Стабилизированный конвертор

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДНВЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Реслублик (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 18.05.77 (21) 2484816/24-07 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет—

Государственный комитет

СССР по делам иэооретеннй н открытий

Опубликовано 15.05.79. Бюллетень № 18

Дата опубликования описания 19.05.79 (72) Автор изобретения

А. С. Баскин

Научно-исследовательский институт управляющих вычислительных машин (71) Заявитель (54) СТАБИЛИЗИРОВАННЫЛ KOHBEPTOP

Изобретение относится к промышленной радиоэлектронике и может найти примененйе в источниках электропитания средств вычислительной техники и радиоэлектронной аппаратуры.

Известные конверторы, содержащие тран- S сформатор тока, поддерживающий в насыщении силовой транзистор, имеют существенные потери в цепи управления, что снижает их КПД (1), (2).

Наиболее близким по технической сущности является стабилизированный конвертор, содержащий двухтактный усилитель мощности на транзисторах с индивидуальными трансформаторами тока в цепи положительной обратной связи, входом соединенный с выводами для подключения питающего источника, а выходом с первичной обмоткой выходного трансформатора, вторичная обмотка которого через выпрямитель с фильтром соединена с выводами для подключения нагрузки к которым подсоединен вход узла управления, а выходы последнего соединены с базами управляющих транзисторов, у которых коллектор через резистор подключен к соответствующему концу обмотки управления соответствующего трансформатора, тока, а эмиттеры объединены и соединены с одним из выводов вспомогательного источника питания, другой вывод которого связан с другим концом каждой из обмоток управления (3).

В известном конверторе решен вопрос улучшения регулировочных характеристик без существенного увеличения потерь в цепях управления, уменьшены динамические

I потери в силовых транзисторах усилителя мощности за счет работы управляющих транзисторов в режиме параметрического стабилизатора тока.

Однако известному конвертору присущи некоторые недостатки, к которым следует отнести: а) некоторое увеличение общих потерь в цепях управления и возрастание мощности рассеяния на управляющем транзисторе, поскольку ток стабилизации параметрического стабилизатора выбирается равным максимальному намагничивающему току в обмотке управления трансформатора тока, соответствующему границе линейной области петли намагничивания сердечника, и при окончании процесса обратного перемагничивания за время меньше половины периода, 663041 электрическая схема стабилизированного конвертора; на фиг. 2 показаны эпюры токов и напряжений, иллюстрирующие его работу, на фиг. 3 приведены кривые намагничивания сердечников трансформаторов тока.

Стабилизированный конвертор содержит двухтактный усилитель мощности 1. включающий в себя силовые транзисторы 2, 3 с индивидуальными трансформаторами тока

4, 5, с обмотками управления соответственно 6, 7; выходной трансформатор 8; выпрямитель 9; сглаживаюшии фильтр 10; узел зо

55 в течение остального времени до конца полупериода, включая время паузы, в цепи обмотки управления течет максимальный ток; в результате чего общие потери в цепи увеличиваются и значительная часть их приходится на транзистор параметрического стабилизатора, работающего в линейном режиме значительную часть периода; б) необходимость увеличения напряже/ ния дополнительного источника питания для обеспечения обратного перемагничивания сердечника трансформатора тока с учетом дополнительного падения напряжения на токозадаюшем резисторе стабилизатора тока, что также вызывает возрастание потерь управления.

Цель изобретения — повышение КПД конвертора путем уменьшения потерь в цепях управления.

Указанная цель достигается тем, что в стабилизированный конвертор, содержаший двухтактный усилитель мошности на транзисторах с индивидуальными трансформаторами тока в цепи положительной обратной связи, входом соединенного с выводами. для подключения питаюшего источника, а выходом — с первичной обмоткой выходного трансформатора, вторичная обмотка которого через выпрямитель с фильтром соединена с выводами для подключения нагрузки, к которым подсоединен вход узла управления, выходы последнего соединены с базами управляюших транзисторов, у которых кочлек- зо тор через резистор подключен к соответству.ющему концу обмотки управления соответствующего трансформатора тока, а эмиттеры объединены и соединены с одним из выводов вспомогательного источника питания, другой вывод которого связан с другим концом каждой из обмоток управления, снабжен з конденсаторами и элементами запуска, причем упомянутый другой конец обмотки управления каждого трансформатора тока соединен с объединенными эмиттерами управляющих транзисторов через конденсатор и с другим выводом вспомогательного источника через элемент запуска.

При этом в качестве элемента запуска может быть использован либо стабилитрон, либо диод, анодом подключенный к выводу вспомогательного источника, либо резистор, 4$ либо управляемый ключ.

На фиг. 1 приведена принципиальная, 4 управления 11, включающий в себя задающий генератор 12, источник опорного напряжения 13, широтно-импульсный модулятор

14, триггер 15, формирователь управляющих импульсов 16, схемы совпадения 17, 18; управляющие транзисторы 19, 20; токоограничительные резисторы 21, 22; конденсаторы

23, 24; элементы запуска 25, 26; вспомогательный источник питания 27.

Стабилизированный конвертор работает следующим образом.

Задающий генератор 12 генерирует короткие треугольные импульсы, управляюшие по счетному входу триггером 15, работаюшим в режиме делителя частоты, и пилообразное напряжение, поступающее на один из входоа широтно-импульсного модулятора (ШИМ) 14. На другие входы ШИМ поступает выходное напряжение конвертора и опорное напряжение от источника 13. В результате сравнения суммы пилообразного и выходного напряжения с опорным напряжением с выхода ШИМ на вход формирователя управляющих импульсов 16 поступают трапецеидальные импульсы. В формирователе 16 из трапецеидальных импульсов формируются прямоугольные импульсы, поступающие затем на объединенные входы схем совпадения 17, 18, на другие входы которых с выхода триггера 15 подаются сдвинутые друг относительно друга на 180 последовательности импульсов. С выходов схем совпадения 17, 18 на базы управляюших транзисторов соответственно 20, 19 поступают сдвинутые на 180 друг относительно друга последовательности широтно-модулированных импульсов. Транзисторы 19, 20 переключаются и через обмотки управления 6, 7 трансформаторов тока 4, 5 управляют работой силовых транзисторов 2, 3 усилителя мошности 1 таким образом, что выходное напряжение конвертора поддерживается на заданном уровне независимо от внешних дестабилизируюших воздействий.

Рассмотрим установившийся режим работы конвертора, когда транзисторы 19 и 3 закрыты, транзистор 20 открыт и рабочий импульс тока проходит через силовой транзистор 2 усилителя мощности 1. При этом напряжение на конденсаторе 23 равно Uc (фиг. 2,г), на переходе база-эмиттер транзистора 20 действует напряжение ) )р„ (фиг. 2, б), а в базу через обмотку 28 трансформатора тока 4 поступает ток i8K (фиг. 2 в).

В момент tq (управляюший транзистор 21 открывается и через обмотку управления 6

1 трансформатора тока 4 проходит импульс тока iy< (фиг. 2 а), амплитуда которого определяется напряжением Uz на конденсаторе 23 и сопротивлением резистора 21. В базу транзистора 2 поступает обратный импульс тока i д (фиг.? o). В результате резко ускоряется процесс рассасывания неосновных носителей в оазе транзистора 2, заканчиваюшийся в момент tz. после чего из663041

S меняется полярность напряжения на обмотках трансформатора и к базе транзистора

2 прикладывается обратное напряжение Vg

За время рассасывания конденсатор 23 разряжается до напряжения Ugg. В момент tg начинается процесс обратного перемагничивания сердечника трансформатора тока 4.

На интервале tg — ta транзистор 21 работает в инверсном режиме и намагничивающий ток обмотки 6 трансформатора 4 подзаряжает конденсатор 23 до напряжения U<>

В момент t3 намагничивающий ток изменяет свое направление и на интервале ts — t< происходит разряд конденсатора 23 до напряжения U . В момент tq транзистор 19 запирается, в базу транзистора 2 поступает ток и через транзистор 2 проходит очередной рабочий импульс тока. Если в течение рабочего импульса перемагничивание сердечника трансформатора тока 4 происходит на участке а-б-д петли гистерезиса (фиг. 3, а), то обратное перемагничивание идет на участке д-е-а, что соответствует линии «К» на фиг. 2, а. Если прямое перемагничивание происходит на участке а-о-в, а обратное— на участке в-г-а, что имеет место при низком напряжении база-эмиттер транзистора 2 или малом токе нагрузки, то ток в обмотке управления 10 соответствует линии «m» на фиг. 2, а, т. е. подпитка конденсатора 23 происходит меньшим током и напряжение на нем устанав.йивается более низким, достаточным для обратного перемагничивания сердечника. Если же прямое перемагничивание идет на участке а-б-ж, а обратное — на участке ж-з-а, что соответствует линии «и» на фиг. 2, а, что имеет место при высоком напряжении база-эмиттер транзистора 2 и максимальном токе нагрузки, то в каждом цикле на подзаряд конденсатора поступает 3s больше энергии и напряжение на нем устанавливается более высоким, достаточным для обратного перемагничивания сердечника трансформатора тока.

Рассмотрим переходный процесс установ40 ления напряжения на конденсаторах 23, 24 при включении.

При включении стабилизированного конвертора имеет место задержка, обеспечивающая начало работы узла управления 11 после того, как напряжение вспомогатель- 4s ного источника 27, питающего цепи управляющих транзисторов и узла управления, достигает номинального значения. При этом в обмотки управления 6, 7 трансформаторов тока 4, 5 от вспомогательного источника 27 через элемент запуска протекает намагничивающий ток Iу, который при запирании управляющих транзисторов 19, 20 трансформируется в базовые обмотки 28, 29 транзисторов 2, 3 обеспечивая начало их лавинообразного включения. Данный ток соответствует точке «а» на петле намагничивания трансформатора тока (фиг. 3 б). Напряжение на конденсаторах 23, 24 в основном определяется падением напряжения на резисторах 21, 22 создаваемом током iy<„и может быть небольшим. При запирании управляющих транзисторов 19, 20 включаются силовые транзисторы 2, 3 и пропускают рабочий импульс тока длительностью, равный половине периода. При этом сердечник трансформатора тока перемагничивается на участке петли а-н-б (фиг. 3, б). Однако величина напряжения на конденсаторах 23, 24 недостаточна для обратного перемагничивания сердечника с возвратом к рабочей точке «а» и обратное перемагничивание сердечника за следующие полпериода произойдет на участке а-в, а напряжение на конденсаторах 23, 24 получит приращение за счет тока намагничивания сердечника. В течение следующего цикла длительность рабочего импульса тока будет меньше длительности полупериода, поскольку сердечник, перемагничиваясь попадает в точку Р, (фиг. 3 б) и происходит лавинообразный процесс выключения силового транзистора. В течение времени обратного перемагничивания напряжение на конденсаторах 23, 24 получает новое приращение. Таким образом за несколько циклов напряжение на конденсаторе достигает величины, достаточной для обратного перемагничивания сердечника, рабочий участок петли смещается вниз и в конечном итоге устанавливается рабочий цикл а-б-д-е (фиг. 3, а), соответствующий установившемуся режиму работы конвертора. Напряжение на конденсаторах 23, 24 становится таким, что выполняется неравенство

СТ В С где Uzq — напряжение стабилизации стабилитрона элементов запуска 25, 26, Uy — напряжение вспомогательного источника 27, Ug — напряжение на конденсаторах 23, 24, т. е. в установившемся режиме элемент запуска отключает управляющие обмотки 6, 7 трансформатора тока от источника 16.

Формула изобретения

1. Стабилизированный конвертор, содержащий двухтактный усилитель мощности на транзисторах с индивидуальными трансфор маторами тока в цепи положительной ооратной связи, входом соединенного с выводами для подключения питающего источника, а выходом — с первичной обмоткой выходного трансформатора, вторичная обмотка которого через выпрямитель с фильтром соединена с выводами для подключения нагрузки, к которым подсоединен вход узла управления, выходы последнего соединены с базами

663041 управляющих транзисторов, у которых коллектор через резистор подключен к соответствующему концу обмотки управления соответствующего трансформатора тока, а эмиттеры объединены и соединены с одним из выводов вспомогательного источника питания, ь другои вывод которого связан с другим концом каждой из обмоток управления, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД путем уменьшения потерь в цепях управления, он снабжен конденсаторами и элементами запуска, причем упомянутый другой конец каждой обмотки управления каждого трансформатора тока соединен с объединенными эмиттерами управляющих транзисторов через конденсатор и с другим выводом вспомогательного источника через элемент запуска.

2. Конвертор по п. 1, отличающийся тем, что в качестве элемента запуска использован стабилитрон.

3. Конвертор по п. 1, отличающийся тем, что в качестве элемента запуска использован диод, анодом подключенный к выводу вспомогательного источника.

4. Конвертор по п. 1, отличающийся тем, что в качестве элемента запуска использован резистор.

5. Конвертор по п. 1, отличающийся тем, что в качестве элемента запуска использован управляющий ключ;

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 416678, кл. G 05 F 1/56, 1973.

2. Устройства вторичных источников элекts тропитания. М., МДН, ТП им.Ф. З.Дзержинско1976, с. 101, рис. 1.

3. Авторское свидетельство СССР № 524291, кл. Н 02 М 3/335, 1974., lput.3

Составитель И. Никитин

Редактор Д. Зубов Техред О. Луговая Корректор О. Билак

Заказ 2722/56 Тираж 856 Подписное

UH И ИП И Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

I I 3035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал П П П «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4