Двухтактный транзисторный преобразователь постоянного напряжения

 

Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано в транзисторных преобразователях постоянного напряжения. Технический результат изобретения - устранение одновременного протекания токов в транзисторных ключах при их переключении и значительное уменьшение электропотребления в цепи базы выключенного транзисторного ключа при работе преобразователя напряжения. Транзисторный преобразователь постоянного напряжения, содержащий два транзисторных ключа с защитными диодами, подключенными между эмиттерами и базами транзисторных ключей, трансформатор с насыщающимся магнитопроводом, имеющий первичные силовые обмотки со средней точкой, включенные в коллекторную цепь транзисторных ключей, вторичные силовые обмотки и обмотки положительной обратной связи, контакты первичного напряжения, включенные между коллекторной цепью и эмиттерами транзисторных ключей, резисторы смещения, подключенные одними контактами к контакту первичного напряжения коллекторной цепи транзисторных ключей, отличающийся тем, что в него введены параллельно включенные блоки форсированного выключения и блоки задержки, причем одни контакты обмоток положительной обратной связи, каждый из которых подключен к эмиттерам транзисторных ключей, и вторые контакты обмоток положительной обратной связи подключены к первым входам блоков форсированного выключения и входам блоков задержки соответственно, первые выходы которых подключены к базам транзисторных ключей, а вторые выходы - к эмиттерам транзисторных ключей, резисторы смещения подключены другими контактами ко вторым входам блоков задержки. 3 ил.

Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано в транзисторных преобразователях постоянного напряжения.

Известен транзисторный преобразователь постоянного напряжения, представляющий собой двухтактный автогенератор с индуктивной положительной обратной связью [1], содержащий два транзисторных ключа, трансформатор с насыщающимся магнитопроводом, на котором размещены обмотки: обмотка со средней точкой, включенная последовательно с транзисторными ключами, две обмотки положительной обратной связи, подключенные через резисторы между базами и эмиттерами транзисторных ключей, и обмотка для подключения нагрузки, а также резистор смещения, подключенный к базовой цепи от коллекторного питания преобразуемого напряжения, подключенного к средней точке обмотки трансформатора, а второй контакт преобразуемого напряжения подключен к объединенным вторым выводам транзисторного ключа.

Недостатком этого устройства является то, что при переключении транзисторных ключей через них протекают токи одновременно, поскольку время выключения транзистора из насыщенного состояния больше времени его включения, что ведет к дополнительным потерям в ключах, а также то, что между базой и эмиттером закрытого ключа действует удвоенное напряжение положительной обратной связи, что ограничивает практическое использование транзисторов с лучшими характеристиками, но имеющими малые обратные напряжения база - эмиттер.

Известен двухтактный транзисторный преобразователь постоянного напряжения - прототип [2], содержащий два транзисторных ключа с защитными диодами, подключенными между базами и эмиттерами транзисторов. Первые одноименные контакты транзисторных ключей подключены к одному из контактов первичного напряжения, вторые контакты ключей подключены к первой обмотке трансформатора, средняя точка которого подключена ко второму контакту первичного напряжения, вторая и третья обмотки положительной обратной связи подключены через резисторы между базами и эмиттерами транзисторов, к базе каждого из транзисторов подключены резисторы, вторые контакты которых подключены к контакту первичного напряжения коллекторной цепи транзисторного ключа, четвертая обмотка предназначена для подключения нагрузки.

Недостатком этого устройства является наличие токов, протекающих одновременно через оба транзисторных ключа при их переключении, и постоянное электропотребление в цепи базы при включенном и выключенном состоянии ключа.

Задача изобретения - устранить одновременное протекание токов в транзисторных ключах при их переключении и значительно уменьшить электропотребление в цепи базы выключенного транзисторного ключа при работе преобразователя напряжения.

Это достигается тем, что в транзисторный преобразователь постоянного напряжения, содержащий два транзисторных ключа с защитными диодами, подключенными между эмиттерами и базами транзисторных ключей, трансформатор с насыщающимся магнитопроводом, имеющий первичные силовые обмотки со средней точкой, включенные в коллекторную цепь транзисторных ключей, вторичные силовые обмотки и обмотки положительной обратной связи, контакты первичного напряжения, включенные между коллекторной цепью и эмиттерами транзисторных ключей, резисторы смещения, подключенные одними контактами к контакту первичного напряжения коллекторной цепи транзисторных ключей, введены параллельно включенные блоки форсированного выключения и блоки задержки, причем, одни контакты обмоток положительной обратной связи, каждый из которых подключен к эмиттерам транзисторных ключей, а вторые контакты обмоток положительной обратной связи подключены к первым входам блоков форсированного выключения и входам блоков задержки соответственно, первые выходы которых подключены к базам транзисторных ключей, а вторые выходы - к эмиттерам транзисторных ключей, резисторы смещения подключены другими контактами ко вторым входам блоков задержки.

Схемы, поясняющие суть изобретения, приведены на фиг.1-3: фиг. 1 - схема двухтактного транзисторного преобразователя постоянного напряжения; фиг.2 - схема блока форсированного выключения; фиг.3 - схема блока задержки.

Двухтактный транзисторный преобразователь постоянного напряжения (фиг.1) представляет собой транзисторные ключи 1 и 2, к которым между базами и эмиттерами подключены встречно защитные диоды 3, 4, трансформатор 5 с обмотками, подключенными следующим образом: начало и конец обмотки 6 подключены к одноименным контактам транзисторных ключей 1 и 2, вторые контакты которых объединены и подключены к объединенным разноименным контактам обмоток положительной обратной связи 7 и 8 таким образом, чтобы на контакты (эмиттер и коллектор) каждого из ключей 1 и 2 были подключены одноименные выводы обмоток 6 и 7, 6 и 8 соответственно, вторые концы обмоток 7 и 8 подключены соответственно к первым входам 10₁, 11₁ блоков форсированного выключения и ко входам 12₁, 13₁, блоков задержки, выходы 10₂, 11₂ блоков форсированного выключения и выходы 12₂, 13₂ блоков задержки соответственно подключены к базам транзисторных ключей 1, 2, обмотка 9 подключена к нагрузке 14, один контакт 15 первичного напряжения подключен к средней точке обмотки 6, второй контакт 16 первичного напряжения подключен к объединенным одноименным контактам ключей 1 и 2, третьи контакты 10₃, 11₃ (контакты общих шин ключей 1 и 2) блоков форсированного отключения и четвертые контакты 12₄, 13₄ (контакты общих шин ключей 1 и 2) блоков задержек,подключенных к эмиттерам ключей 1 и 2 соответственно, резисторы смещения 17 и 18 одними контактами подключены к контакту 15 первичного напряжения коллекторной цепи ключей, а вторыми - к вторым входам 12₃ и 13₃ блоков задержек соответственно. Схемы блоков форсированного отключения 10 и 11 (фиг.2) идентичны и представляют собой отключающий конденсатор 19, один контакт которого подключен к входу 10₁ блока форсированного выключения, второй контакт конденсатора подключен к одним контактам резисторов 20 и 21, второй контакт резистора 20 подключен к третьему контакту 10₃ блока форсированного отключения, второй контакт резистора 21 подключен к одному контакту диода 22, второй контакт диода 22 - к второму выходу 10₂ блока форсированного выключения. Схемы блоков задержки 12 и 13 (фиг.3) идентичны и представляют собой транзистор 23, между базой и эмиттером которого включен диод 24 во встречном направлении, к базе транзистора, соединенной с третьим контактом 12₃ блока задержки, подключены резистор 25, второй контакт которого подключен к контакту 12₁ блока задержки, и конденсатор 26, второй контакт которого, соединенный с четвертым контактом 12₄ блока задержки, к контакту 12₁ блока задержки подключен контакт диода 27, второй контакт которого подключен к контактам форсирующей цепочки, параллельно включенным резистору 29 и конденсатору 28, вторые контакты их подключены к резистору 30, второй контакт которого подключен к коллектору транзистора 23. На фиг.1-3 направление включения диодов определено типом транзисторов n-p-n; при использовании в ключах и блоках задержки и форсирующего напряжения транзисторов р-n-р направление подключения диодов изменяется на противоположное.

Работа двухтактного транзисторного преобразователя постоянного напряжения происходит следующим образом: при наличии первичного постоянного напряжения на контактах 15, 16 через резисторы смещения 17, 18 происходит смещение в линейную область входных характеристик транзисторов 23 блоков задержки 12 и 13 и транзисторов 1, 2, что вызывает появление токов через обе половины обмотки 6 трансформатора 5, но из-за неравенства токов (в силу неидентичности характеристик транзисторов) в сердечнике трансформатора 5 возникает намагничивающее поле, вызывающее изменение индукции в нем и появление напряжений на обмотках трансформатора, знак которых (полярность) определяет направление преобладающего тока в одной из половин обмотки 6, например, подключенной к ключу 1, тогда полярность напряжения в обмотке 7 положительной обратной связи будет такой, чтобы поддерживать включенным ключ 1, т.е. на контакт задержки 12₁ поступит положительное напряжение относительно эмиттера транзистора ключа 1, которое через резистор 25 откроет транзистор 23, и ключ 1 будет удерживаться во включенном состоянии током, протекающим по цепи: контакт 12₁ - диод 27, форсирующая цепочка 28, 29, резистор 30, транзистор 23, контакт 12₂, ключ 1; конденсатор 19 блока форсированного выключения 10 заряжается через резистор 20, а конденсатор 19 блока 11 заряжается напряжением другой полярности по сравнению с напряжением на конденсаторе 19 блока 10, при этом ключ 2 запирается по фронту напряжения на обмотке 8 по цепи: обмотка 8 - блок форсированного выключения 11 (контакт 11₁ - конденсатор 19 - резистор 21 - диод 22 - контакт 11₂) - диод 4 - второй контакт обмотки 8, одновременно ключ 2 удерживается в выключенном состоянии отрицательным напряжением на защитном диоде 4 от обмотки 8 через блок задержки 13 (контакт 13₁ - резистор 25 - диод 24 - контакт 13₂) - диод 4 - второй контакт обмотки 8. Диод 27 блока задержки 13 при этом отключает цепь коллектора транзистора 23. Поскольку сопротивление резистора 25 в цепи базы транзистора 23 значительно больше сопротивлений его коллекторной цепи (последовательно включенных резисторов 29 и 30), то мощность, потребляемая цепью управления закрытого ключа 2, значительно меньше мощности, потребляемой цепью управления открытого ключа 1. При достижении насыщения сердечником трансформатора 5 изменение индукции прекращается, напряжение в обмотках отсутствует; конденсатор 19 блока форсированного выключения 10 начинает разряжаться по цепи: резистор 21 - диод 22 - контакт 10₂ - диод 3 - обмотка 7, запирая ключ 1, индукция в сердечнике начинает уменьшаться, стремясь к значению остаточной индукции, в обмотках трансформатора начинает наводиться напряжение по знаку, противоположное предыдущему, при этом по фронту напряжения продолжает протекать ток по той же цепи запирания транзисторного ключа 1, а удержание ключа 1 в закрытом состоянии происходит аналогично описанному выше при запирании ключа 2. Ключ 2 открывается с задержкой по отношению к началу запирания ключа 1 благодаря двум факторам: во-первых, задержке на перезаряд конденсатора 26 блока 13, которая происходит с уменьшающейся постоянной времени по мере достижения напряжения на нем уровня прямой проводимости база - эмиттер транзистора 23 блока задержки 13, что обеспечивает необходимый и достаточный фронт действия положительной обратной связи, во-вторых, задержке на срабатывание собственно транзистора 23 блока задержки 13. Применение задержки на включение ключа позволяет избежать одновременно включенного состояния двух ключей и исключить связанные с этим потери.

В качестве элементов для реализации устройства можно использовать электрорадиоизделия, выпускаемые отечественной промышленностью.

Литература: 1. Источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры. Савочник под ред. Найвельта Г.С. М., Радио и связь, 1985, с.351.

2. Источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры, справочник под ред. Найвельта Г.С. М., Радио и связь, 1985, с.416.

3. Источники вторичного электропитания. Под ред. Конева Ю.И. М., Радио и связь, 1990.

Формула изобретения

Двухтактный транзисторный преобразователь постоянного напряжения, содержащий два транзисторных ключа с защитными диодами, подключенными между эмиттерами и базами соответствующих транзисторных ключей, трансформатор с насыщающимся магнитопроводом, имеющий первичную обмотку со средней точкой, включенную в коллекторные цепи транзисторных ключей, вторичную обмотку и обмотку положительной обратной связи, контакты первичного напряжения, один из которых подключен к средней точке первичной обмотки, а второй - к объединенной общей шине и объединенным эмиттерам транзисторных ключей, резисторы смещения, подключенные одними контактами к средней точке первичной обмотки, отличающийся тем, что введены два блока форсированного выключения и два блока задержки, каждый из блоков форсированного выключения содержит отключающий конденсатор, резисторы (20) и (21) и диод (22), каждый из блоков задержки содержит транзистор, между базой и эммиттером которого включен диод (24) во встречном направлении, резисторы (25) и (30), конденсатор (26), диод (27) и форсирующую цепочку из параллельно включенных резистора и конденсатора, при этом в каждом из блоков форсированного выключения один контакт отключающего конденсатора подключен к входу блока форсированного выключения, второй контакт - к одним контактам резисторов (20) и (21), второй контакт резистора (20) подключен к общей шине, второй контакт резистора (21) через диод (22) подключен к выходу блока форсированного выключения, в каждом из блоков задержки база транзистора соединена со вторым контактом соответствующего резистора смещения, резистором (25) и конденсатором (26), второй контакт резистора (25) подключен к входу блока задержки, а второй контакт конденсатора (26) соединен с общей шиной, между выходом блока задержки и коллектором транзистора включена последовательная цепь из диода (27), форсирующей цепочки и резистора (30), кроме того, одни контакты обмоток положительной обратной связи подключены к общей шине, а их вторые контакты подключены к входам соответствующих блоков задержки и блоков форсированного выключения, а выходы блоков задержки и блоков форсированного выключения подключены к базам транзисторных ключей.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3