Преобразователь постоянного напряжения

 

Использование в система вторичного электропитания и. автоматики Оптимизация переключения достигается отсутствием избыточного эмиттерного токг выходного транзистора и автоматическим регулированием базового тока предварительного транзистора с помощью ограничительных диодов в цепи базового резистора Преобразователь постоянного 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, зашунтированный база-эмиттерным переходом введенного дополнительного транзистора 8 противоположного относительно силового типа проводимости, подключен к первому выходному выводу Коллектор дополнительного транзистора 8 подключен к второму входному выводу. 1 ил сл С

СОКЛ СОВГТСКИХ

СОЦИАЛИСТИ 1Г СКИХ ,,а-ф РГГ:ПУВЛИК (ч)л Н 02 M 3/337

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОГ>РЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ.

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ил

4 (Л

С) (Л (21) 4864583/07 (22) 10.09.90 (46) 23.08,92. Бюл. № 31 (71) Запорожский научно-исследовательский институт радиосвязи (72) И.А. Фокин, В.Д. Гулый и С.Г. Ярош (56) Авторское свидетельство СССР N

964931, кл; Н 02 M 7/537, 1982.

Патент CLUA ¹ 4013903, кл, 307-300, 1977. (54) llPE06PA30BATERb ПОСТОЯННОГО

НАПРЯЖЕНИЯ (57) Использование: в система» вторичного электропитания и автоматики Оптимизация переключения достигае1ся отсутствием избыточного эмиттерного ток выходного транзистора и автоматическим регулирова„„Ы3 „„1757050 А1 нием базового тока предварительного транзистора с помощью ограничительных диодов в цепи базового резистора.

Преобразователь постоянного 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 8 подключен к второму входному выводу. 1

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 котооконечных транзисторов которого соедине- ром поддерживается малое падение между коллектором и эмиттером. силового транзины с управляющими входами преобразователя, а эмиттеры соединены с стора, ограничен сверху величиной тока упбазами соответствующих оконечных тран- 10 равления, который задан неизменным, так эисторов, коллекторы которых -соединены 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. возра15 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 тока, что увеличивапреобразователя, а дополнительные обмотет время запирания силового транзистора, ки включены между вторыми выводами до- прив цящее к увеличен11ю динамических полнительных обмоток трансформатора и потерь мощности, что также снижает КПД и надежность.

Целью изобретения является повыше коллекторами соответствующих предоконечных транзисторов усилителя мощности..

25 ние КПД и надежности 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- 30 цепочку, включенную согласно с направлением протекания базового тока, и.базовый

35 ки, что снижает КПД и надежность преобразователя. резистор подключен к выводам управления, причем первый выхОдной вывод через вто40 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 которого подключен 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 пре д л агаемом преобразова50 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 первой диодной 55 эмиттер которого подключен к первому выцепочки с базовым резистором.: - ходному выводу, а коллектор — к. второму

В известном преобразователе происхо- входному выводу.

Существенным отличием предлагаемо го 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 нагруэНаиболее 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 ЧЕРЕЗ Втопервый и второй выходной выводы, а базаэмиттерный переход, зашунтированный первым резистором через первую диодную рую диодную цепочку подключен к точке соединения первой диодной цепочки с базовым резистором, введен резистор между 1757050 верхнего предела рабочего тока нагрузки

Преобразователь постоянного напрядостигается благодаря увеличению коэффи- жения работает следующим образом. циентэ усиления схемы в число рэз, равное 5 . К выводам управления подключен искоэффициенту усиления llo току введенното точник напряжения прямоугольных однопозистора 1, открывая его в течение действия шение тока упрэвления через бэ зовый положительно импульса напряжения, Великов нагрузки в сторону меньших значений, чинэ сопротивления резистора 6 вь|бирэеттэк кэк при меньших токах уйравления че-.:: ся такой, что при малых токах нэгрузки, рез базовый резистор уменьшается и его . подключенной к выводам U>Abtx и Ugpg,x пэ состэвляющэя, протекающая через вторую дение напряжения нэ резисторе 6.незнэчидиодную цепочку, наличие которой исклю- 15 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 избыточностью. ::: быть использовэно эктивное сопротивлеИзвестный преобразователь имеет бо-.. .; ни при отсутствии требовэний гэльвэничелее узкий диапазон изменения тока нэгруз- 20 ской развязки выводов управления- от ки, при котором существуют малые потери, ". : -:выводов первичного источника питания и тэк кэк при изменении токэ нагрузки в из:- .... f1pvl напряжении нэ выходе, соответствуювестном до значения, сбответствующего : - щем напряжению первичного источника пирабочему предлэгэемого; возникает избы -,. : . тайия. точность бэзового тока; приводящая кдина-. 25 В других случаях для получения нэпрямическим потерям". И наоборот, при : жениянэнэгрузке, отличнойотнэпряжения первичного источника, э также для гэльвэ увеличении тока нагрузки в известном до знэчения, соответствующего рабочему нической развязки нагрузки от выводов уппредлэгэемого, возрастает-падение нэпря- рэвления к выходным выводам может быть жения между силовыми выводэми трэнзи- 30 подключенэ первичная Обмотка трэнсфорсторэ и вместе с ним возрэстают . мэторэ, причем предлэгэемый преобрэзостатические потери.: —:;-:::.":,.:::; . ватель может использоваться кэк в

Положительный эффект достигается . --однотэктных схемах, так и в двухтэктных, уменьшением "статических и динамических, " многофэзных в качестве-бдного из плеч схепотерь при широком изменении тока нэ- 35 мы. возрастание динамических потерь запирэ-" чивэется падение "напряжения О, при ния при сйижении тока нэгрузки и возраста-: достижении напряжения -нэ нем порогэ отние стэтичйских потерь при возрэстэний" 40 пирэния база-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 преобрэзовэтеля напряжения; . - :.: - Ток эмиттерэ трэнзисторэ 8 окэзйвэетПреобрэзовэтель постоянного нэпря- 45 ся пропорциональным току нагрузки, э нэжения содержит транзистор 1, база-эмит- . пряжение нэ эмиттере этого транзистора терный переход которого зэшунтировэн: превышаетнэпряжениенэбэзенэвеличину резистором 2 и через цепочку из диодов 3 и : прямого падения нэпряжения переходэ бэ4 и резистор 5 подключен к выводам управ- : зэ-эмиттер. В предельном случае при нэ50 пряжении нэ бэзе трэнзйсторэ 8, равном ления. Коллектор транзистора 1 через резистор 6 подключен к первому выходному напряжению нэ коллекторе, т.е, равном нувыводу, который через диод 7 подключен к . лю относительно второго входного вывода точке соединения резистора 5 и анода дио- падение напряжения между его эмиттером дэ 3. Параллельно резистору 6 подключен и коллектором рэвно по величине прямому база-эмиттерный переход трэнзисторэ 8

55 падению напряжения нэ переходе эмиттер— сторэ 8 котором поддерживаются чалые статические и динамические потери. Увеличение транзистора, Нто позволяет снизить ток упрэвления через бэзовый резистор. Уменьрезистор расширяет диапазон рабочих то- 10 груэки, что повышает КПД и надежность по сравнеКию с известным устройством,. где противоположной проводимости относител ьно транзистора 1, и ричем эмиттер трэнзисторэ 8 подключен к первому выходному выводу, Коллектор транзистора 8 подключен к второму входному выводу и эмиттеру транзистора 1. Второй выходнои вывод подключен к первому входному выводу. лярных импульсов, которые поступэют через резистор 5 и диодь) 3 и 4 к базе трэнПри изменении нагрузки в сторону увеличения токэ йагрузкй й* резисторе 6 увели-. база. т.е. не равно нулю, что соответствует отсутствию избыточности тока базы трэнзипри 13бв=- U «å=- О.

Окрыв=-0 бэ8Ф 0;

1 7!) 7050

10

45

13кЕ3

13б33- р-, де 13fs3, 1433 напряжения на базе и коллекторе транзистора 8 относительно второго входного вь3вода:

1.3,,>в-- напряжение коллектор--эмиттер

T P 3 f4 3 34CT0P3 8: 3в — 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 вь3ключении транзистора 1 служат диоды 3, 4 и 7, исключа3ощие избыточность тока базы транзистора 1, что приводит к исключению инерционности его выключения, Например. если к резистору 5 прикладь3вается положительное напряжение, то диод 7 в начальный момент времени находится в непроводягцем состоянии, ток напряжения на его катоде, подклвченном к первому выходному вь3воду, превышает напряжение на аноде,По мере открывания транзистора 1 напряжение 13а эмиттере транзистора 8 уменьшается, диод 7 переходит в проводящее состояние и n3 раничивает

Згапряжение, прикладываемое через резистор 5 на уровне прямого падения напряжения на диоде 7 плюс падение напряжения на эмиттере транзистора 8 (относительно второго входного вывода)

UA+7=-Unp.Д7+БЭВ, где Улд7 — напряжение на аноде диода

7;

1.3ир.д7 - ПряМОЕ ПадЕНИЕ НаиряжЕНИя На проводящем диоде 7;

0>в — напряжение на эмиттере транзистора 8 относительно второго входного вывода.

Диоды 3, 4 и 7 выбираются с напряжениями прямого смещения примерно равными падениям напряжений на эмиттерных переходах транзисторов 1 и 8

Uир.Д7=- Unр.Дз= Unр.Д4»» 0бэ1 0бэв.

ГДЕ Оирдэ, UnpÄ4, U» Д7-- ПаДЕНИЯ НаПРЯжЕний на проводящих диодах 3, 4 и 7;

Ueý1. Оъв — падения напряжений на эмиттерных переходах транзисторов 1 и 8.

Насыщенное состояние предоконечного транзистора 1 исключается диодами 3 и 4 в цепи его базы. на которых падает компенсирующее напря>кение

1.>ир ДЗ + Мир Д4 UAjj7 — 0ир Д7 3 0;>в.

На 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 нагрузки

Л1Дв (35 3д7) 3эв - 3Д7, где /31Pg,— — коэффициенты усиления по току транзисторов 1 и 8;

i5, Ьв, !Д7 — токи через резистор 5, ток эмиттера транзистора 8, ток диода 7.

Ток базы транзистора 1 равен разности

i5- I г17 и автоматически поддерживается и ри изменении нагрузки на уровне, соответствующем малому падению напряжения на силовых электродах транзистора 8, что соотФ ветствует малым статическим потерям, а динамичес: ие потери при выключении минимальны вследствие отсутствия избы. точности токов баз транзисторов 1 и 8. Из

25 приведенной формулы следует, что необходимый ток эмиттера транзистора 8, а значит, и нагрузки обеспечивается при малых значе>3иях тока управления !б, а значит и малом токе 3Д7, что обеспечивает высокое значение КПД и надежность преобразователя. При преобразовании повышенных мощностей в качестве транзистора 8 может использоваться составной транзистор, Тогда последбвательно 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 напря>кения, 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 тока. и базовый резистор подключены к выводам управления, причем первый выходной вывод через вторую диодную цепочку подключен к точке соединения первой диодной цепочки с базовым резистором,отл и чаю щи и с я тем, что, с целью повышения КПД и надежности путем обеспечения оптимизации переключения силовых транзисторов при изменяю1757050

Составитель И.Фокин

Техред M.Moprewaii . Корректор ИМуска

Редактор И.Шулла

Заказ 3097: .. Тираж :: ", -" .:-: Подписное

ВНЙИПИ Государственного комитета по изобретейиям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва,.Ж-35, Раушская наб., 4/

Производственно-издательский комбинат "Патент", r, Ужгород; ул,Гагарина, 101 щейся нагрузке, соединение коллектора си- дополнительного трайзистора, эмиттер колового транзистора с первым выходнйм вы-: . торого подключен к первому входному выводом осуществлено через введенный: :воду. а коллектор —:: к- второму входному резистор, параллельно которому подсоеди-::::выводу, соединенному с эмиттерами силонен база-эмиттерный йереход введенного 5 вйх транзисторов.