Транзисторный преобразователь постоянного напряжения

(19) (11) 5 Н 02 М 7/5 ТЕНИЯ ОПИСАН К АВТОРСКОМУ ЕТЕЛЬСТВУ Ос ГОСУДАРСТВЕН(ЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР 1(71) Филиал Всесоюзного научно-исследовательского института энергетики по Сибири, Дальнему Востоку и Северу СССР (72) В.П.Фоминых и А.А,Мазунов(54) ТРАНЗИСТОРНЬФЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в источниках вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры. Цель изобретения - повышение технологичности. Преобразователь содержит выходной трансформатор 1, силовые транзисторы 3,4, соединенные по схеме двухтактного инвертора с выходным выпрямителем 6 и емкостным сглаживающим фильтруя 7, узел 13 запрета, усилитель 20, генератор 19 тактовых импульсов, Во время запуска, когда конденсатор 7 выходного сглаживающего фильтра разряжен, силовые транзисторы 3, 4 поочередно открываются током цепочек 21, 22 ,а время действия импульсов генератора 19. После запуска устройства конденсатор 15 заряжается и удерживает транзисторы 14, 20 в закрытом состоянии, а с помощью транзисторов 29, 30 осуществляется синхронизация преобразователя, при этом коммутация силовых тран-зисторов происходит по безопасной траектории, 2 ил.5 10 15 20 25 30 35 40 50 ж,ж, 3) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в источниках вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры.Цель изобретения - повышение технологичности.На фиг. 1 приведена схема транзисторного преобразователя постоянного напря, жения; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие его работу.. Транзисторный преобразователь постоянного напряжения (фиг. 1) содержит выходной трансформатор 1, первичная обмотка 2 которого крайними выводами подсоединена к коллекторам силовых транзисторов 3 и 4, эмиттерами соединенных с минусовой клеммой источника питания Ел, а средняя точка первичной обмотки 2 подключена к плюсовой клемме источника питания. К вторичной обмотке 5 выходного трансформатора 1 подсоединен выпрямитель 6 с емкостным сглаживающим фильтром 7 (конденсатором). Базовыеобмотки 8 и 9 выходного трансформатора 1 через ограничительные резисторы 10 и 11 подключены к базоэмиттерным переходам силовых транзисторов 3 и 4.Дополнительный выпрямитель 12 включен между базовыми обмотками 8 и 9 и од-.ним из входов элемента 13 запрета, включающего в себя транзистор 14, конденсатор 15, резисторы 16-18. Второй вход элемента 13 запрета подключен к выходу генератора 19 тактовых импульсов, а выход- к входу усилителя 20. Один силовой вывод усилителя 20 подсоединен к плюсовой клемме источника питания Е, а к второму выводу подключены первые выводы последовательных ВСО-цепочек 21 и 22, вторыми выводами соединенных с базовыми выводами силовых транзисторов 3 и 4 и состоящих из диодов 23 и 24, резисторов 25 и 26 и конденсаторов 27 и 28. Управляющие входы согласующих транзисторов 29 и 30, шунтированных встречными диодами 31 и 32, подключены к выходам генератора 19 тактовых импульсов, эмиттерные выводы - к минусовой клемме источника питания Ел, а коллекторы - к точкам соединения резисторов и конденсаторов цепочек 21 и 22.Параллельно силовым транзисторам 3 и 4 подсоединены встречные диоды 33 и 34 и конденсаторы 35 и 36 через диоды 37 и 38.Параллельно диодам 37 и 38 включены резисторы 39 и 40 и баэоэмиттерные переходы транзисторов 41 и 42, коллекторные выводы которых через резисторы 43 и 44 соединены с базовыми выводами транзисторов 45 и 46, шунтирующих базоэмиттерные переходы силовых транзисторов 3 и 4, Кроме того,базовые выводы транзисторов 45 и 46 через резисторы 47 и 48 соединены с общими точками диодов 23 и 24 и резисторов 25 и 26 ВСО-цепочек 21 и 22.Преобразователь работает следующим образом,Генератор 19 тактовых импульсов формирует однополярные импульсы 01, 02, 0 з (фиг. 2 а, б, в), причем импульсы 02 и Оз сдвинуты относительно друг друга на 180 эл.град., а частота импульсов 01 в два раза выше частоты импульсов 02 и Оз.В исходном состоянии, до момента времени 11 (фиг. 2) конденсаторы 7, 15, 27 и 28 разряжены (фиг, 2 г, е, ж, з), конденсаторы 35 и 36 заряжены (фиг. 2 л, м) до напряжения питания, транзисторы Э, 4, 14, 20, 29, 30, 41, 42, 45 и 46 закрыты,В момент времени 11 с выхода генератора 19 тактовых импульсов поступают импульсы 01 и 02 на управляющие входы транзисторов 14 и 29. Транзистор 14 открывается, формируя отпирающий сигнал для усилителя 20, транзистор которого также открывается (фиг. 2 д), На базу транзистора 3 в течение действия импульса 02(ж 2, фиг. 26) через усилитель 20 и цепочку 22 подается положительное напряжение от источника питания, и транзистор 3 открывается (фиг. 2 и, л). В это время транзистор 4 остается закрытым (фиг, 2 к, м), так как его базоэмиттерный переход через конденсатор 27 шунтируется открытым транзистором 29. Транзисторы 45 и 46 остаются закрытыми,так как на их базы через резисторы 47 и 48 и диоды 23 и 24 подается запирающее напряжение от усилителя 20,Напряжение питания Е через открытый транзистор Э прикладывается к секции 2.1 первичной обмотки 2 выходного трансформатора 1. Конденсатор 35 разряжается до нулевого значения напряжения через открытый транзистор 3, базоэмиттерный переход транзистора 41 и резистор 39 (фиг. 2 л), а конденсатор 36 заряжается от обмотки 2 трансформатора 1 (фиг, 1, полярность без скобок) через открытый транзистор 3 и диод 38 до напряжения 2 Еп (фиг. 2 м). Конденсаторы 7, 15 и 28 заряжаются следующими напряжениями: конденсатор 7 выходного сглаживающего фильтра - напряжением обмотки 5 через выпрямитель 6, конденсатор 5 - напряжением обмотки 8 и конденсатор 28 - базовым током транзистора 3 (фиг. 2 г,После исчезновения управляющих импульсов 01, 02 в момент времени 12 (фиг, 2 а) транзисторы 14, 20 и 29 закрываются, и ток через цепочку 22 прекращается, Ток цепи положительной обратной связи, образован 1640802ной обмоткой 9 и резистором 11, недостаточен для поддержания в открытом состоянии силового транзистора 3 во время заряда конденсатора 7, и транзистор 3 в момент времени т 2 также закрывается (фиг. 2 и, л),В момент времени з с выхода генератора 19 поступают импульсы О 1 и Оз (фиг. 2 а, в), открывающие транзисторы 14, 20 и 30, На базу транзистора 4 в интервале времени 1 зчерез усилитель 20 и цепочку 21 подается положительное напряжение от источника питания, и транзистор 4 открывается (фиг. 2 к, м). В это время к баэоэмиттерному переходу транзистора 3 через открытый транзистор 30 прикладывается запирающее напряжение конденсатора 28, и транзистор 3 остается закрытым (фиг. 2 и, л), Транзисторы 45 и 46 в интервале времени тз-т 4 также остаются закрытыми, так как на их базы через резисторы 47 и 48 и диоды 23 и 24 подается запирающее напряжение от источника питания.Напряжение питания Еп через открытый силовой транзистор 4 прикладывается к секции 2,2 первичной обмотки 2 трансформатора 1 (фиг, 2 м), и конденсатор 7 выходного сглаживающего фильтра подзаряжается напряжением обмотки 5 через выпрямитель 6 (фиг. 2 з), Конденсатор 35 заряжается от обмотки 2 трансформатора 1 (полярность в скобках) через диод 37 и открытый транзистор 4 (фиг, 2 л), а конденсатор 36 заряжается до нулевого значения напряжения через открытый транзистор 4 и базоэмиттерный переход транзистора 42 и резистор 40 (фиг. 2 м).После исчезновения импульсов О 1, Оз в момент времени 14 (фиг. 2 а) транзисторы 14-30 закрываются. Силовой транзистор 4 также закрывается (фиг. 2 к, м), так как ток через цепочку 21 прекращается, а ток цепи положительной обратной связи, образованный обмоткой 8 и резистором 10, недостаточен для поддержания транзистора 4 в открытом состоянии во время заряда конденсатора 7.В результате последовательно-попеременной подачи отпирающих импульсов на базы силовых транзисторов 3 и 4 происходит заряд конденсатора 7 выходного сглаживающего фильтра и после очередного открывающего импульса Оз в интервале времени т 5-Ь транзистор 4 остается открытым до конца полупериода за счет цепи положительной обратной связи. образованной обмоткой 8 (фиг. 1, полярность в скобках) и резистором 10. При этом от обмотки 9 заряжаются конденсаторы 28(через резистор 11 и диод 32) и 15 (через выпрямитель 12 и резистор 17). С момента времени ттющего базоэмиттерный переход силового транзистора 3 (фиг, 2 и). Таким образом транзистор 3 остается в закрытом состоянии до конца перезаряда конденсаторов 35 55 и 36 (интервал времени св-Ь).К моменту времени св конденсатор 36заряжается до двойного напряжения питания Еп (фиг. 2 м), а конденсатор 35 разряжается до нуля (фиг, 2 л). Ток через базоэмиттерный переход транзистора 41 10 .15 202530354050 напряжение на конденсаторе 15 (фиг, 2 г) достигает величины, достаточной для запирания транзистора 14 узла 13 запрета, который прекращает формирование отпирающего сигнала для транзистора усилителя 20 (фиг. 2 в, при 11 т). В дальнейшей работе импульсами генератора 19 открывается только транзисторы 29 и 30, осуществляя синхронизацию преобразователя,В установившемся режиме переключение силовых транзисторов происходит следующим образом. В момент времени в с выхода генератора 19 поступают импульсы О 1, 02 (фиг, 2 а) на базы транзисторов 14 и 29, Транзистор 14 остается закрытым напряжением конденсатора 15 (фиг. 2 г), а транзистор 29 открывается. К баэоэмиттерному переходу транзистора 4 прикладывается напряжение конденсатора 27, и происходит форсированное закрытие транзистора 4 (фиг. 2 к). Поскольку с этого момента оба транзистора 3 и 4 закрыты (фиг. 2 и, к) конденсатор 36 заряжается (фиг. 2 м), а конденсатор 35 разряжается (фиг. 2 л) током намагничивания трансформатора 1, который после закрытия транзистора 4 переключается из секции 2,2 во всю обмотку 2 и протекает в направлении от ее качала к концу (фиг. 1, пунктирная стрелка, фиг, 20) и замыкается по цепи: конец секции 2.2 - конденсатор 36 - диод 38 - баэоэмиттерный переход транзистора 41 - конденсатор 35 - начало секции 2,1. После незначительного разряда конденсатора 35, когда его приведенное значение напряжения становитсяменьше напряжения на конденсаторе 7, диоды выпрямителя 6 закрываются. По мере перезаряда конденсаторов 35 и 36 напряжение на транзисторе 4 плавно возрастает (фиг. 2 м), а на транзисторе 3 спадает (фиг.2 л), таким образом переключение силовых транзисторов осуществляется по безопасной траектории. Напряжение на обмотках выходного трансформатора 1 изменяется в соответствии с изменением напряжения наконденсаторах,35 и 36 (фиг. 2 н).Так как ток разряда конденсатора 35 протекает через базоэмиттерный переход транзистора 41, последний открывается, что ведет к открытию транзистора 45, шунтиру 1640802прекращается, транзисторы 41 и 45 закрываются, а силовой транзистор 3 открывается напряжением обмотки 9 (полярность без скобок) при нулевом значении напряжения на его коллектор-эмиттерном переходе.Обратное переключение силовых транзисторов по истечении полупериода происходит аналогично,Таким образом, в предлагаемом преобразователе обеспечивается устойчивый запуск при первоначальном пуске и после снятия коротких замыканий в цепи нагрузки. В установившемся режиме выключение силовых транзисторов происходит при минимальном напряжении на коллектор-эмиттерном переходе, равном падению напряжения на насыщенном транзисторе, а напряжение на нем возрастает плавно после прекращения тока, Включение силовых транзисторов происходит после спада напряжения до нуля, Плавное изменение напряжения на обмотках выходного трансформатора и силовых транзисторах позволяет снизить уровень электромагнитных помех, излучаемых преобразователем.В преобразователе закрытие дополнительных транзисторов, шунтирующих базоэмиттерные переходы силовых транзисторов, происходит в момент прекращения тока перезаряда коммутирующих конденсаторов, соответствующий моменту окончания их перезаряда и снижению до нуля напряжения на открывающемся транзисторе, При этом отсутствуют пороговые цепочки, измеряющие напряжение на коллектор-эмиттерных переходах силовых транзисторов и требующие тщательного подбора элементов, что в сравнении с известным преобразователем повышает технологичность в процессе производства и при эксплуатации,Формула изобретения Транзисторный преобразователь постоянного напряжения, содержащий выходной трансформатор, первичная обмотка которого включена в коллекторные цепи си 5 10 15 20 25 30 35 40 45 ловых транзисторов, шунтированных обратными диодами, базовые обмотки положительной обратной связи через ограничительные резисторы подключены к базоэмиттерным переходам силовых транзисторов, а к вторичной обмотке подсоединен выходной выпрямитель с емкостным фильтром, дополнительный выпрямитель, включенный между базовыми обмотками выходного трансформатора и первым входом элемента запрета, второй вход которого подключен к выходу генератора тактовых импульсов, а выход элемента запрета - к входу усилителя, один силовой вывод которого подсоединен к питающему выводу, а к второму выводу подключены первые выводы последовательных ВСО-цепочек, вторыми выводами соединенных с базовыми выводами силовых транзисторов, согласующие транзисторы, шунтированные встречными диодами и коллекторами, соединенные с общими точками резисторов и конденсаторов цепочек, эмиттерами - с эмиттерами силовых транзисторов, а управляющие выводы согласующих транзисторов подключены к выходам генератора тактовых импульсов, коммутирующий конденсатор, первый и второй дополнительные транзисторы, подключенные параллельно баэоэмиттерным переходам силовых транзисторов, диоды, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения технологичности, введены третий и четвертый дополнительные транзисторы и второй коммутирующий конденсатор, при этом коммутирующие конденсаторы подключены параллельно силовым транзисторам через шунтированные диодами базозмиттерные переходы третьего и четвертого дополнительных транзисторов, а базовые выводы первого и второго дополнительных транзисторов через резисторы соединены с коллекторными выводами третьего и четвертого дополнительных транзисторов и общими точками диодов и резисторов последовательных ВСО-цепочек.ль Т.Ершо Моргентал Соста Техре Корректор Л.Пат едактор 8;Б ко аз 1021 ВНИИП Произво 4 Ю Тираж 393 Подписноерственного комитета по изОбретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 венно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул, Гагарина, 10