Преобразователь постоянного напряжения

(51) 5 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЬТИПРИ ГКНТ СССР Е ЗОБРЕТЕЛЬСТВУ И К АВТОРСКОМУ СВИД(54) ПРЕОБРАЗОВАТ НАПРЯЖЕНИЯ (57) Использование: в электропитания и ав ция переключения до избыточного эмиттер транзистора и автома 83 1) 4864583/072) 10.09.906) 23.08,92. Бюл,(71) Запорожскийский институт ради(56) Авторское с964931, кл; Н 02 МПатент США.1977. ЕЛЬ ПОСТОЯННОГО система) вторичного томатики Оптимизастигае 1 ся отсутствием ного ток выходного тическим регулированием базового тока предварительного транзистора с помощью ограничительных диодов в цепи базового резистора. Преобразователь постоянцого напряжения содержит силовой транзистор 1, эмиттерный переход которого зашунтирован резистором 2 и подключен через одну диодную цепочку 3 и 4 и базовый резистор 5 к выводам управления. Коллектор силового транзистора 1 через резистор 6, зашунтированнйй база-эмиттерным переходом введенного дополнительного транзистора 8 противоположного относительно силового типа проводимости, подключен к первому выходному выводу, Коллектор дополнительного транзистора подключен к второму входному выводу. ил,1757050 ной цепочки, благодаря чему поддерживается неизменный ненасыщенный режим силового транзистора с малым падением напряжения между его силовыми электрощий двухтактный усилитель мощности с 5 дами при изменениитока нагрузки. Однако трансформаторным выходом, базы пред- - диапазон изменения тока нагрузки, в котооконечныхтранзисторов которогосоедине-ром поддерживается малое падение между коллектором и эмиттеромсилового транзины с управляющими входами преобразователя, а эмиттеры соединены с стора, ограничен сверху величиной тока упбазами соответствующих оконечных тран равления, который задан неизменным, так эисторов, коллекторы которых"соедйнены с - как"при базовбм токе; превышающем ток основными обмотками и с первыми выводами дополйительных обмоток трансформатоуправления, перестает проводить вторая дйодная цепочка и возрастает напряжение ра; вторичная обмотка которого между коллектором и эмиттером, т.е, возра 15 стают статические потери, что снижает КПД подключена к входу выпрямителя, дроссель,ймеющий основную и дополнительную оби надежность. И наоборот, при уменьшении мотки, вторую дополнительную обмотку, причем основная обмотка дросселя включетока нагрузки до значения, меньшего тока через вторую диодную цепочку, появляется на между выходом выйрямителя и выходом избыточность базового така, что увеличивапреобразователя, а дополнительныеобмотет время запирания силового транзистора,кивключены между вторыми выводами до- привцящее к увеличению динамических полнительных обмоток трансформатора и потерь мощности, что также снижает КПД и надежность. Целью изобретения является повышеколлекторами соответствующих предоконечных транзисторов усилителя мощности,. 25 ние КПД и чадежности при изменяющейся Известный регулируемый преобразователь сохраняет высокое значение КПД при нагрузке путем оптимизации переключения изменении входного напряжения при соответствующих оптимальных коэффициентах силовых транзисторов. В преобразователь, содержащий силовой транзистор, коллектор которого соединен с первым входным выводом через трансформации трансформатора и дросселя, Однако-при изменении нагрузки в пре- ЗО цепочку, включенную согласно с направлением протекания базового тока, и,базовый 35 ки, что снижает КПД и надежностьпреобразователя,резистор подключен к выводам управления, причем первый выходной вывод через вто 40 коллектор которого соединен с первым коллектором силового транзистора и первходным выводом через первый и второй вым выходным выводом, параллельнО которому подключен эмиттерный переход введенного дополнительного транзистора,выходные выводы, к которым подключена нагрузка, а базо-эмиттерный переход, зашунтированный первым резистором через эмиттер которогоподключен к первому выпервую диодную цепочку,из двух диодов, включенную"согласйо с направлением проходному выводу, а коллектор - к второму входному выводу,"соединенному с эмиттерами силовых транзисторов. Новым в предлагаемом преобразова 50 теле является введение резистора между . коллектором силовогО транзистора и первым выходйыгм выводом, подключение к эторой резистор подключена к эмиттеру силового транзистора, Первый выходной му резистору эмиттерного перехода вывод через вторую диодную цепочку под- . введенного дополнительного транзистора, ключен к точке соединения первойдиодной 55 эмиттер которого подключен к первому выцепочки с базовым резистором.:ходному выводу, а коллектор - к второму В известном преобразователе происхо-входному выводу. Существенным отличием предлагаемото преобразователя является более аиродит перераспределение тока управления,протекающего через базовый резистор,между базовым током и током второй диод- кий диапазон изменения тока нагрузки, при Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитания и автоматики.Известен преобразователь, содержаобразователе изменяется степень избыточности токов баз силовых транзисторов, приводящая к динамическим потерям при уменьшении тока нагрузки и к статическим потерям при повышении тока нагрузНаиболее близким к предлагаемому по технической сущности является преобразователь, содержащий силовой транзистор,текания базового тока, и базовый резистор подключен к выводам управления;причем точка соединения между собой диодов указанной первой диодной цепочки черезвтопервый и второй выходной выводы, а базаэмиттерный переход, зашунтированныйпервым резистором через первую диодную рую диодную цепочку подключен к точке соединения первой диодной цепочки с базовым резистором, введен резистор между1757050 г,транзистора 1. Второй выходнои вывод подключен к первому входному выводу. верхнего предела рабочего тока нагрузки Преобразователь постоянного напряжения работает следующим образом. К выводам управления подключен искоэффициенту усиления по току введенното точник напряжения прямоугольных однополярных импульсов, которые поступают черезрезистор 5 и диодй 3 и 4 к базе трэншение тока упрэвления через бэзовый зистора 1, открывая его в течение действия резистор расширяет диапазон рабочих то,0 положительно импульса напряжения, Беликов нагрузки в сторону меньших значений, чинэ сопротивлейия резистора б вьбирэеттэк кэк при меньших токах управления че- сятакой, что при малых токахнэгрузки рез базовый резистор уменьшается и его подключенной к выводам Оьии Цгп, пэ состэвляющэя, протекающая через вторуюдение нэпряжения нэ резисторе б незнэчидиодную цепочку, наличие которой исклю тельно, транзистор 8 остается закрытым и чает избыточность базового тока и днами-.: не принимает участия в процессах коммутэческие потери, связанные с укаэанной ции нагрузки; в кэчестве которой может быть использовэно эктивное сопротивлени при отсутствии требовэний гэльвэничелее узкий диапазон изменения тока нэгрузской развязки выводов" упрэвления- от ки, при котором существуют малые потери, ".выводов первичного источника питания и тэк кэк при изменении токэнагрузки в из:- , при- напряжении нэ выходе; соответствуювестном до значения, соответствующего :щем напряжению первичного источникэ пирабочему предлэгэемого; возникает избы-,.; , тайия.точность бэзового тока, приводящая кдина-. 25 В других случаях для получения нэпрямическим потерям", И наоборот, при жения нэ нэгрузке, отличной от напряжения увеличении тока нэгрузки в известном допервичного источника, э тэкже для гэльвэ- знэчения, соответствующего рабочемунической развязки нагрузки от выводов уппредлэгэемого, возрастает-падение нэпря- рэвления квыходным выводам может быть жения между силовыми выводэми трэнзи подключенэ первичная Обмотка трэнсфорсторэ и вместе с ним возрэстают. мэторэ, причем предлэгэемый преобрэзостатические потери..: - ;-":,.:.; . ватель может использоваться кэк вПоложительный эффект достигается,однотэктных схемах, так и в двухтэктных, уменьшением "статических и динамических,"многофэзных в кэчестве"бдного из плеч схепотерь при широком изменении тока нэ мы,груэки, что повышает КПД и надежность по":.При изменении нагрузки в сторону увесравнейию с известным устройством,. где. личения токэ йагрузкй йрезисторе 6 увеливозрастание динамических потерь зэпирэ-"чивэется падение "напряжения О, при.Ч. ния приснижении токэ нэгрузки и возраста-достижении напряжения нэ нем порога отние стэтичдских потерь при возрасТаний" 40 пирэния бэзэ-эмиттерного перехода трэнтакэ нагрузки приводят к снижению КПД и :зисторэ 8 последний отпирэется и нэдежности,-: ":.":. вовлекается в процесс коммутации нэгрузНэ чертеже изобрэженэ электрйче-ки. скэя схема преобразователя напряжения;.:Ток эмиттерэ трэнзисторэ 8 окэзйвэетПреобразователь постоянного нэпря ся пропорциональным току нагрузки, э нэжения содержит транзистор 1, бэзэ-эмитпряжение нэ эмиттере этого транзистора превышает напряжение нэ базе нэ величину терный переход которого зэшунтировэн резистором 2 и через цепочку из диодов 3 и прямого падения нэпряжения переходэ бэ 4 и резистор 5 подключен к выводэмупрэв-: зэ-эмиттер. 8 предельном случае при нэления. Коллектортрэнзисторэ 1 черезрези пряжении нэ бэзе трэнзйсторэ 8, равном стор б подключен к первому выходному напряжению нэ коллекторе, т,е, равном нувыводу, который через диод 7 подключен клю относительно второговходного вывода точке соединения резистора 5 и анода дио- падение напряжения между его эмиттером дэ 3. Параллельно резистору б подключен и коллектором рэвнопо величине прямому бэзэ-эмиттерный переход транзистора 8 падению напряжения нэ переходе эмиттер -противоположной проводимости относи- база. т.е, не рэвно нулю, что соответствует тельнотрэнзисторэ 1, причем эмиттертрэн- отсутствию избыточности тока базы трэнзизисторэ 8 подключен к первому выходному сторэ 8 которо 1 л поддерживаются малые статические и динамические потери. Увеличение достигается благодаря увеличению коэффициента усиления схемы в число рэз, равное 5 транзистора, Нто позволяет снизить ток упрэвления через бэзовый резистор. Уменьизбыточностью. Известный преобразователь имеет бо-. выводу, Коллектор транзистора 8 подключен к второму входному выводу и эмиттеру при Пав=- 0 е -- 0. О 8 О бч 8 Ф 0177050 10 15 20 45 квОба- р.,где 1 гв, Окв напряжения на базе и коллекторе транзистора 8 относительно второго входного вывода:И;эв - напряжение коллектор -эмиттер транзистора 8:уев - коэффициент усиления по току транзистора 8.Резистор 6 выполняет роль датчика тока, например, при увеличении тока нагрузки пропорционально увеличивается ток резистора 6, что приводит к увеличению базового тока транзистора 8, который открывается в большей степени, и статические потери остаются на низком уровне,Для предотвращения динамических потерь при выключении транзистора 1 служат диоды 3, 4 и 7, исключающие избытоцность тока базы транзистора 1, что приводит к исключению инерционности его выключения,Например, если к резистору 5 прикладывается положительное напряжение, то диод 7 в начальный момент времени находится в непроводящем состоянии, ток напряжения на его катоде, подклаченном к первому выходному выводу, превышает напряжение на аноде,По мере открывания транзистора 1 напряжение на эмиттере транзистора 8 уменьшается, диод 7 переходит в проводящее состояние ио раничивает нзпрякение, прикладываемое через резистор 5 на уровне прямого падения напряжения на диоде 7 плюс падение напряжения на эмитте ре транзистора 8 (относительно второго входного вывода)ОлД 7=О 1 я.д 7+Оэвгде Улит - напряжение на аноде диода 7;Ол.д 7- ПряМОЕ ПадЕНИЕ НацряжЕНИя Напроводящем диоде 7;Уэв - напряжение нз эмиттере транзистора 8 относительно второго входноговыводз,Диоды 3, 4 и 7 выбираются с напряжениями прямого смещения примерно равными падениям напряжений на эмиттерныхпереходах транзисторов 1 и 8Опр Д 7=. Опр.Д 3= Опр.Д 4 Обэ 1 Обэвгде ОпрДз,прД 4, ОпрЯ 7" падения напряжений нз проводящих диодах 3, 4 и 7;Обэ 1, Обив - падения напряжений наэмиттерных переходах транзисторов 1 и 8,Нзсыщенное состояние предоконецнаго транзистора 1 исключается диодами 3 и 4в цепи его базы, на которых падает компенсирующее напряжениеОлр Дз 4 Ог 1 г Д 4ОДД 7 = Улл Д 7Оэв. Нз базе транзистора 1 отсутствует избыточность зарядов, поэтому исключается необходимость реверсирования знака управляющего напряжения. Величина резистора 5 выбирается из условия протекания через него тока управления. превышающего базовый ток транзистора 1 при максимальном токе нагрузки, а излишки тока управления ответвляются через диод 7, Для больших токов нагрузкиЙЯ (5 Д 7) ф" эв. Д 7,где 31 Щ - коэффициенты усиления по току транзисторов 1 и 8;5, эв, Д 7 - токи через резистор 5, ток эмиттера транзистора 8, ток диода 7.Ток базы транзистора 1 равен разности 5- д 7 и автоматически поддерживается и ри изменении нагрузки на уровне, соответствующем малому падению напряжения на силовых электродах транзистора 8, что соотФветствует малым статическим потерям, а динзмичес: ие потери при выключении минимальны вследствие отсутствия избы. точности токов баз транзисторов 1 и 8. Из25 приведенной формулы следует, цто неабходимый ток эмиттера транзистора 8, а значит,и нагрузки обеспечивается при малых значениях тока управления б, а значит и маломтоке Д 7, что обеспечивает высокое значение КПД и надежность преобразовзтеля, Пои преобразовании овышенных мощностей в качестве транзистора 8 может использоваться составной транзистор, Тогда последовательно с базой транзистора 1 35 необходимо включать три диода вместо двух Таким образом, малые статические потери в сочетании с безынерционным запиранием транзисторов при .изменяющейся нагрузке обеспечивает высокие значения КПД и надежности преобразователя,Формула изобретения Преобразователь постоянного напрякения, каждое из плеч которого содержит силовой транзистор, коллектор которого соединен с первым входным выводом через первый и второй выходные выводы, а эмитгер-базовый переход, зашунтированнйй первым резистором, через первую диодную цепочку, включенную согласно с направлением протекания базового така. и базовый резистор подклюцены к выводам управления, причем первый выходной вывод через вторую диодную цепочку подключен к точке соединения первой диодной цепочки с базовым резисторам,отличающийся тем, что, с целью повышения КПД и надежности путем обеспечения оптимизации переключения силовых транзисторов при изменяю1757050 Составитель И.фокинТехред М.Моргентал . Корректор ИМуска Редактор И.Шулла Заказ 3097:. . Тираж , . " . Подписное ВНЙИПИ Государственного комитетапо изобретейиям иоткрытиям при ГКНТ СССР 113035. Москва,.Ж, Раушская наб 4/ Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород; ул,Гагарина, 101 щейся нагрузке, соединение коллектора си- дополнительного трайзистора, эмиттер колового транзистора с первым выходным вы-:.торого подключен к первомувходному выводом осуществлено через введенный: :воду. а коллектор -: к- второму входному резистор, параллельно которому подсоеди- " вйводу, соединенному с эмиттерами силонен база-эмиттерный йереход введенного 5 вйх транзисторов,