(57) 1. Układ samowzbudnej przetwornicy transformatorowej (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B2 PL B2 H02M 3/315. fig.

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B2 (21) Numer zgłoszenia: (51) IntCl5: H02M 3/315 Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: (54)Układ samowzbudnej przetwornicy transformatorowej małej mocy (73) Uprawniony z patentu: (43) Zgłoszenie ogłoszono: Zakłady Elektroniczne "MICRONET" Sp. z o.o., Sopot, PL BUP 24/90 (72) Twórca wynalazku: (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: Szymon Słotwiński, Gdynia, PL WUP 05/93 PL B2 (57) 1. Układ samowzbudnej przetwornicy transformatorowej małej mocy, zawierający separacyjny transformator mający więcej j ak jedno uzwojenie pierwotne, współpracujący z dwoma tranzystorami oraz diodą zaporową, zawierający rezystory, kondensatory oraz źródło zasilania, znamienny tym, ze biegun ujemny źródła zasilania (Uz) je s t dołączony do wejścia (2) pierwszego uzwojenia pierwotnego transformatora separacyjnego (TR1), mającego wyjście (1) doprowadzone do wejścia drugiego układu regulacji prądu (U1), do emitera tranzystora drugiego (T2) oraz poprzez rezystor trzeci (R3) do bazy tego tranzystora drugiego (T2) i do emitera tranzystora pierwszego (T1), którego baza dołączona je st do kolektora tranzystora drugiego (T2), do wyjścia układu regulacji prądu (U1) oraz poprzez rezystor pierwszy (R 1) i kondensator pierwszy (C1) z równolegle do niego dołączoną diodą pierwszą (D1) do wejścia pierwszego układu regulacji prądu (U1) i do wyjścia (3) drugiego uzwojenia pierwotnego transformatora separacyjnego (TR1), przy czym katoda diody pierwszej (D1) dołączona j est do rezystora pierwszego (R1), a wejście (4) drugiego uzwojenia pierwotnego transformatora separacyjnego (TR1) połączone j est z wyjściem (1) pierwszego uzwojenia pierwotnego tego transformatora, natomiast biegun dodatni źródła zasilania (Uz) dołączony je st do kolektora tranzystora pierwszego (T1) i do j ego bazy poprzez rezystor drugi (R2) fig.1

2 UKŁAD SAMOWZBUDNEJ PRZETWORNICY TRANSFORMATOROWEJ MAŁEJ MOCY Z a s t r z e ż e n i a p a t e n t o w e 1. Układ samowzbudnej przetwornicy transformatorowej małej mocy, zawierający separacyjny transformator mający więcej jak j edno uzwojenie pierwotne, współpracujący z dwoma tranzystorami oraz diodą zaporową, zawierający rezystory, kondensatory oraz źródło zasilania, z n a m i e n n y tym, że biegun ujemny źródła zasilania /Uz/ jest dołączony do wejścia /2/ pierwszego uzwojenia pierwotnego transformatora separacyjnego /T R 1/, mającego wyjście / 1/ doprowadzone do wejścia drugiego układu regulacji prądu / U 1/, do emitera tranzystora drugiego /T2/ ora z poprzez rezystor trzeci /R3/ do bazy tego tranzystora drugiego /T2/ i do emitera tranzystora pierwszego / T 1/, którego baza dołączona jest do kolektora tranzystora drugiego /T2/, do wyjścia układu regulacji prądu / U 1/ oraz poprzez rezystor pierwszy / R 1/ i kondensator pierwszy / C 1/ z równolegle do niego dołączoną diodą pierwszą / D 1/ do wejścia pierwszego układu regulacji prądu / U 1/ i do wyjścia /3/ drugiego uzwojenia pierwotnego transformatora separacyjnego / T R 1/, przy czym katoda diody pierwszej / D1/ dołączona jest do rezystora pierwszego / R 1/, a wejście /4/ drugiego uzwojenia pierwotnego transformatora separacyjnego / T R 1/ połączone j est z wyjściem / 1/ pierwszego uzwojenia pierwotnego tego transformatora, natomiast biegun dodatni źródła zasilania /Uz/ dołączony jest do kolektora tranzystora pierwszego / T 1/ i do jego bazy poprzez rezystor drugi / R 2 /. 2. Układ samowzbudnej przetwornicy transformatorowej małej mocy, zawierający separacyjny transformator mający więcej jak jedno uzwojenie pierwotne, w s p ó ł pracujący z dwoma tranzystorami oraz z diodą zaporową, zawierający rezystory, kondensatory oraz źródło zasilania, z n a m i e n n y tym, że biegun ujemny źródła zasilania /Uz/ jest dołączony do wejścia /4/ drugiego uzwojenia pierwotnego transformatora separacyjnego / T R 1/, do emitera tranzystora drugiego /T2/ oraz poprzez rezystor trzeci /R3/ do bazy tego tranzystora drugiego /T2/ i do emitera tranzystora pierwszego / T 1/, którego baza dołączona jest do kolektora tranzystora drugiego /T2/, do wyjścia układu regulacji prądu / U 1/ oraz poprzez rezystor pierwszy / R 1/ i kondensator pierwszy / C 1/ z równolegle do niego dołączoną diodą pierwszą /D1/ do wejścia pierwszego układu regulacji prądu / U 1/ i do wyjścia /3/ uzwojenia pierwotnego drugiego transformatora separacyjnego /TR1/, przy czym katoda diody pierwszej / D1/ dołączona j est do rezystora pierwszego / R 1/, natomiast wejście / 2/ pierwszego uzwojenia pierwotnego transformatora separacyjnego / T R 1/ dołączone jest do kolektora tranzystora pierwszego / T 1/, jego wyjście / 1/ do bieguna dodatniego źródła zasilania /Uz/ i poprzez rezystor drugi /R2/ do punktu wspólnego, łączącego kolektor tranzystora drugiego /T2/ z bazą tranzystora pierwszego / T 1/, a nadto wejście / 4/ drugiego uzwojenia pierwotnego transformatora separacyjnego /TR1/ doprowadzone jest do wejścia drugiego układu regulacji prądu / U 1/. * * * Przedmiotem wynalazku jest u k ł ad samowzbudnej przetwornicy transformatorowej małej mocy. Wynalazek dotyczy budowy zasilaczy impulsowych samowzbudnych półprzewodnikowych małej mocy, przeznaczonych do zasilania stabilizowanym napięciem urządzeń telekomunikacyjnych, zwłaszcza urządzeń telefonii nośnej. Znane są i stosowane liczne rozwiązania tranzystorowych i tyrystorowych transformatorowych zasilaczy i falowników, stosowanych w telekomunikacji oraz w technice pomiarów i kontroli.

3 Znane jest między innymi rozwiązanie układu ograniczającego napięcie wyjściowe impulsowego sterownika napięcia stałego według polskiego opisu zgłoszeniowego P , w którym baza tranzystora dołączona j est do katody diody Zenera i do końcówki rezystora, który z drugiej strony dołączony jest do katody drugiej diody oraz do drugiej końcówki kondensatora. Anoda drugiej diody w tym rozwiązaniu połączona jest z początkiem uzwojenia dławika. Pozostałe końcówki kondensatora drugiego i trzeciego, rezystora oraz anoda diody Zenera są uziemione. Znane jest również rozwiązanie sposobu i układu separacji galwanicznej sygnałów sterujących, zwłaszcza do przetwarzania napięcia według polskiego opisu patentowego nr , w którym zastosowany jest separacyjny transformator, którego uzwojenie p ierwotne ma odczep dzielący je na dwie sekcje, połączony poprzez klucz z masą. W rozwiązaniu tym koniec uzwojenia połączony jest z anodą diody, której katoda połączona jest z masą układu poprzez klucz drugi. Inne jeszcze znane rozwiązanie przekształtnika napięcia stałego na napięcie przemienne według polskiego opisu patentowego nr , zawiera parę przeciwsobnych tranzystorów mocy, symetryczny transformator wyjściowy z trzema uzwojeniami pierwotnymi włączonymi w obwody kolektorów dwu odrębnych tranzystorów, oraz z uzwojeniem wtórnym transformatora włączonym do zacisków wyjściowych. Znane jest również zastosowanie diod zaporowych, używanych w układach elektronicznych zasilania, ilekroć zachodzi potrzeba zabezpieczenia toru przed przepływem prądu zwrotnego. Znane i opisane rozwiązania zasilaczy impulsowych, mimo ze dobrze spełniają swoje przeznaczenie, nie nadają się do zastosowania w szczególnych sytuacjach jako układy zasilania stabilizowanymi w wąskich granicach napięciami urządzeń małych mocy, zwłaszcza jak automatyczny rejestrator połączeń telefonicznych. Układ samowzbudnej przetwornicy transformatorowej małej mocy zawierający znany separacyjny transformator, mający więcej jak jedno uzwojenie pierwotne, współpracujący z dwoma znanymi tranzystorami oraz diodą zaporową, zawierający znane rezystory, kondensatory oraz źródło zasilania charakteryzuje się tym według wynalazku, ze biegun ujemny źródła zasilania jest dołączony do wejścia pierwszego uzwojenia pierwotnego transformatora separacyjnego, mającego wyjście doprowadzone do wejścia drugiego układu regulacji prądu, do emitera tranzystora drugiego oraz poprzez rezystor trzeci do bazy tego tranzystora drugiego i do emitera tranzystora pierwszego. Baza tranzystora pierwszego dołączona jest do kolektora tranzystora drugiego, do wyjścia układu regulacji prądu, oraz poprzez rezystor pierwszy i kondensator pierwszy z równolegle do niego dołączoną diodą pierwszą, do wejścia pierwszego wymienionego układu regulacji prądu i do wyjścia drugiego uzwojenia pierwotnego transformatora separacyjnego. Katoda wymienionej diody pierwszej dołączona jest do rezystora pierwszego, a wejście drugiego uzwojenia pierwotnego transformatora separacyjnego połączone jest z wyjściem pierwszego uzwojenia pierwotnego tego transformatora. Biegun dodatni źródła zasilania dołączony j est do kolektora tranzystora pierwszego i do rezystora drugiego, który łączy się z bazą tranzystora pierwszego. Inne charakterystyczne wykonanie układu samowzbudnej przetwornicy transformatorowej małej mocy ma według wynalazku biegun ujemny źródła zasilania dołączony do wejścia drugiego uzwojenia pierwotnego transformatora separacyjnego, do emitera tranzystora drugiego oraz poprzez rezystor trzeci do bazy tranzystora drugiego i do emitera tranzystora pierwszego. De go baza dołączona jest do kolektora tranzystora drugiego, do wyjście układu regulacji prądu oraz poprzez rezystor pierwszy i kondensator pierwszy z równolegle do niego dołączoną diodą pierwszą, do wejścia pierwszego wymienionego układu regulacji prądu i do wyjścia drugiego uzwojenia pierwotnego transformatora separacyjnego. Katoda diody pierwszej j est w tym wykonaniu dołączona do rezystora pierwszego. Wejście pierwszego uzwojenia pierwotnego transformatora separacyjnego dołączone jest do kolektora tranzystora pierwszego, a j ego wyjście do bieguna dodatniego źródła zasilania i poprzez rezystor drugi do punktu wspólnego, łączącego kolektor tranzystora drugiego z bazą tranzystora pierwszego. Wejście

4 drugiego uzwojenia pierwotnego transformatora separacyjnego doprowadzone jest do wejścia drugiego układu regulacji prądu. Układ samowzbudnej przetwornicy transformatorowej małej mocy według wynalazku dzięki zastosowaniu w nim układu regulacji prądu współpracującego z charakterystycznie połączonymi dwoma tranzystorami i dwoma uzwojeniami pierwotnymi znanego transformatora separacyjnego, pozwala na skuteczną galwaniczną separację napięcia zasilania od wyjścia zasilającego przetwornicy. Układ przetwornicy charakteryzuje się korzystną stabilizacją napięcia wyjściowego dla szerokich zmian napięcia zasilania i obciążenia wyjścia przetwornicy, jak również w praktycznych jej wykonaniach pozwala na bezproblemowe odprowadzanie ciepła z tranzystora mocy, w istotny sposób wpływając na trwałość eksploatacyjną układu, składającego się ze stosunkowo małej liczby elementów. Jak pokazano na rysunku /fig. 1/ układ samowzbudnej przetwornicy transformatorowej małej mocy na biegun ujemny źródła zasilania Uz o napięciu 50 V dołączony do wejścia 2 pierwszego uzwojenia pierwotnego transformatora separacyjnego T R 1, mającego wyjścia i doprowadzone do wejścia drugiego półprzewodnikowego układu regulacji prądu U 1, do emitera tranzystora drugiego T2 oraz poprzez rezystor trzeci R3 o rezystancji 0,68 ohm, do bazy tego tranzystora drugiego T 2 i do emitera tranzystora pierwszego T 1. Jego baza dołączona jest do kolektora tranzystora drugiego T2, do wyjście układu regulacji prądu U 1 oraz poprzez rezystor pierwszy R1 o rezystancji od 5 do 15 Kohm i kondensator pierwszy C 1 o pojemności 100 pf z równolegle do niego dołączoną diodą pierwszą 01, na przykład diodą BAYP 94 lub BAYP 95, do wejścia pierwszego układu regulacji prądu U 1 i do wejścia 3 drugiego uzwojenia pierwotnego transformatora separacyjnego T R 1. Katoda diody pierwszej D 1 dołączona jest do rezystora pierwszego R 1, a wyjście 4 drugiego uzwojenia pierwotnego transformatora separacyjnego TR1 połączone jest z wyjściem 1 pierwszego uzwojenia pierwotnego tego transformatora. Biegun dodatni źródła zasilania Uz dołączony jest do kolektora tranzystora pierwszego T 1 i do rezystora drugiego R2. Wtórne uzwojenia transformatora separacyjnego dołączone są do obciążenia poprzez typowy układ prostownika dwupołówkowego z diodami 02 i 03 /na przykład SY 345/ i z filtrem złożonym z dławika D ł i kondensatorów C2 i C3 o pojemnościach 470/ µf. Inne wykonanie układu samowzbudnej przetwornicy transformatorowej małej mocy /fig. 2/ ma biegun ujemny źródła zasilania Uz dołączony do wejścia 4 drugiego uzwojenia pierwotnego transformatora separacyjnego T R 1, do emitera tranzystora drugiego T2, oraz poprzez rezystor trzeci R3 do bazy tego tranzystora drugiego T2 i do emitera tranzystora pierwszego T 1. J ego baza dołączona jest do kolektora tranzystora drugiego T2, do wyjścia układu regulacji prądu U 1, oraz poprzez rezystor pierwszy R 1 i kondensator pierwszy C 1 z równolegle do niego dołączoną diodą pierwszą D 1, do wejścia pierwszego układu regulacji prądu U 1 i do wyjścia 3 uzwojenia pierwotnego drugiego transformatora separacyjnego T R 1. Katoda diody pierwszej D 1 dołączona jest do rezystora pierwszego R 1, natomiast wejście 2 pierwszego uzwojenia pierwotnego transformatora separacyjnego T R 1 dołączone jest do kolektora tranzystora pierwszego T 1, jego wyjście 1 do bieguna dodatniego źródła zasilania Uz i poprzez rezystor drugi R2 do punktu wspólnego łączącego kolektor tranzystora drugiego T2 z bazą tranzystora pierwszego T 1. Wejście 3 drugiego uzwojenia pierwotnego transformatora separacyjnego T R 1 doprowadzone jest do wejście drugiego układu regulacji prądu U 1. W przykładowych wykonaniach wynalazku jako tranzystora pierwszego T 1 użyto korzystnie tranzystora typu BU 407 z radiatorem, a jako tranzystora drugiego T2 użyto tranzystora typu BC 238 lub BC 148. Uzwojenie wtórne 5-7 transformatora separacyjnego T R 1 jest poprzez zaporowo u6tawione diody drugą D 2 i trzecią D 3, najlepiej diody typu SY 345 2L i dławik D ł 100 µ H dołączone do bieguna dodatniego napięcia wyjściowego Uw równego 5V. Środkowy odczep 6 tego uzwojenia 5-7 jest dołączony do bieguna ujemnego napięcia wyjściowego Uw i przyłączony do wejścia i wyjścia dławika D ł, poprzez układ równoległych separacyjnych kondensatorów drugiego C2 i trzeciego C3, mających najkorzystniej pojemności 220 u F.

5 W układzie według wynalazku w stanie ustalonym występuje okresowe załączanie i wyłączanie tranzystora mocy pierwszego T 1, dzięki istnieniu dodatniego sprzężenia zwrotnego utworzonego przez uzwojenie transformatora separacyjnego pierwsze 1-2 oraz kondensator pierwszy C 1 i diodę pierwszą D 1. Czasy załączania i wyłączania ustalone są parametrami transformatora separacyjnego T R 1 aktualnym obciążeniem jego wtórnych uzwojeń 5-6 i 6-7, oraz napięciem zasilania Uz układu. Zastosowany w układzie tranzystor drugi T2 wyłącza tranzystor mocy pierwszy po przekroczeniu określonego rezystora R3 prądu. Zastosowany układ regulacji prądu U 1 reguluje głębokość sprzężenia zwrotnego zależnie od opisanych zmian parametrów pracy układu, stabilizując amplitudę impulsów napięciowych na uzwojeniu pierwszym 1-2 transformatora separacyjnego TR1.

6 Fig. 1 Fig. 2 Zakład Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena zł