ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ


RU (11) 2013849 (13) C1

(51) 5 H02M3/335 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 11.01.2009 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 5043418/07 
(22) Дата подачи заявки: 1992.05.26 
(45) Опубликовано: 1994.05.30 
(71) Заявитель(и): Сергеев Б.С. 
(72) Автор(ы): Сергеев Б.С. 
(73) Патентообладатель(и): Уральское отделение Всероссийского научно- исследовательского института железнодорожного транспорта 

(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ 

Преобразователь содержит силовой транзистор 1 с нагрузкой в виде силового трансформатора 4. Пропорционально токовое управление силовым транзистором 1 обеспечивается при помощи двух трансформаторов тока 3 и 11, чем выполняется требуемое согласование токов переключения с параметрами включающего 8 и выключающего транзисторов. Силовой транзистор управляется схемой управления 15, выходные каскады которой выполнены на элементах КМОП логических ИС с открытым стоком и вследствии этого практически не потребляется от схемы 15 ток для управления включающим и выключающим транзисторами. При открытом состоянии включающего транзистора 8 ток вторичной 7 обмотки трансформатора тока 3 передается через первичную обмотку трансформатора тока 11 на вторичную обмотку 10 этого же трансформатора и далее - в базу силового транзистора 1. На этапе рассасывания ток обмотки 7 через открытый выключающий транзистор передается на обмотку 12 трансформатора 11 и далее в запирающем направлении - в базу транзистора, чем обеспечивается, во-первых, пропорциональность запирающего тока коллекторному, во-вторых, форсированное запирание транзистора. 1 з. п. ф-лы, 2 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к электротехнике, а именно к силовой преобразовательной технике - к устройствам преобразования энергии постоянного напряжения в переменное или постоянное, использующимся в качестве источников вторичного электропитания.

Известны преобразователи напряжения, у которых силовой биполярный транзистор управляется от источника импульсного напряжения и ток его базы не зависит от тока коллектора [1] .

Недостатком такого устройства является как невысокая частота преобразования, так и малый КПД, в особенности при использовании в качестве силовых транзисторов с малой величиной коэффициента усиления по току.

Более эффективными являются преобразователи напряжения, у которых для управления силовым транзистором используется трансформатор тока, реализующий принцип пропорционально токового управления как на этапе открытого состояния силового транзистора, так и запирания на этапе рассасывания зарядов из полупроводниковой структуры [2] .

Недостатком такого преобразователя является его невысокая энергетическая эффективность, что вызвано тем, что токи включения и выключения, коммутируемые включающим и выключающим транзисторами, велики, так как коэффициенты усиления современных силовых биполярных транзисторов сравнительно небольшие и не превышают 10-15.

Более эффективными являются преобразователи напряжения, у которых при наличии пропорционально токового управления имеется возможность снижения уровня включающего и выключающего токов базы силового транзистора, что достигается применением двух трансформаторов тока, которые осуществляют промежуточное трансформирование токов до требуемого уровня [3] .

Снижение токов улучшает КПД управляющей цепи силового транзистора, способствует применению более малогабаритных включающего и выключающего транзисторов и повышает возможности для микроминиатюризации схемы управления преобразователя напряжения.

Это устройство является наиболее близким к предлагаемому по технической сущности процессов работы и по схемопостроению.

Недостатком этого устройства является невысокая надежность работы и невысокая энергетическая эффективность.

Целью изобретения является увеличение надежности в работе и повышение ее энергетической эффективности за счет формирования энепрерывного импульса запирающего тока базы силового транзистора и исключения энергопотребления от схемы управления для переключения транзисторным ключом преобразователя. Это расширяет функциональные возможности применения предлагаемого устройства в более мощных стабилизирующих преобразователях, а также дает возможность реализации маломощных схем управления на КМОП-структурах с малой рассеиваемой мощностью, и с малыми массой и габаритами.

Указанная цель достигается тем, что между средней точкой второго трансформатора тока и базой включающего транзистора подключен резистор, осуществляющий его открывание в единичном состоянии включающего импульса управления, т. е. при закрытом состоянии выходного КМОП транзистора схемы управления с открытым истоком. Кроме того, открывание выключающего транзистора схемы осуществляется через резистор с его коллектора, а управление этим транзистором - также КМОП ИС с открытым истоком, но работающим в противофазе с аналогичным включающим КМОП транзистором с открытым истоком.

На фиг. 1 приведена схема преобразователя напряжения; на фиг. 2 - временные диаграммы его работы.

Преобразователь содержит силовой транзистор 1, в коллекторную цепь которого включены первичная 2 обмотка первого трансформатора тока 3, первичная обмотка силового трансформатора 4 и источник входного напряжения Еп. Эмиттер силового транзистора 1 соединен с общим полюсом источника Еп. К точке соединения обмотки 2 и первичной обмотки трансформатора 4 подключен один из выводов первого резистора 5, второй вывод которого соединен с катодом диода 6, анодом подключенного к началу вторичной 7 обмотки первого трансформатора тока 3, конец которой соединен с эмиттерами силового 1, включающего 8 и выключающего 9 транзисторов.

База и эмиттер силового транзистора 1 подключены соответственно к началу и концу вторичной обмотки 10 второго трансформатора тока 11. Средняя точка его вторичной 12 и 12' обмотки соединена с катодом диода 6. Начало обмотки 12' подключено к коллектору выключающего транзистора 9, база которого через второй резистор 13 соединена с его коллектором. Конец обмотки 12 подключен к коллектору включающего транзистора 8, база которого через третий резистор 14 соединена с катодом диода 6.

База транзистора 8 является входом включающих импульсов схемы управления, а база транзистора 9 - входом выключающих импульсов управления. Схема управления 15 содержит логические инверторы 16 и 17, связанные соответственно выходом и входом. Выход инвертора 17 связан с входом включающего элемента 18 с открытым стоком, сток которого является выходом включающих импульсов схемы 15. Выход инвертора 16 подключен к входу выключающего элемента 19 с открытым стоком, сток которого является выходом выключающих импульсов схемы 15.

На временных диаграммах фиг. 2 изображены: эпюра 20 - напряжение на выходе включающих импульсов схемы управления 15; эпюра 21 - напряжение на выходе выключающих импульсов схемы 15; эпюра 22 - напряжение на коллекторе включающего транзистора 8; 23 - напряжение на коллекторе выключающего транзистора 9; 24 - напряжение на обмотке 7 первого трансформатора тока 3; 25 - напряжение база-эмиттер силового транзистора 1; 26 - напряжение коллектор-эмиттер силового транзистора 1.

Преобразователь напряжения работает следующим образом. В установившемся режиме работы схемы на выходах схемы управления 15 появляются импульсы, причем наличие, например, импульса на включающем выходе (точка 20 схемы) соответствует запертое состояние элемента 18 с открытым стоком. Отсутствие импульса соответствует открытому состоянию элемента 18. Выходные включающие и выключающий импульсы схемы управления 15 присутствуют, как это видно из эпюр 20 и 21, в противофазе, т. е. наличие одного импульса соответствует отсутствию другого. Это выполняется, как видно из схемы 15, инверторами 16 и 17.

При наличии включающего импульса в момент tо (эпюра 20) открывается включающий транзистор 8 за счет того, что вход, ранее шунтированный элементом 18, раскорачивается и появляется базовый ток транзистора 8, протекающий по резисторам 5 и 14. Это приводит к открыванию транзистора 8 и появлению тока в полуобмотке 12, ограничиваемого резистором 5. Он трансформируется во вторичную обмотку 10 трансформатора 11 и вызывает базовый ток силового транзистора 1, вследствие чего последний открывается. Появляется его ток коллектора и далее транзистор 1 остается под увеличенным значением базового тока за счет трансформации тока коллектора через обмотки 2 и 7 трансформатора тока 3 и обмотки 12 и 10 трансформатора тока 11.

Применение двух трансформаторов тока дает возможность уменьшить токи переключения и выбрать соответствующие малогабаритные и маломощные включающий и выключающий транзисторы. Во время открытого и насыщенного состояния силового транзистора 1 элемент 18 должен быть закрыт и обеспечивать запертое состояние транзистора с открытым стоком. При этом транзистор элемента 19 открыт и вход выключающего транзистора 9 шунтирован, вследствие чего он заперт. Длительность импульса на выходе элемента 18 равна tи (фиг. 2).

После открывания силового транзистора 1 напряжение на его коллекторе становится малым (эпюра 26) и ток через резистор 5 не протекает, что повышает КПД преобразователя, а питание полуобмотки 12 осуществляется от вторичной обмотки 7 первого трансформатора тока 3 при наличии коллекторного тока транзистора 1.

По окончании времени tи элемент 18 открывается, а элемент 19 запирается. Это обусловливает снятие шунтирования со входа выключающего транзистора 9 и его открывание через резистор 13. Так как обмотки 12 и 12' включены встречно, то в приведенном виде это соответствует протеканию обратного направления тока по вторичной обмотке 10 второго трансформатора тока 11. В насыщенном силовом транзисторе начинается этап рассасывания зарядов из его полупроводниковой структуры, который длится время tр (эпюры 23, 24 и 25). При этом напряжение на обмотке 10 трансформатора тока 11 не меняет свою полярность, а снижается на величину падения напряжения на объемном сопротивлении базы транзистора 1. Тогда напряжение на полуобмотке 12 меняет свою полярность на протяжении этапа времени tр.

По окончании этапа времени tр транзистор 9 остается открытым, так как элемент 19 заперт. Индуктивность намагничивания трансформатора через открытый транзистор 9 и резистор 5 разряжается в источник Еп и перемагничивается. Диод 6 при этом заперт, так как индуктивность намагничивания также разряжается и запирает диод 6.

Суммарное время открытого состояния транзистора 1 складывается из суммы tи и tр. После размагничивания сердечников трансформаторов тока схема приходит в исходное состояние и далее процессы повторяются аналогично.

Таким образом, в рассмотренной схеме управление осуществляется посредством элементов с открытым стоком, что исключает потребление мощности для управления силовым транзистором от схемы управления. Запирание силового транзистора, т. е. формирование рассасывающего тока базы, реализуется на протяжении всего этапа рассасывания и без паразитных колебаний. Это определяет более высокий КПД схемы и повышенную помехоустойчивость преобразователя при больших выходных мощностях. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий силовой транзистор, в коллекторную цепь которого последовательно включены первичные обмотки первого трансформатора тока и слового трансформатора, а также источник входного напряжения, причем вторичная обмотка первого трансформатора тока началом через прямовключенный диод соединена с первым выводом первого резистора и со средней точкой первичной обмотки второго трансформатора тока, концом - с эмиттерами силового, включающего и выключающего транзисторов, с общим полюсом схемы и с концом вторичной обмотки второго трансформатора тока, начало которой подключено к базе силового транзистора, а начало и конец первичной обмотки второго трансформатора тока соединен с коллекторами включающего и выключающего транзисторов соответственно, база выключающего транзистора подключена к первому выводу второго резистора, а база включающего транзистора является входом включающих импульсов управления, отличающийся тем, что в него введен третий резистор, включенный между средней точкой первичной обмотки второго трансформатора тока и базой включающего транзистора, второй вывод второго резистора соединен с коллектором выключающего транзистора, база которого является входом выключающих импульсов управления.

2. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что второй вывод первого резистора подключен к точке соединения начала первичной обмотки первого трансформатора тока и первичной обмотки силового трансформатора.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал

Подборка патентов изобретений и технологий относящихся к ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ:
Гелиоэнергетика - Солнечные электростанции, Солнечные батареи. Солнечные коллекторы;
Ветроэнергетика - Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели;
Волновые электростанции. Гидроэлектростанции;
Термоэлектрические источники тока;
Химические источники тока;
Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ;
Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии;
Генераторы постоянного электрического тока. Электрические машины.



Устройства и способы получения, преобразования, передачи, экономии и сохранения электрической энергии




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+электрический -генератор".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "генератор" будут найдены слова "генераторы", "ренераторов" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("генератор!").


Солнечные электростанции. Гелиоэнергетика | Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели. Ветрогенераторы | Волновые, геотермальные и гидроэлектростанции | Термоэлектрические источники тока | Химические источники тока. Накопители электроэнергии. Батареи и аккумуляторы | Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи электрической энергии | Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии | Генераторы постоянного и переменного электрического тока. Электрические машины


Рейтинг@Mail.ru