преобразователь постоянного напряжения в переменное

Формула изобретения

Преобразователь постоянного напряжения в переменное, содержащий транзисторный мост, выполненный на четырех транзисторах, эмиттеры которых попарно соединены между собою и точка соединения эмиттеров одной пары подключена к одному полюсу источника питания, а точка соединения второй пары - к другому полюсу источника питания, причем каждый из коллекторов одной пары транзисторов, имеющих общие эмиттеры, соединен с коллектором другой пары и к точкам соединения подключена первичная обмотка трансформатора, на магнитопроводе которого размещены и вторичные обмотки, к одной из которых подключена нагрузка, отличающийся тем, что транзисторы одной из указанных пар выбраны типа n-р-n, а транзисторы другой указанной пары выбраны типа р-n-р, а между базами каждой пары транзисторов, эмиттеры которых соединены между собой, включена цепочка, состоящая из последовательно соединенных конденсатора и вторичной обмотки трансформатора, причем между эмиттером каждого из транзисторов моста и его базой включена цепочка, состоящая из последовательно соединенных резистора и диода, а между базами каждой пары транзисторов, одноименные электроды которых непосредственно не связаны между собою, включен резистор.

Описание изобретения к патенту

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

Известны транзисторные мостовые преобразователи постоянного напряжения в переменное, выполненные на четырех транзисторах, достоинством которых является пониженное напряжение на коллекторах транзисторов в закрытом состоянии (Ловушкин В.Н. «Транзисторные преобразователи постоянного напряжения» М.: Энергия, 1967, с.31-35).

Однако такие преобразователи нуждаются в управлении внешним сигналом и содержат четыре базовых управляющих обмотки.

Известен преобразователь постоянного напряжения в переменное, выполненный на 4-х транзисторах, эмиттеры двух из которых соединены между собой и подключены к одному полюсу источника питания, а между коллекторами этих транзисторов включена первичная обмотка трансформатора, на магнитопроводе которого размещены и вторичные обмотки, к одной из которых подключена нагрузка (Ромаш Э.М., Драбович Ю.И., Юрченко Н.Н. «Высокочастотные транзисторные преобразователи». - М.: Радио и связь, 1988, с.95).

Недостатком преобразователя является повышенное число базовых обмоток, необходимость введения дополнительных элементов запуска схемы в первоначальный момент, применение насыщающегося трансформатора.

Технический результат заключается в сокращении числа базовых обмоток, в возможности применения как насыщающегося, так и ненасыщающегося трансформатора, повышении надежности запирания транзисторов и защиты их от сквозных токов.

Сущность заключается в том, что в преобразователе постоянного напряжения в переменное, содержащем транзисторный мост, выполненный на четырех транзисторах, эмиттеры которых попарно соединены между собой и точка соединения эмиттеров одной пары подключена к одному полюсу источника питания, а точка соединения второй пары - к другому полюсу источника питания, причем каждый из коллекторов одной пары транзисторов, имеющих общие эмиттеры, соединен с коллектором другой пары и к точкам соединения подключена первичная обмотка трансформатора, на магнитопроводе которого размещены и вторичные обмотки, к одной из которых подключена нагрузка, между базами каждой пары транзисторов, эмиттеры которых соединены между собой, включена цепочка, состоящая из последовательного соединенных конденсатора и вторичной обмотки трансформатора, причем между эмиттером каждого из транзисторов моста и его базой включена цепочка, состоящая из последовательно соединенных резисторов и диода, а между базами каждой пары транзисторов, одноименные электроды которых непосредственно не связаны между собой, включен резистор.

На фиг.1 показана схема устройства, на фиг.2а-е приведены диаграммы напряжений на наиболее важных элементах схемы.

Преобразователь (фиг.1) содержит четыре транзистора 1-4, соединенных между собой по мостовой схеме, причем транзисторы 1 и 2 выбраны однотипными, например р-n-р, а транзисторы 3 и 4 - другого типа - n-р-n. Эмиттеры транзисторов 1 и 2 соединены между собой и подключены к одному полюсу источника питания 5, а эмиттеры транзисторов 3 и 4 также соединены между собой и подключены к другому полюсу источника питания 5. Коллектор каждого из транзисторов 1 и 2 соединен с соответствующим коллектором транзисторов 3 и 4, и между точками соединения коллекторов транзисторов 1 и 3 и 2 и 4 включена первичная обмотка АХ трансформатора 6, на магнитопроводе которого размещены и три вторичные обмотки а₁х ₁, а₂x₂ и а₃x₃ . Одна из вторичных обмоток трансформатора 6, например a ₁x₁, через конденсатор 7 включена между базами транзисторов 1 и 2, эмиттеры которых соединены между собой, а другая вторичная обмотка трансформатора а₂x₂ через конденсатор 8 также включена между базами транзисторов 3 и 4, эмиттеры которых тоже соединены между собой. К вторичной обмотке а₃x₃ трансформатора 6 включена нагрузка 9. Между базами транзисторов 1 и 4 включен резистор 10, а между базами транзисторов 2 и 3 - резистор 11. Между эмиттером каждого из транзисторов моста и его базой включена цепочка, состоящая из последовательно соединенных резистора и диода. Так между эмиттером транзистора 1 и его базой включены диод 12 и резистор 13, транзистора 2 - резистор 14 и диод 15, трансформатора 3 - диод 16 и резистор 17, транзистора 4 - резистор 18 и диод 19.

Работу преобразователя поясняют диаграммы (фиг.2а-е). В установившемся режиме, пусть в момент времени t=0, током базы, протекающим, например, через резистор 10, будут открыты транзисторы 1 и 4, а конденсаторы 7 и 8 заряжены до напряжения (фиг.2б), полярность которого указана на фиг.1 без скобок. При этом напряжение источника питания 5 будет приложено к первичной обмотке АХ трансформатора 6, вследствие чего появится эдс и на всех вторичных обмотках, в том числе и на обмотках a₁х₁ и а₂х₂ (фиг.2а). Напряжение обмотки a₁x₁ перезаряжает конденсатор 7, а напряжение обмотки а₃х₃ - конденсатор 8, поддерживая открытое состояние транзисторов 1 и 4 и закрытое состояние транзисторов 2 и 3 (фиг.2 б-г). При этом токи, задающие режим работы транзисторов, протекают по следующим цепям: 1) зажим "a₁" обмотки a₁ х₁, конденсатор 7, диод 15, резистор 14, переход эмиттер-база транзистора 1, зажим x₁ обмотки; 2) зажим "а ₂" обмотки а₂х₂, конденсатор 8, переход база-эмиттер транзистора 4, резистор 17, диод 16, зажим х₂ обмотки. По мере заряда конденсаторов 7 и 8 токи через резисторы 14 и 17 будут уменьшаться (фиг.2д), и в момент когда запирающее напряжение на резисторах 14 и 17 становится минимальным, током базы, протекающим через резистор 11, открываются транзисторы 2 и 3, а транзисторы 1 и 4 закрываются. При этом полярность напряжения на всех обмотках меняется, а конденсаторы 7 и 8 начинают перезаряжаться до напряжения противоположного знака (фиг.2б). Цепь перезаряда конденсатора 7: зажим х₁ обмотки a₁х₁, диод 12, резистор 13, переход эмиттер-база транзистора 2, конденсатор 7, зажим a₁ обмотки a₁х₁; цепь перезаряда конденсатора 8: зажим х₂ обмотки а₂Х₂, переход база-эмиттер транзистора 3, резистор 18, диод 19, конденсатор 8, зажим а₂ обмотки а₃х₃. Ток перезаряда конденсаторов на этом интервале поддерживает открытое состояние транзисторов 2 и 3 и закрытое состояние транзисторов 1 и 4, так как эмиттеры этих транзисторов будут иметь отрицательный потенциал, относительно базы, обусловленный напряжением на резисторах 13 и 18 (фиг.2е).

По мере перезаряда конденсаторов 7 и 8 на интервале запирающее напряжение на переходе база-эмиттер каждого из транзисторов 1 и 4 уменьшается, и в момент t=T транзисторы 1 и 4 открываются током базы, протекающим через резистор 10 от источника питания 5, который в дальнейшем поддерживается током перезаряда конденсаторов 7 и 8.

В дальнейшем все процессы повторяются. Диаграмма выходного напряжения на нагрузке 9 в процессе работы преобразователя показана на фиг.2а.

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

Таким образом, наличие двух цепочек, каждая из которых состоит из вторичной обмотки трансформатора и конденсатора, включенных между базами соответствующих пар транзисторов, обеспечивает их надежное отпирание и запирание, исключает возможность появления, вследствие каких-либо причин, сквозных токов и коротких замыканий пар транзисторов 1-3 и 2-4. При этом обеспечивается автогенераторный режим на любом транзисторе, уменьшается число обмоток.

Моделирование преобразователя, а затем и эксперименты на макетном образце подтвердили его работоспособность в соответствии с диаграммами фиг.2а-е, а также показали возможность регулирования частоты в широких пределах путем одновременного изменения величины емкости конденсаторов 7 и 8.