Регулируемый конвертор

Союз СоветсникСоциал истичесникРеспублик МДЕТЕЛЬСТВУ ВТОРСКОМУ.77 рисоединением заявки судврстввньй квСССР,314.57088,8) Дата опубликова я описания 08, 02. 8 72) Авторы изобретении Гавриленкоов В. Петров, В. Яи Ф, И, Алексан(71) Заявител Р ЕГУЛИРУ ЕМ Ы Й ОНВ ЕРТО н тельады мот- риод- такполу Изобретение относится к электротехике и может найти применение и автономных системах электропитания аппара-туры связи и автоматики,Известны преобразоватечи напряжения,содержащие задающий генератор, усилЫ 5тель мощности, выпрямитель с фильтроми схему зашиты от перегрузок, например 1 .Недостатком известного преобразова 10теля является низкий КПЙ, т,к. в немзадающий генератор и схема зашитъ 1 питаются от низкого напряжения, полученного из высокого напряжения посредствомгашения большей части напряжения нат 5балластном резисторе,Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является однотактный регулируемый конвертор постоянного напряжения, содержащийсиловой и вспомогательный усилительныекаскады, включенные в первичные полуобмотки выходного трансформатора,.вторичная обмотка которого нагружена наодно 2полупериодный выпрямитель с 1 СЭ -фильт- ром, а также модулятор ширины импульсов, управляющий коммутацией транзистора силового каскада, и схему управления2 . Недостатками этого преобразователя являются низкая функциональная надежность, так как в нем не обеспечивается защита элементов схемы при коротких замыканиях, и значительные потери мощности в модуляторе ширины импульсов и в цепи возбуждения силового транзистора, особенно при повышенном входном напря-, жении.Целью данного изобретения является повышение функциональной надежности и КПД преобразователя.Поставленная цель достигается тем, что регулируемый транзисторный конвертбр, содержащий силовой и вспомога ный усилительные транзисторные каск включенные в первичные полуобмотки выходного трансфсэмаора, вторичная об ка которого натружена на одно пе ный выпрямитель и Ь СД-фильтр, а3 7145жг, , гулятер йь ипульсои схемуупря;:ешя, сябкен йервыи вторям до-поли тельми траэистораь,.и, выходнойтрансфер матер снабжен дополни тельнойобмоткой с последовятепьно включенным5первым диодом, а модупятор црины импульсов выполнен в виде допопнитепьноготрансформ аторя с перви чной, в гори чнойобмотками и обмоткой управления с поседоватепьно включенным вторым диодом,причем первичная обмотка допопнитепьного .трансформатора через ограничитепьный ре "зйстор "включена параппепьно" дросселкупомянутото фильтра, обмотка управпениячерез второй диод подключена к схеме уп-равления, вторичная обмотка через первуюпараллельную КС -цепочку подключена кпаряппепьно соединенным входам первогои второго дополнитепьных транзисторов,эмиттеры которых соединены через вторую опаралпельную КС-цепочку с базой транзистора силового усипитепьного каскада,коллектор первого допопнительного транзистора соединен с эмиттером транзистора силового усипитепьного каскада, коллектор второго допопнитепьного транзистораподкпючен к одному из концов допопнитепьной обмотки выходного трансформатора через первый диод, другой конец которой соединен с эмиттером силовоготранзистора усилительного каскада, а между коллектором второго допопнитепьноготранзистора и средней точкой первичныхпопуобмоток выходного трансформаторавкпючена третья параппепьная ЯС-цепочка,На чертеже представпена принципиапьная схема регулируемого конвертора.Конвертор содеркит силовой 1 и вспомогатепьный 2 усилительные транзисторнье каскады, включенные в первичныеполуобмотки 3 и 4 выходного трансформатора 5. Вторичная обмотка 6 выходного трансформатора 5 нагружена на однопопупериодный выпрямитель 7 и 1.СДфильтр,8 с дросселем 9. Преобразовательснабжен первым 10 и вторым 11 допопнительными транзисторами, Выходнойтрансформатор 5 снабжен дополнительнойобмоткой 12 с поспедоватепьнб включенным первым диодом 13,Модулятор ширины импульсов 14 преобразователя выполнен в виде дополнитепьного трансформатора 15 с первичной16, вторичной 17 обмотками и обмоткойуправления 18 с последоватепьно включенным вторым диодом 19,Первичная обмотка 16 лопопните 1 ьного трансформатора Л 5 через огряничи 4тельный резистор 20 вклн еа пяряплепьно дроселю Г. Обогкя управления 18дополнительного трансформатора 15 с поспедовя тельно включенны м в горы м диодом 19 подключена к схеме управления 21,Вторичная обогка 17 долопнитепьного трансформатора 15 через первую параплепьную РС-цепо ку 22 подключена кпараппепьно соединенным входам первого10 и второго 11 дополнитепьных транзисторов. Змиттеры этих транзисторовсоединены через вторую 23 паряплепьнуюРС-цепочку с базой транзистора 1 сипового усипигепьного каскада.Колпектор первого допопнитепьноготранзистора 10 соедини с эмиттеромтранзистора 1 силового усилительногокаскада. Коллектор второго дополнитепьного транзистора 11 подключен черездиод 13 к одному из концов дополнительной обмотки 12 выходного трансформатора 5. Второй конец дополнитепьной обмотки 12 соединен с эмиттером сипового транзистора 1.Между колпекгороч второго дополнительного транзистора 11 и средней точкой первичных попуобмоток 3 и 4 выход.ного трансформатора 5 включена третьяпараппепьная ЦС цепочка 24. Дпя запус.ка преобраэоватепя спукит пусковаяцепь 25,Принцип действия предложенного преобразоватепя заключается в следующем,Силовой транзистор 1 обеспечиваетрабочий ход, при котором мощность пере-.дается через полуобмотку 3 выходноготрансформатора 5, однопопупериодный выпрямитепь 7 и дроссепь 9 на выход преобразоватепя. Вспомогатепьньй транзисторный каскад 2 подключает к входномунапряжению первичную попуобмотку 4 выходного трансформатора 5 и обеспечиваетобратное перемагничивание трансформатора 5 при запертом от внешнего сигналасиловом транзисторе 1, причем времяобратного перемагничивания трансформатора 5 меньше времени запертого состояния сипового транзистора 1.Особенностью конвертора являетсяняпичие интервала паузы в каждом периоде работы выходного трансформатора 5,Запуск преобразователя осуществляется путем подачи входного напряжения ипри помощи цепи запуска 25, выполненной, например, из поспедовятельно соединенных кнопки и резистора. При запуске подается запирающий сигнал на первый допопнитепьный транзистор 10 и от. - .4 - : 5пираюший сигнал на второй дополнительный транзистор 11, который подает через переход коллектор-эмиттер, вторую23 и третью 24 параллельные КС-цепочки отпирающий сигнал на базу силовоготранзйстора 1, Дальнейшее удержаниетранзисторов 1 и 11 в открытом состоянии, а транзистор 10 в закрытом состоянии обеспечивается за счет положительнойобратной связи через выходной трансформатор 5, выпрямитель 7, дроссепь 9, дополнительный трансформатор 15 и первую,параллельную ЯС-цепочку 22, Причем базовый ток силового транзистора 1 посту-пает от дополнительной обмотки 12 выходного трансформатора 5 через диод 13.Процесс переключения силового транзистора 1 происходит следующим образом,Напряжение с дросселя 9, имеющее прямоугольную форму, подается через ограничительный резистор 20 на первичнуюобмотку 16 дополнительного трансформатора 15. Дополнительный трансформатор 15перемагничивается в прямом направлениии задает временные интервалы модулятора ширины импульсов 14. При насышейиисердечника дополнительного трансформатора 15 падает до нуля напряжение на еговторичной обмотке 17 и конденсатор первой 22 параллельной ГГ-цепочки ревер- ЗОсирует ток на параллельных входах до полнительных транзисторов 10 и 11, осуществляя их активное переключение, Одновременно обрывается вторым дополнительным транзистором 11 прямой базовый З 5ток силового транзистора 1, подаваемый сдополнительной обмотки 12 выходноготрансформатора 5 через диод 13. Силовой транзистор 1 отключаетсяи заканчивается рабочий ход трансформатора 5, 40При его отключении конденсатор второйпараллельной КС-цепочки 23 через открытый дополнительный транзистор 10 способствует рассасыванию избыточного заряда в базе силовогО транзистора 1, что 45обеспечивает улучшение форсировки отключения и уменьшение динамических потерьмощности в силовом транзисторе 1, Приотключении силового транзистора 1 меняется полярность напряжения на дросселе 9 и вместе с этим меняется полярIность напряжения на вторичной обмотке17 дополнительного трансформатора 15.Этим напряжением дополнительный транзистор 11 удерживается в закрытом состоянии, дополнительный транзистор 10)в открытом состоянии и поэтому силовойтранзистор 1 закрыт, т,е, в его работе 4 :; : . - . -" -. ,=. ": - . - .ш -- ФФФмзюет - . наступает пауза. Дли Гельнос ть паузы определяется временем обратного перемагничивания дополнительного трансформатора 1 5 о т на пряжени я, пос ту пающего сдросселя 9, С началом паузы происходитобратное перемагничивание трансформатора 5 при помощи вспомогательного транзистора 2 и первичной полуобмотки 4.Окончание паузы происходит при насыщении сердечника дополнительного трансформатора 15, при этом падает до нуля напряжение на его вторичной обмотке 17 иконденсатор первой 22 параллельной ЯСцепочки обеспечивает реверс базовыхтоков дополнительных транзисторов 10 и11, При этом через третью 24 и вторую23 параллельные ЯС-цепочки дается начальный бросок базового гока силовоготранзистора 1 ог внешнего источника питания, а удержание всех транзисторов производится по цепи положительной обратной связи, как это описано выше, Регулирование осуществляется путем изменения временных интервалов модулятора ширины импульсов 14 (рабочий ход, пауза),которые зависят от тока подмагничиванияобмотки управления 18 дополнительноготрансформатора 15 через второй диод 19,задаваемого схемой управления 21. Временные интервалы модулятора ширины импульсов 14 выбраны так, что выходной трансформатор 5 не насыщаетсяв интервале рабочего хода, а работает налинейном участке. Рабочий ход соответствует режиму перемагничивания дополнительного трансформатора 15 Ь прямом направлении, а пауза соохйетствует обратному перемагничиванию дополни тельноготрансформатора 15,При коротком замыкании колебания впреобразователе срываются автоматическиза счет того, что дополнительный трансформатор 15 насыщается вфодном направлении, т,е, амплитуда полуводны напряжения на дросселе 9 в рабочий ход возрас-тает и уменьшается время рабочего хода,обратная полуволна напряжения на дросселе 9 пропадает, и по этой причине конденсатор первой 22 параллельной КС-цепочки не перезаряжается, дополнительныйтранзистор 11 не открывается а силовойтранзистор 1 не получает начальногоброска базового тока.Эффективность описываемого устройства по сравнению с цротогипом заключается в повышении функциональной надежнос-,ти за счет обеспечения защиты силовогоек аренк еда 83 Подписноевенного комитета СССРбрегений и открытий/57 ТиражЦНИИПИ Государпо делам и 113035, Москва,аказ 9309 илиал ППП фПатентф, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 7 714 г)Ртранзистора при коротком замыкании нанагрузке, а следовательно, исключениивыхода его из строя по этой причине.Предлагаемый преобразователь имеет более высокий КПД за счет уменьшения потерь в силовом транзисторе, так как внем осуществляются форсированное включение и выключение, а также за счет низких потерь в цепи управления силовымтранзистором, так как для питания его 10входа используется низковольтная дополнительная обмотка силового (выходного)трансформатора, который работает на линейном участке, в то время как в прототипе для атой же цеди используется вторичная обмотка управляемого генератора,трансформатор которого работает в насы-щенном режиме,Формула изобретения Регулируемый конвертор, содержащий подсоединеннвте к входным выводам транзисторные инверторные каскады с выходным трансформатором, вторичная обмотка которого через выпрямитель и ЬСД- фильтр подсоединена к выходным выводам,которые через широтно-импульсный моду 8 8лятор связаны с транзисторами инвертор-,ного каскада, о т л и ч а ю ш и й с ятем, что, с целью повышения функциональной надежности и повышения КПДконвертор снабжен дополнительными транзисторами, базы и эмиттеры которыхобъединень соответственно между собойи подключены через первую ЯС-цепочку кобмотке дополнительного трансформатора,другая обмотка которого подсоединена кширотно-импульсному модулятору, третьяобмотка через резистор подсоединена кдросселю ЬСД-фильтра, причем эмиттеры дополнительных транзисторов черезвторую ЯС-пепочку подсоединены к транзистору инверторного каскада, коллекторыэтих транзисторов подсоединены черездиод к дополнительной обмотке выходноготрансформатора, а коллектор одного изэтих транзисторов соединен через третьюКС-цепочку с входным выводом, который.связан через резистор с базой другогодополнительного транзистора.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Ж, ГоттМ 5 сИоо, ФРГ, 1969,Ио 2,с, 49-52,2. Авторское свидетельство СССР