Транзисторний синхронний випрямляч з розширеними функціональними можливостями

Реферат: Транзисторний синхронний випрямляч з розширеними функціональними можливостями містить силовий трансформатор, який включає первинну обмотку, вторинну силову обмотку з середнім виводом та базову обмотку. Базова обмотка виконана по схемі з середнім виводом та своїми крайніми виводами сполучена з базами силових транзисторів. Середній вивід створює додатковий вихідний вивід для з'єднання з другим навантаженням. UA 70200 U (12) UA 70200 U UA 70200 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Запропонована корисна модель належить до галузі електротехніки і може бути використана при проектуванні джерел вторинного електроживлення, які мають підвищений ККД та розширені функціональні можливості. В одному з транзисторних синхронних випрямлячів [див. Е. И. Каретникова, А. В. Лукин, В. В. Макаров, С. М. Ненахов и др. Унифицированные интегрально-гибридные источники вторичного электропитания для серийного производства - В сборнике Электронная техника в автоматике. / Под ред. Ю. И. Конева. М.: Сов. Радио, 1983. - Вып. 14. - С. 14, рис. 1] для випрямлення змінної напруги застосовуються переходи база-колектор силових транзисторів. Основними недоліками даного випрямляча є складність схеми та невисокий ККД. Невисокий ККД пояснюється відносно підвищеною величиною падіння напруги на синхронному випрямлячі. Другий відомий транзисторний синхронний випрямляч [див. Основы проектирования микроэлектронной аппаратуры. / Б. Ф. Под ред. Высоцкого. - М.: Сов. Радио, -1977. - С. 180, рис. 1] виконаний на двох транзисторах та включає одну силову обмотку та дві базових обмоток. В другому синхронному випрямлячеві для випрямлення змінної напруги застосовуються переходи емітер-колектор силових транзисторів. При цьому переходи базаколектор колектор силових транзисторів за допомогою базових обмоток зміщуються в прямому напрямку, що суттєво зменшує падіння напруги на синхронному випрямлячеві та підвищує його ККД. Однак суттєвими недоліками даного випрямляча є надто мала вихідна потужність, а також вузька функціональна спроможність. Із відомих транзисторних синхронних випрямлячів більш близьким за технічною суттю та прийнятим за прототип [див. Функциональные устройства систем электропитания наземной РЭА. / Под ред. Костикова В. Г. - М.: Радио и свіязь, 1990. - С. 156, рис. 4.27] є транзисторний синхронний випрямляч з розширеними функціональними можливостями, що містить силовий трансформатор, який включає первинну обмотку, вторинну силову обмотку з середнім виводом та базову обмотку, причому початок та кінець вторинної силової обмотки через силові переходи першого та другого силових транзисторів сполучені з загальним вихідним виводом, її середній вивід сполучений з першим вихідним виводом для з'єднання з першим навантаженням. Даний транзисторний синхронний випрямляч, порівняно з приведеними вище аналогами, характеризується підвищеною вихідною потужністю, більш високим ККД та розширеною функціональною спроможністю. Приведені переваги пояснюються тим, що по-перше транзистори синхронного випрямляча можуть працювати при більш високих навантаженнях, подруге суттєво знижене падіння напруги на силових переходах транзисторів, що забезпечує більш високий ККД, а по-третє полярність вихідної напруги синхронного випрямляча при необхідності може бути заміненою на протилежну шляхом заміни полярності ввімкнення силових переходів транзисторів синхронного випрямляча. Однак суттєвими недоліками даного транзисторного синхронного випрямляча є вузька функціональна спроможність та недостатньо високий ККД. Ці недоліки пояснюються тим, що відомий транзисторний синхронний випрямляч з розширеними функціональними можливостями здатний забезпечувати формування тільки одного вихідного каналу і при цьому характеризується відповідною малою величиною ККД. В основу корисної моделі поставлена задача створення такого транзисторного синхронного випрямляча, який має додаткову функціональну спроможність за рахунок можливості одночасного формування двох вихідних каналів з випрямленими напругами однієї полярності або різних полярностей та характеризується більш високим ККД. Поставлена задача вирішується тим, що в транзисторному синхронному випрямлячеві з розширеними функціональними можливостями, що містить силовий трансформатор, який включає первинну обмотку, вторинну силову обмотку з середнім виводом та базову обмотку, причому початок та кінець вторинної силової обмотки через силові переходи першого та другого силових транзисторів сполучені з загальним вихідним виводом, її середній вивід сполучений з першим вихідним виводом для з'єднання з першим навантаженням, базова обмотка виконана по схемі з середнім виводом та своїми крайніми виводами сполучена з базами силових транзисторів, а її середній вивід створює додатковий вихідний вивід для з'єднання з другим навантаженням. Базові обмотки забезпечують роботу силових транзисторів в режимі насичення з малим падінням напруги на переходах емітер-колектор та одночасно на додатковому вихідному виводі формують додаткову випрямлену напругу. Проведений аналіз науково-технічної та патентної літератури не виявив аналогічних технічних рішень. На кресленні показана електрична схема запропонованого транзисторного синхронного випрямляча з розширеними функціональними можливостями. 1 UA 70200 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Запропонований транзисторний синхронний випрямляч з розширеними функціональними можливостями містить силовий трансформатор, що складається з первинної обмотки 2, а також силової вторинної обмотки 3 та керуючої базової вторинної обмотки 4 з середніми виводами, перший 5 та другий 6 силові транзистори, загальний 7, перший 8 та другий 9 вихідні виводи, а також споживачі 10, 11 (показано умовно). Початковий та кінцевий виводи силової вторинної обмотки 3 через силові переходи першого 5 та другого 6 силових транзисторів сполучені з загальним 7 вихідним виводом, її середній вивід з'єднаний з першим 8 вихідним виводом. Початковий та кінцевий виводи керуючої базової вторинної обмотки 4 сполучені, відповідно, з базами другого 6 та першого 5 силових транзисторів, середній вивід з'єднаний з другим 9 вихідним виводом. Споживачі 10, 11 ввімкнуті поміж загальним 7 вихідним виводом та, відповідно, першим 8 вихідним та другим 9 вихідним виводами. Запропонований транзисторний синхронний випрямляч з розширеними функціональними можливостями працює наступним чином. В кожний півперіод працюють перший 5 та другий 6 силові транзистори. Коли відкритий один з транзисторів 5, 6 під впливом частини напруги базової вторинної обмотки 4 його перехід база-колектор зміщується в прямому напрямку, що забезпечує режим глибокого насичення транзисторів 5, 6. Падіння напруги на силових переходах емітер - колектор транзисторів 5, 6 досягає мінімальної величини. Суть запропонованого технічного рішення полягає в наступному. В період роботи першого силового транзистора 5 його база-колекторний перехід зміщується в прямому напрямку за допомогою струму Ібаз, що протікає по ланцюгу: середній вивід керуючої базової вторинної обмотки 4, другий 9 вихідний вивід, споживач 11, перехід колектор - база першого силового транзистора 5, кінцевий вивід керуючої базової вторинної обмотки 4. В період роботи другого силового транзистора 6 його база - колекторний перехід зміщується в прямому напрямку за допомогою струму Ібаз, що протікає по ланцюгу: середній вивід керуючої базової вторинної обмотки 4, другий 9 вихідний вивід, споживачі 1, перехід колектор - база другого силового транзистора 6, початковий вивід керуючої базової вторинної обмотки 4. Величина струму Ібаз, що протікає по вказаних ланцюгах, визначається величиною напруги половини базової вторинної обмотки 4. При відповідній визначеній величині напруги половини базової вторинної обмотки 4 даний струм Ібаз одночасно зі зміщенням в прямому напрямку переходів колектор - база першого 5 та другого 6 силових транзисторів формує і відповідне падіння напруги на умовно показаному споживачеві 11. В результаті на другому 9 вихідному виводі формується друга випрямлена вихідна напруга, полярність якої протилежна полярності випрямленої вихідної напрузі, що формується на першому 8 вихідному виводі. При цьому переходи колектор - база першого 5 та другого 6 силових транзисторів виконують функцію випрямних елементів для формування другої вихідної напруги. Величина напруги на другому 9 вихідному виводі визначається величиною напруги базової вторинної обмотки 4 та може мати різну величину. Оскільки переходи колектор - база першого 5 та другого 6 силових транзисторів в робочому режимі зміщені в прямому напрямку, напруга на них Uк-б має протилежну полярність в порівнянні з напругою на переходах база - емітер Uб-е, в результаті падіння напруги на їх силових переходах емітер - колектор Uе-к значно зменшується, що пояснюється формулою: Uек  Uбе  Uк б . Приведена формула показує також, що величина напруги Uк-б і, як наслідок, падіння напруги на їх силових переходах емітер - колектор Uе-к залежить від величини струму, що протікає по ланцюгу другої випрямленої вихідної напруги. Зі збільшенням величини струму другої випрямленої вихідної напруги збільшується величина напруги Uк-б, зменшується падіння напруги на їх силових переходах емітер - колектор Uе-к, і додатково підвищується ККД транзисторного синхронного випрямляча з розширеними функціональними можливостями. Таким чином керуюча базова вторинна обмотка 4 силового трансформатора 1 в запропонованому транзисторному синхронному випрямлячі з розширеними функціональними можливостями не тільки забезпечує мале падіння напруги на переходах емітер - колектор Uе-к першого 5 та другого 6 силових транзисторів, а і одночасно формує додаткову вихідну напругу, що суттєво розширює функціональну спроможність синхронного випрямляча та підвищує його загальний ККД. Підвищення загального ККД синхронного випрямляча пояснюється тим, що при збереженні малої потужності втрат першого 5 та другого 6 силових транзисторів за рахунок збереження малого падіння напруги одночасно збільшується його вихідна потужність на величину потужності додаткового вихідного каналу. Змінивши полярність з'єднання керуючої базової вторинної обмотки 4 з базами першого 5 та другого 6 силових транзисторів можна змінити полярність напруги додаткового вихідного 2 UA 70200 U 5 10 каналу, тобто можна одержати однакову полярність напруг на першому 8 та другому 9 вихідних виводах, що дозволяє забезпечити більш широку функціональну спроможність синхронного випрямляча. Експериментальні дослідження підтвердили працездатність та позитивні якості запропонованого транзисторного синхронного випрямляча з розширеними функціональними можливостями. В порівнянні з прототипом за допомогою двох випрямних елементів (першого 5 та другого 6 силових транзисторів) одержано дві однополярні або дві різнополярні вихідні напруги, на 10 % підвищений ККД синхронного випрямляча. В запропонованому транзисторному синхронному випрямлячеві з вихідними каналами 3В, 10А та 15В, 1А отриманий ККД – 92 %. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 20 Транзисторний синхронний випрямляч з розширеними функціональними можливостями, що містить силовий трансформатор, який включає первинну обмотку, вторинну силову обмотку з середнім виводом та базову обмотку, причому початок та кінець вторинної силової обмотки через силові переходи першого та другого силових транзисторів сполучені з загальним вихідним виводом, її середній вивід сполучений з першим вихідним виводом для з'єднання з першим навантаженням, який відрізняється тим, що базова обмотка виконана по схемі з середнім виводом та своїми крайніми виводами сполучена з базами силових транзисторів, а її середній вивід створює додатковий вихідний вивід для з'єднання з другим навантаженням. Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3