Преобразователь постоянного напряжения в постоянное

О П И С А Н И Ец 957378ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советски кСоцнапнстнческнкРеспубпни(5)М. Кл. Н 02 М 3/155 Веударстыннын кемнтет СССР но делам нзабретеннй н еткрытнйДата опубликования описания 07. 09 . 82(5 Й) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИ В ПОСТОЯННОЕ Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для питания ббмоток возбуждения генераторов, а также в схемах вторичных источников питания (ВИП),Известны преобразователи, в которых импульсное преобразование постоянного тока наиболее часто осуществляется с помощью транзистора, включенного последовательно с источником входного напряжения и нагрузкой. При этом в большинстве случаев эмиттер регулирующего транзистора подключает. ся к источнику напряжения. При таком включении упрощается управление регулирующим транзистором, поскольку для цепи управления не требуется дополнительных источников напряжения1) и 121. 20При использовании таких преобразователей в электросистемах с нулевой минусовой шиной нельзя применять регулирующие транзисторы с проводимостью и- р-п,к которым относятся наи= более перспективные типы кремниевых транзисторов; значителен уровень радиопомех, создаваемых устройством, поскольку корпус регулирующего транзистора, соединенный с коллектором, имеет переменный потенциал, Сравнительно велики энергетические потери в цепи управления:, включенной в большинстве случаев через базо-эмиттер. ный переход регулирующего транзистора параллельно входному источнику.Наиболее близким к предлагаемому является преобразователь постоянного напряжения в постоянное, содержащий включенный между входным и выходным выводами регулирующий транзистор, базо-эмиттерный переход которого зашунтирован резистором, а коллектор подключен к входному выводу, управляющий транзистор, эмиттер которого соединен с общей точкой другого входного и другого выходного выводов, и диод, подключенный между выходнымивыводами полярностью, противоположной знаку выходного напряжения 3 1.Для работы упомянутого устройстванеобходимо наличие трех дополнительных источников напряжения, что исключает целесообразность применения этого регулятора в электросистемах, гдеотсутствует силовой трансформатор, например, в составе автомобильногоэлектрооборудования, так как ведет к 10значительному усложнению схемы.Цель изобретения - упрощение.Указанная цель достигается тем,что в преобразователь постоянного напряжения в постоянное между коллектором и базой регулирующего транзистора введена цепь из соединенных последовательно транзисторного ограничителя тока, дросселя и вольт-вычитающего элемента, при этом точка соеди- щнения дросселя и вольт-вычитающегоэлемента подключена к коллектору управляющего транзистора,На фиг. 1 изображена схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - 2 звольт-амперная характеристика, транзисторного ограничителя тока; нафиг, 3 - временные диаграммы; нафиг, 4 - схема стабилизированного источника напряжения на 6,3 В30Схема преобразователя включаетрегулирующий и управляющий транзисторы 1 и 2, диод 3, подключенный к выходу регулятора полярностью, противоположной знаку входного напряжения, необходимый для замыкания тока индуктивной нагрузки (обмотки возбуждениягенератора, дроссельные фильтры ВИП),обусловленного ЭДС самоиндукции, возникающей при запирании регулирующеготранзистора; транзисторный ограничитель тока ч, В качестве ограничителяможет быть применен полевой транзистор, включенный двухполюсником, дроссель в цепи управления регулирующимтранзистором 5,вольт-вычитающий эле 43мент 6, необходимый для обеспеченияполного запирания регулирующего транзистора, представляющий собой двухполюсник, Напряжение на вольт-вычитающем элементе при запертом состояниирегулирующего транзистора должно бытьтаким, чтобы при его вычитании изсуммы напряжений на управляющем транзисторе 2 и диоде 3, находящихся впроводящем состоянии, разница быламеньше величины, достаточной для отпирания регулирующего транзистора,Вольт-вычитающий элемент должен ока где Оникс - напряжение насыщения транзистора 2;ОВ - напряжение вольт-вычитающего элемента;напряжение на диоде 3, обусловленное прохождением индукционного тока нагрузки.Если в качестве вольт-вычитающего элемента применен диод, то с некоторым приближением справедливо равенст- во О) = ) Од(3) БЗ Нас В общем случае остаточное напряжение на транзисторе 2 Онс,с меньше значения, необходимого для открывания транзистора,Таким образом, выражением (3) подтверждается запертое состояние транзистора 1 при насыщении транзисторазывать минимальное сопротивление току, поступающему в базу транзистора 1 при включенном состоянии последнего, В приемлемой степени, указанным свойствам отвечает диод, совпадающий по проводимости с переходом база - эмиттер транзистора 1, В качестве вольтвычитающего элемента можно также использовать активный источник напряжения, например, термопару; резистор 7, шунтирующий базо-эмиттерный переход регулирующего транзистора, необходимый для обеспечения режима запирания транзистора 1.Работа предлагаемого устройства состоит в непрерывном чередовании открытого и закрытого состояний регулятора. Управление осуществляется извне прямоугольными импульсами, пода. ваемыми в базу управляющего транзистора, Насыщение транзистора 2 соответствует закрытому состоянию регулятора. При этом через ограничитель и дроссель проходит ток, возрастающий по мере накопления энергии дросселем, но не превышающий значения, лимитируемого ограничителем, а на переходе база - эмиттер транзистора 1 действует напряжение Оэ определяемое Выра жением5 95732 независимо от характера нагрузки. В рассмотренном случае нагрузка индуктивная.При активной или емкостной нагрузке напряжение Од другого знака и, 5 следовательно, транзистор 1 закрыт,Открытое состояние регулирующего транзистора 1 наступает при запирании транзистора 2, В этом случае управляющий ток поступает в базу 10 транзистора 1, проходя через ограничитель, дроссель и вольт-вцчитающий элемент, Падения напряжений на указанных элементах компенсируется за счет ЭДС самоиндукции дросселя, Обе спечивается также требуемый перепад напряжения на базе относительно коллектора транзистора 1. Таким образом, имеет место эффект наличия дополнительного источника, чем обуслав ливается высокий КПД регулятора.Состояния элементов схемц, соответствующие различным фазам рабочего цикла и их взаимосвязь, прослеживаются по временной диаграмме (фиг. 3) 25 где представлены зависимости от времени для тока Эб базы управляющего транзистора (управляющий сигнал), тока Зк коллектора этого транзистора, тока 3; базы регулирующего тран- З 0 зистора, тока 3 , протекающего через ограничитель и дроссель, напряжения Ов на базо-эмиттерном пеРехоДе тРанзистоРа 1, напРЯжениЯ ОогРна ограничителе тока и выходного напряжения О , при работе на индуктивную нагрузку. Как видно из диаграммы, индуктивная составляющая тока управления (зависимость Зд,(й, с течением времени убывает, Поэтому, для сохранения экономичного режима работы длительность открытого состояния транзистора 1 не должна превышать некоторого значения, зависимого от величин индуктивности дросселя и коэффициента усиления по току транзис:тора 1, а также от величин тока нагрузки и тока управления.При возрастании длительности другой фазы (открытое состояние транзистора 2) возрастают потери на ограничителе 4 (график Ое Р(с), участок о"- ).Учитывая, что значения КПД наиболее существенны для максимального то. ка нагрузки, целесообразно выбирать55 для этого режима длительность включенного состояния управляющего транзистора минимальной, но в то же вре 78 6мя достаточной для того, чтооы токуправления достигал значения, лимитируемого ограничителем,Устройство проверяют экспериментально в составе схем реле-регулятора, предназначенного для управлениятоком возбуждения генераторов и стабилизированного источника напряженияна 6,3 В. По схеме стабилизированного источника напряжения (фиг. 4) наэлементах О- ОЭ, Т,-ТЭ, Р 1- Й Э исобрано предлагаемое устройство, ана элементах , Т, Я- Р., О, С 1-Свыполнена остальная часть стабилизатора, состоящая из формирователяуправляющих импульсов релаксационного типа и выходного сглаживающего.с Фильтра. Режим генерирования схемы обусловлен наличием связи междуколлектором и базой транзистора Т 4по цепи, резистор Р, - управляющийвход регулятора - выход регулятора -.резистор Я - конденсатор . С. Включенный в указанную цепь регуляторинвертирует фазу, обеспечивая положительный знак обратной связи.Скважность генерируемых импульсовзависит от разности выходного и опорного напряжения, приложенных соответственно к эмиттеру и базе транзистора Т,Например, подбором элементов цепиобратной связи (Р, С,1, Я на фиг. 4,задающих частоту следования управляющих импульсов, и изменением величины тока управления, осуществляемымпутем смены резистора Я,2, можно получать максимальные значения КПД (более 0,9) для разных токов нагрузкив пределах до 3 А.Предлагаемый преобразователь более прост по сравнению с известными.Формула изобретенияПреобразователь постоянного напряжения в постоянное, содержащий регулирующий транзистор, базо-эмиттерный переход которого зашунтирован резистором, а коллектор подключен к входному выводу, управляющий транзистор, эмиттер которого соединен с общей точкой другого входного и другого выходного выводов, и диод, подключенный между выходными выводами полярностью, противоположной знаку выходного напряжения, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюупрощения, между коллектором и базой регулирующего транзистора введена цепь из соединенных последовательно транзисторного ограничителя тока,дросселя и вольт-вычитающего элемента, при этом точка соединения дросселя и вольт-вычитающего элементаподключена к коллектору управляющеготранзистора.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1, Бела-Буна Электроника на автомобиле. М "Транспорт", 1979, с. 18,рис. 117, с, 33, рис, 24,2. Вересов Т. П Смуряков Ю. Л.957378 Составитель И. ГоловиноваТехред Е.Харитончик Коррект Редактор Н, Кеш Шар Заказ 6619/46 Под ком и о к роектна Тг лтРУТираж 721ВНИИПИ Государственногпо делам изобретени 113035, Москва, 1-35, Ра илиал ППП "Патент", г. Ужгород,писноеета СССРрытийнаб., д. 4/5