Двухтактный преобразователь постоянного напряжения

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в преобразовательной технике в устройствах электропитания. Технический эффект заключается в обеспечении как режима пуска, так и рабочего режима с помощью одних и тех же резисторов. При этом достигается технический результат - большая стабильность частоты генерации прямоугольных импульсов, поскольку в процессах отпирания и запирания транзисторов участвует и напряжение источника питания. Устройство содержит источник постоянного напряжения (1), два транзистора (2 и 3), например, типа р-n-р, трансформатор (4), первичная обмотка которого АХ каждым из зажимов соединена с коллектором (для р-n-р) транзисторов или эмиттером (для транзисторов типа (n-р-n), а средней точкой О - к минусу источника, обмотку обратной связи а₁х₁ и вторичную обмотку аx, к которой подключена нагрузка (5). Последовательно с обмоткой обратной связи a₁x₁ включен конденсатор (6), и эта цепочка включена между базами транзисторов (2 и 3). Между базой транзистора (2) и отрицательным полюсом источника постоянного напряжения (1) включен резистор (7), а между базой транзистора (3) и этим же полюсом источника (1) - такой же резистор 8. 2 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в преобразовательной технике в устройствах электропитания.

Широко известны транзисторные преобразователи постоянного напряжения в переменное прямоугольной формы на основе генератора Роэра (см., например, SU 367512, МПК 2 Н 02 М 7/52, Н 03 К 5/13, 23.01.73). Эти преобразователи содержат насыщающийся трансформатор, первичная обмотка которого выполнена со средней точкой и подключена к двум транзисторам, управление базовым током которых осуществляется с помощью двух обмоток.

Недостаток этих преобразователей заключается в наличии броска тока коллектора запираемого транзистора при насыщении трансформатора, а также в необходимости применения двух обмоток обратной связи. Дополнительные обмотки трансформатора и транзисторы могут использоваться для дополнительных целей.

Известен преобразователь постоянного напряжения в переменное, также выполненный на двух транзисторах, связанных с первичной обмоткой трансформатора, но с одной обмоткой в базовых цепях транзисторов, последовательно с которой включен конденсатор, а между эмиттером и базой каждого транзистора включен резистор (прототип, см. , например, Ловушкин В.Н. "Транзисторные преобразователи напряжения". М., "Энергия", 1967).

Недостатком этого преобразователя является необходимость введения дополнительных элементов запуска, так как без них он фактически неработоспособен (только после кратковременного включения каким-либо путем одного из транзисторов преобразователь начнет работать). Кроме того, стабильность частоты генерации прямоугольных импульсов существенно зависит от сопротивления базового перехода.

Технический результат заключается в обеспечении как режима пуска, так и рабочего режима с помощью одних и тех же резисторов. При этом достигается большая стабильность частоты генерации прямоугольных импульсов, поскольку в процессах отпирания и запирания транзисторов участвует и напряжение источника питания.

Сущность заключается в том, что в двухтактном преобразователе постоянного напряжения, содержащем источник постоянного напряжения, два транзистора, эмиттеры которых подключены к одному полюсу источника, трансформатор, первичная обмотка которого снабжена выводом от средней точки, подключенному к второму полюсу источника питания, а два ее зажима соединены соответственно с коллекторами этих транзисторов, обмотку обратной связи, включенную через конденсатор между базами этих транзисторов и два резистора, каждый из которых одним зажимом подключен к базе транзистора, другие зажимы этих резисторов подключены к второму полюсу источника постоянного напряжения.

На фиг. 1 показана схема устройства, выполненного на транзисторах типа р-n-р, на фиг.2 а-г - диаграммы напряжения на наиболее важных элементах схемы.

Устройство содержит (фиг. 1) источник постоянного напряжения 1, два транзистора 2 и 3, трансформатор 4, первичная обмотка которого АХ каждым из зажимов соединена с коллектором транзисторов, а средней точкой О - к минусу источника постоянного напряжения 1, обмотку обратной связи ₁x₁ и вторичную обмотку ах, к которой подключена нагрузка 5. Последовательно с обмоткой обратной связи a₁x₁ включен конденсатор 6, и эта цепочка включена между базами транзисторов 2 и 3. Между базой транзистора 2 и отрицательным полюсом источника постоянного напряжения 1 включен резистор 7, а между базой транзистора 3 и этим же полюсом источника постоянного напряжения 1 - такой же резистор 8.

Работа устройства происходит следующим образом. После включения и окончания переходного процесса с момента t=0 пусть будет открыт транзистор 2 током базы, протекающим через резистор 7 (фиг.2в). При этом транзистор 3 будет закрыт, поскольку его база имеет положительный потенциал относительно эмиттера, обусловленный работой обмотки a₁x₁ трансформатора 4 и конденсатора 6 в предыдущем цикле. Знак напряжения на конденсаторе указан на фиг.1 без скобок. При открытом транзисторе 2 все напряжение источника постоянного напряжения 1 будет приложено к полуобмотке АО трансформатора 4, и его магнитопровод будет перемагничиваться. Начиная с момента t=0 конденсатор 6 начнет перезаряжаться и перезаряд закончится в момент времени t=Т/2, где Т - период (фиг. 2а, б). Представляет интерес путь перезаряда конденсатора 6: зажим a₁ обмотки обратной связи, конденсатор 6, резистор 8, источник постоянного напряжения 1, переход эмиттер - базы транзистора 2 и зажим x₁ обмотки обратной связи. Знак напряжения на конденсаторе указан на фиг.1 в скобках. В процессе перезаряда конденсатора в момент t=Т/2 потенциал базы транзистора 3 уменьшается до такой величины, что транзистор 3 откроется током базы, протекающим через резистор 8 (фиг.2г), а транзистор 2 закроется. Теперь уже напряжение источника постоянного напряжения 1 будет приложено к полуобмотке ХО трансформатора 4, и под действием ЭДС обмотки a₁x₁ и источника постоянного напряжения 1 конденсатор 6 будет перезаряжаться в противоположном направлении. Путь перезаряда: зажим x₁ обмотки a₁x₁ обратной связи, резистор 7, источник постоянного напряжения 1, переход эмиттер-база транзистора 3, конденсатор 6, зажим а₁ обмотки a₁x₁. В момент времени t=Т в результате указанного перезаряда потенциал на базе транзистора 2 уменьшится, а на базе транзистора 3 увеличится до такой степени, что транзистор 2 откроется, а транзистор 3 закроется. В дальнейшем все процессы повторяются аналогично описанному выше.

Схема (фиг. 1) обеспечивает запуск преобразователя без каких-либо дополнительных элементов и средств. При первом включении схемы ввиду разброса параметров транзисторов в пределах, допустимых нормой, начнет открываться один из транзисторов, и положительная обратная связь в дальнейшем переводит его в открытое состояние. В конечном итоге наступает установившийся режим.

Преобразователь может быть выполнен на любом ненасыщающемся трансформаторе (т. е. не обязательно требование прямоугольной петли гистерезиса) с транзисторами с относительно невысоким коэффициентом усиления как типа р-n-р, так и n-р-n.

Моделирование преобразователя и экспериментальная проверка подтвердили для обоих типов транзисторов его работоспособность как в пусковом, так и установившемся режимах (диаграммы фиг.2а-г) при различных параметрах трансформатора и транзисторов.

Формула изобретения

Двухтактный преобразователь постоянного напряжения, содержащий источник постоянного напряжения, два транзистора, эмиттеры которых подключены к одному полюсу источника, трансформатор, первичная обмотка которого снабжена выводом от средней точки, подключенному к второму полюсу источника питания, а два ее зажима соединены соответственно с коллекторами этих транзисторов, обмотку обратной связи, включенную через конденсатор между базами транзисторов, и два резистора, каждый из которых одним зажимом подключен к базе транзистора, отличающийся тем, что другие зажимы этих резисторов подключены к второму полюсу источника постоянного напряжения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2