11 . работающего в линейном режиме, поступает огираюший ток. От обмотки 7 трансформатора через соответствующий резистор 12 и диод 13 (или 14) в базу транзистора 15 55 (или 16) попеременно поступают отпираюшие и запирающие сигналы, длительности которых соответствуют полупериоду работы задающего генератора. Транзисторы 15 и 16 работают в ключевом режиме, и благодаря этому через каждый полупериод происходит переключение Дколлекторпого тока транзистора О с коллектор ной цепи транзистора 15 на коллекторную цепь транзистора 16 и обратно. Наличие стабилитрона 17 и резистора 18 обеспечивает стабилизацию коллекторного тока транзистора 10 и, следовательно, стабилизацию в течение соответствующего полупериода тока через последовательно соединенные первичные обмотки 19 , 20, 21 (или 19, 20, 21) управляющих трансформаторов. Вторичные обмотки 19, и 19 управляюшего трансформатора обеспечивают коммутацию транзисторов ключа 22, а вторичные обмотки 203, 204 и 21, 21, управляюших трансформаторов коммутацию транзисторов вы ходного инвертируюшего каскада 23. При этом на всех обмотках 24 - 24, силового трансформатора появляется переменное прямоугольное напряжение, и от обмотки 24 трансформатора через выпрямитель 25 начинается заряд фильтруюшего конденсатора 26, соединенного с нагрузкой 27.фильтруюший дроссель 28 обеспечивает работу выходного инвертируюшего каскада 23 в режиме генератора тока на входе.В интервалах времени, когда регулирующий ключ 22 разомнут, ток дросселя 28 протекает через диод 29. Диод 30 обеспечивает ограничение напряжений на транзисторах выходного инвертирующего каскада 23 на уровне напряжения источника 4 питания при их переключениях.В процессе увеличения напряжения на нагрузке 27 увеличивается напряжение на всех обмотках силового трансформатора (24), и в тот момент времени, когда напряжение на ос мотке 24, этого трансформатора превышает опорное напряжение стабилитрона 31, транзисторный переключатель 2 переходит в состояние Разомкнуто, ток через резистор 6 становится равным нулю, и в дальнейшем питание задающего генератора 5 и стабилизированного по току ключевого усилителя 11 мощности осуществляется от обмотки 244 силового трансформатора через выпрямитель 32.Включенный параллельно нагрузке 27 модулятор 33 длительности импульсов (точки а, г) синхронизирован по частоте с задающим генератором 5 с помощью обмотки 7, (точки б, в) трансформатора таким образом, что частота работы модулятора длительности импульсов в два раза превышает частоту работы задающего генератора. Зависимость длительности импульсов тока на выходе модулятора (точки д, е) определяется параметрами его элементов, причем при наличии таких импульсов обмотка 19 управляюшего трансформатора через выпрямитель 35 закорочена насыщенным шунтирующим транзистором 34, вследствие чего через базовые цепи транзисторов регулирующего ключа 22 токи не протекают, и эти транзисторы выключены. В зоне стабилизации напряжения на нагрузке 27 модулятор 33 длительности импульсов обеспечивает действие в схеме отрицательной обратной связи таким образом, что увеличение напряжения на нагрузке 27 обусловливает увеличение длительности выходных импульсов тока модулятора и, следовательно, длительности включенного состояния транзистора 34. При этом увеличивается длительность разомкнутого состояния регулирующего ключа 22 и уменыш- ется энергия, поступающая в конвертор от источника 4 питания, что приводит к автоматическому уменьшению напряжения на нагрузке 27 до первоначального значения.В установившемся режиме напряжение ца всех обмотках трансформатора 24 имеет форму меандра и стабилизировано по амплитуде.Значения напряжений на обмотках 19 и 192 трансформатора (при выключенном транзисторе 34 и замкнутом регулирующем ключе 22), 2)и 20 трансформатора (20), 21и 21 трансформатора (21) определяются произведениями прямых падений напряжений на переходах проводящих транзисторов регулирующего ключа 22 и выходного инвертирующего каскада 23 на соответствующие коэффициенты трансформации обмоток 19;, 19, трансформатора (19), 20, 204 трансформатора (20) и 21, 24 трансформатора (21).Так как напряжения на обмотках 9 9 204, 20 214214 равны прямым падениям напряжений ца переходах эмиттер-база соответствующих силовых транзисторов, то наличие последовательно включенных обмоток 19, 20.21 и 19, 20, 21 обеспечивает уменьшение необходимого напряжения питания ключевого усилителя 11 мощности при стабилизированных токах без проводящих транзисторов регулирующего ключа 22 и выходного инвертирующего каскада 23, что при достаточной простоте схемы и возможном значительном разбросе входных характеристик силовых транзисторов обеспечивает получение высокого КПД схемы,Наличие в схеме конденсаторов 36, 37 небольшой емкости обусловлено неидеальностью фронтов переменных прямоугольных напряжений на обмотках трансформатора 24.Основными блоками модулятора являются преобразователь 38 напряжения в ток и управляемый одновибратор 39 (фиг. 2).В режиме стабилизации при увеличении напряжения на нагрузке конвертора, т, е. напряжения между точками а, г, увеличивается напряжение на резисторе 40 резисторного делителя (40, 41), так как благодаря наличию стабилитрона 42, шунтированного конденсатором 43 и соединенного с точкой г резистором 44, напряжение на резисторе 41 при этом практически не изменяется, Увеличение напряжения на резисторе 40, и, следовательно, тока через этот резистор обусловливает уменьшение токов базы и коллектора 45, работающего в линейном режиме. При этом уменьшается ток коллектора 46, также работающего в линейном режиме.В момент изменения полярности напряжения на обмотке 7, трансформатора изменяется полярность напряжения между точками б и в, и через дифференциирующий конденсатор 47 выпрямитель 48, диод 49, времязадающий конденсатор 50 в базу насыщенного транзистора 51 поступает запирающий импульс тока, благодаря чему транзистор 52 одновибратора переходит в область цасьпцения, а тр цзистор 51 в область отсечки. 11 ч,цсгся стдцч цыдер.жки одновибратор, ца которой через резистор 53, переход база-эмиттср транзистор 34, соединенный с точками е, д, и цасыц 1 сцць;и:ризстор 52 протекает ток, соотвстл цукцццй ц ходцому им 11 ульс мод 1 лятог 1 ц 1-, с,ностьстадии выдержки определяется вре цснсм рзря ча конденсатора 50 до такого напряжения, цри котором транзистор 51 переходит цз оолстц отсечки в активную область. Т 1 к к 1 соцро Стивлецие резистора 54 постоянно, то отмеченцси выше уменьшение по сравнению с предшествующим периодом коллекторного тока транзистора 46 обусловливает замедление процесса разряда конденсатора 50 и, следовательно, увс.личение длительности стадии выдержки по срцнению с соответствующей длительностью ц предшествующем периоде, что приводит к умень шеццю напряжения на нагрузке конвертор до прежнего значения.Резистор 55 одновибратора прсдназн ц идля обеспечения заряда конденсатора 50 доисходного напряжения после окончания стадиивыдержки. Через резистор,56 на стадии выдержки протекает ток базы транзистора 52. С помощью резисторов 57, 58 обеспечивается активное запирание транзистора 34 на интервале р- всцства нулю выходного тока модулятора. Диод 59 обеспечивает защиту перехода эмцттсрбаза транзистора 51 от повышенного ооратцого напряжения на стадии выдержки, Диоды 60, 61 обеспечивают включенное состояние транзистора 52 при работе транзистора 5 в обзо ласти насыщения.Применение изобретения в практическихразработках при использовании в качестве источника энергии стандартной сети 220 В 50 Гц переменного тока (с применением ца входе выпрямителя и конденсаторного фильтра) обсцечивает возможность построения высокоэкоцомичных малогабаритных вторичных источников питания с бестрансформаторным входом.Формула изобретенияСтабилизированныйтранзисторный коццсртор, содержащий задающий генератор цер( мецного прямоугольного напряжения, регулцр;юнщии ключ, выходнои инвертирующий кскд с силовым трансформатором, а также соответствующие регулирующему ключу и ицвертцрующему каскаду и связанныеих входми ув равляющие трансформаторы. отлинагоиииея 5 о тем, что, с целью увеличения КПД первичныеобмотки управляющих трансформаторов вкл 1 очены последовательно между собой и соединены с управляемыми от задаюгцего генератор дополнительными транзисторами по схеме ст- билизированного по току двухтактного ключево го усилителя мощности.Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:1, Авторское свидетельство СССР М 501455,кл. Н 02 М 3/315, 1974.2, Авторское свидетельство СССР М 501456.кл. Н 02 М 3/32, 1974.в СГЛ ая 11 НИИГ 1 И Государсгнсч по делам 1 3035, Москва Филиал ППП Паго комит изобретен Ж 3), Р нт, г. У ета Совета Микис 11 и открытии угиская наб. д. город, ул. 11 рое