Однотактный транзисторный конвертор

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДВТИЛЬСТВУ(22) Заявлено 210580 (21) 2929258/24-07с присоединением заявки Йо(23) Приоритет Сфез СфветскикСоциалистическихРеспублик о 1911670 И) М,Кл,з Н 02 М 3/335 Государствеиный омитет СССР ио делам изобретений и отнрытий(088.8) Опубликовано 0703,82. Бюллетень Ио 9Дата опубликования описания 07.03.82 72 Автор изобрете Б С Сергее 1) Заявител КОНВЕРТО ОДНОТАКТНЫ СТО Изобретение относится к электротехнике, в частности к источникампитания, и может быть использованов системах электропитания устройствавтоматики, вычислительной или радиотехники.Известны однотактные тные конверторы, содержащии.токовыйтрансформаторы,щий, выключающий и силовоторй 11.Однако известные. конверторы имеютневысокий КПД на повышенных частотамипреобразования из-за значительныхпотерь мощности иа коммутационныепроцессы переключения полупроводниковых приборовнаиболее близким.к.предлагаемомучо технической сущности является од- .Йотактный,транзисторный конвертор,содержйций выходнойи токовый трансформаторы,силовой,включающийи выключающий транзисторы, а также дополнительныетранзисторы, коллекторы которых подключены соответственно к базам включающего и выключающего транзисторов,базы дополнительных транзисторовсоединены с крайними выводами дополнительной обмотки выходного трансформатора, а эмиттеры включающего, 3 лнительных транпричем управляюыключакЪие выводы включающего и выоров соответстранзисторе выходной кюаю О й транзисвыключающего и допозисторов объединеныщие включающие и вподключены к базамключающего транэиственно 12.1.Недостатком указанного конвертора является. необходимость применениятранзистора значительной мощности,а следовательно, и значительной массы в качестве включающего транзистора. Это объясняется тем, что в переходный мбмент первоначального запуска коивертора напряжение на выходе (при разряженных выходных конденсаторах ) равно нулю и нарастаетсравнительно медленно, вследствиечего выключающий транзистор не выключается после запирания силового 2 О транзистора, что приводит к значительной мощности рассеиваемой выклю.чающим транзистором. Кроме того, недостатком данного конвертора является вбзможность ненадежной работы в 25 режиме прерывистых токов, когда после полного разряда вторичной индуктавности выходного трансформаторавозникают паразитные колебания, обусловленные контуром, образован- О ным названной индуктивностью и емрого определяется диффережирующимблоком 6, а амплитуда ограничивается резистором 12, (фиг.2) Овк и на пряжением:на коллекторе включающегогранзистора Цек.Однако вследствие того, что в качестве транзистора 4 обычно исполь- .зуется схема Дарлингтона, достаточ но точную длительность включающеготока базы силового транзистора Ь ВнЛсформировать дифференцирующим блоком б не удается, поэтому для повышения точности и стабильности дли-20 тельности импульса Звал используется конденсатор 13, чем обеспечивается независимое от температурнозависимых параметров транзисторов формирование длительности импульса включающего тока базы силового транзистора.Далее силовой .транзистор 1 открывается и после окончания действияимпульса 38остается включенным эасчет положительной обратной связитрансформатора 2 тока, После появдения импульса О , открывается выключающий транзистор 5, чем вызываетсяпоявление тока 3 ыл. Начинаетсяпроцесс рассасывания избыточных носителей иэ базы насыщенного транзистора 1, после окончания которогонапряжение на дополнительной обмотрассеиваемой мощности схемы конвертотем, что в однотактный конвертор введен инвертирующий транзисторный ключ, коллектор которого подключен к базе дополнительного транзистора и через резистор - к третьему входному выво ду, а эмиттер и база - соответственно к дополнительной обмотке Выходного трансформатора.Между входами включающего и выключающего транзисторов и управляющими выводами соответственно могут быть включены дифференцирующие блоки.Кроме того, в конвертор.- может быть введена цепочка, состоящая из параллельного соединения конденсатора и резистора; которая включена .междиаграммы О к выклЭ вика ф Зг7 к ф Ос ь 40 1 меняет свою полярность. этоприводит к запиранию инвертирующеготранзисторного ключа 8 и открываниюдополнительного транзистора 9, чемшунтируется вход выключающего тран зистора 5, который затем запираетсяи отключает ток Эвы . Схема приходит в исходное состояние и далеепроцессы повторяются. костью запертого выпрямительного диода. Эти колебания, передающиеся в дополнительную обмотку выходного трансформатора, вызывают ложные срабатывания включающего и выключающего транзисторов, приводящие к самовозбуждению схемы конвертора.Цель изобретения - улучшение массогабаритных характеристик конвертора за счет уменьшения мощности, рассеиваемой выключающим транзистором; повышение надежности работы конвертора, достигаемое исключением лож- його срабатывания включающего и вы- ключающего транзисторов; уменьшения ра. Поставленная цель достигается ду коллектором включающего транзистора и обмоткой токового трансформатора.На фиг.1 представлена схема одно- тактового транзисторного конвертора; на фиг.2 - временные диаграммы его работы.Устройство содержит силовой транзистор 1, в коллектор которого включен токовый 2 и выходной 3 трансформаторыу включающий 4 и выключающий 5 транзисторы; базы которых подключены через дифференцирующие блоки б и 7 соответственно к управляющим входам; инвертирующий транзисторный ключ 8, управляющий переход которого подключен к дополнительной обмотке выход" ного трансформатора 3, а коллектор соединен с базой. дополнительного транзистора 9 и через резистор 10 - с одним из входных выводов +Е; кол- " лектор выключающего транзистора 5 через ограничивающий резистор 11 подключен к одной 1 из обмоток токового трансформатора 2, а коллектор - включающего транзистора 4 соединен через последовательно-параллельное соединение ограничивающего резистора 12, конденсатора 13 и разрядного резистора 14 с другой обмоткой токового трансформатора 2.Конвертор работает следующим образом. При установившемся выходном напряжении О конвертора напряжения на элеэлементах схемы имеют вид, изображенный на фиг.2.С поЯвлением импУльса О Кл откРы вается включающий транзистор 4, длительность включенного состояния котоке выходного трансФорматора 3 (фиг.2 При переходном процессе запускаконвертора процессы происходят аналогично и моменты срабатывания выключающего транзистора определяютсяположительной полярностью напряжения Оп величина которого не зависит от Величины выходного напряженияОН конвертора, а определяется только напряжением источника питания Е,В режиме прерывистых токов (фиг.2,диаграммы 33 к, О., О цпунктирные 60 линии ) напряжение паразитных колебаний на обмотке не может вызвать сра,батывания транзисторов, так как время разряда индуктивности вторичнойобмотки 1 рцр больше чем длительность 65 импульса,сформированногодифференцитояния транзистора 5 в стационарном ре"жиме работы, чем уменьшается мощность, а следовательно, масса и габариты выключающего транзистора 5.Кроме того, использование дифференцирующих блоков б и 7 дает воэможность получить надежную, устойчивуюработу конвертора в режиме непрерывных токов, причем блок 7 принципиально присутствует в преходных режимах включения, выключения и коммута- ции тока нагрузки. Применение цепочки, состоящей иэ конденсатора 13 и резистора 14, при наличии дифференцирукщего блока б обеспечивает уменьшение мощности, рассеиваемой схемой 1.равления, а следовательно, и всем конвертором.Таким образом, изобретение позволяет повысить эффективность работы однотактного транзисторного конвертора за счет улучшения массогабаритных характеристик, повышения на,дежности работы и уменьшения рассеи,ваемой мощности. Формула изобретения 1. Однотактный транзисторный конвертор, содержащий силовой транзистор, коллектор которого через токовый и выходной трансформаторы подключены к одному из входных выводов, ауправляющий переход соединен с однойиз обмоток токового трансформатора,концы другой обмотки которого черезвключающий и выключающий транзисторыподсоединены к другому входному выводу, а средняя точка подключена ктретьему входному выводу, прн этомуправляющий переход выключающеготранзистора шунтирован дополнитель-ным транзистором, управляющий пере;ход которого связан с одной иэ обмоток выходного трансформатора, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью улучшения массогабаритных характеристик, в него введен инвертиРующий транзисторный ключ, коллектор которого подключен к базе допблнительного транзистора и через резистор - к третьему входному выводу, а эмиттер и база - соответственно к дополнительной обмотке выходного трансформатора.2. Конвертор по и. 1, о т л и .ч а ю щ и й с я тем, что управляющие входы подключены к базам включающего и выключающего транзисторов через введенные дифференцирующие бло 3. Конвертор по п. 2, о т л и - ч а ю щ и й с я тем что, с целью уменьшения рассеиваемой мощности, в неговведена цепочка, состоящая из параллельного соединения конден" сатора и резистора, включенная между коллектором включающего транэисрующим блоком 7.Таким образом, для нацежной работы устройства необходимо выполнение неравенстваРРвшклПрактически это соотношение легко выполнимо даже при значительной нестабильности 1 так как время 1 рсор5 составляет десятки-сотни микросекунд, а длительность рассасывания избыточных носителей иэ базы транзистора 1, определяющая время 1 вы А, равна долям"единицам микросекунд. увеличение же .длительностиФйык не приводит к ухудшению энергетических показателей конвертора, так как длительность им-.пульса тока Эв, формируется сигналом импульсной обратной связи с до полнительной обмоткой выходноготрасформатора 3 и не зависит от постоянной времени дифференцирования устройства.Наличие дифференцирующего блока б 20 позволяет увеличить. также величину разрядного резистора 14, что уменьшает величину остаточного тока вклю- .чающего транзистора 4 и его длительность, что видно иэ диаграммы Ост 25 ( напряжение на конденсаторе 13), где время Ф , формируемое дифференцирукщим блоком б. Так как для импульсных транзисторов длительность тока Эщ , достаточного для срабаты- Зо вания положительной обратной связи трансформатора 2 тока, мала и сос" тавляет сотые-десятые доли микросекунд, то длительность 1 йд с нестабильностью в единицы микросекунд не влияет на работоспособность конвертора. Наравне с этим возможная .длительность разряда конденсатора 13 .при использовании дифференцирующего блока б значительно увеличивается, что дает воэможность увеличить величн ну разрядного резистора 14 и уменьшить мощность,расаеиваемуюсхемой управления конвертора. Следовательно, применение цепочки из конденсатора 13 .и резистора 14 дает воэможность более точно сформировать длительность тока 3 ФК и таким образом улучшить энергетические показатели конвертора, Так как для импульсных насыщейных транзисторов время включения го- у раздо меньше времени рассасывания избыточных носителей, а значит и Времени выключения, то отсутствие импульсной обратной связи по включающему импульсу практически не ухудшает КПД конвертора, чему также способствует применение трансформатора тока с положительной обратной связью.Таким образом, введение инвертирующего транзисторного ключа 8 в схему однотактного конвертора позволя ет уменьшить время открытого состояния выключающего транзистора 5 в переходном режиме первоначального запуска конвертора и привести это время к нормальной длительности открытого сос- у 5тора и обмоткой токового трансформатора.Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1, Патент СИИ 9 367 Ы 44,кл. Н 02 М 3/32, 1972,2. Авторское свидетельство СССРФ 708475, кл. Н 02 М 3/335, 1976.,по делам 113035, Москва, 719 . Подписноетвенного комитета СССРбретений и открытий