Преобразователь постоянного напряжения

Преобразователь постоянного напряжения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий инвертор напряжения, выполненный по мостовой схеме на силовых транзисторах, зашунтированных обратными диодами, блок управления которого содержит последовательно соединенные задающий генератор, фазорасщепитель и основной усилительно-развязывающий узел, каждый из четырех выходов которого через соответствукщий узел задержки подключен к входу соответствующего силового транзистора, отличаюц и и с я тем, что, с целью повышения надежности за счет увеличения нагрузочной способности путем уменьшения динамических потерь, возникающих в моменты включения силовых транзисторов , в инвертор введены четыре транзисторно-тиристорных ключа, каждый из которых вклю:чен согласно парая.- Лельно соответствующему силовому транзистору и выполнен в виде последовательно соединенных коммутирующего транзистора, параллельно силовой цепи которого включен резистор, и. тиристора, а блок управления снабжен двумя дополнительными увилительно-развязывагацими узлами, выходы первого из которых связ:аны.с цепями управления коммутирующих транзисторов , а выход второго - с цепями управления тиристоров, и кроме того, распределителем импульсов, вход которого подключен к выходу задающего генератора, а два выхода подсоецине ны соответственно к входам элементов совпадения, один из входов первого из которых подключен к выходу задающего генератс а, а один из вхсшов второго элемента совпадения подключен к выходу первого элемента совпадения , четырехканальным дешифратором , первые два входа которого подключены к -выходам фазорасшепителя, а вторые - соответственно к выходам первогои второго элет«ентов совпадения , причем выходы и второго каналов даиифратора связаны с BXi первого дополнительного усилительноразвязывающего узла, а выходы третьего и четвертого каналов - с входами второго дополнительного усилительно-раз в язывакхцего узла. 2,Преобразователь по п. 1, отСП личающийся тем, что распределитель импульсов выполнен в , оо виде К-отводной линии задержки, вход которой образует вход распределителя импульсов, а первый и последний выводы К-отводной линии эгшержки обOD разуют соответственно первый и второй выходы распределителя импульсов. 3.Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что узел задержки выпЬлнен в виде согласованной линии задержки, вход которой образует вход узла задержки, на выходе которой установлен согласующий каскад, нагруженный на ключевой элемент, выполненный в виде тран- : зистора, включенного по схеме с общим коллектором, причем выход ключевого элемента образует выход узла задержки.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЬКИХ

РЕСПУБЛИК

c =

« с

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ASTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ г

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАЮ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ! (21) 34684 31/24-07 (22) 14.07. 82 ,(46) 30.11 83. Бюл. 944 (72) В.И.Сенько, В.М.Скобченко, В.A.Ñâÿòíåíêo и Н.П.Макаренко (71) Киевский ордена Ленина политехнический институт им.50-летия Великой Октябрьской социалистической революции (53) 621. 314. 58 (088. 8) (56) 1. Ромаш 3 М. Источники вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры. М., Радио и связь, 1981, с. 140-147.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 744885, кл. Н 03 К 17/60, 1980.

3. Моин В,С., Лаптев Н.Й. Стабилизированные транзисторные преобразо-.. ватели. М., .Энергия . 1972, с.130. рис. 5-10 а, (54) (57) 1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий инвертор напряжения, выполненный по мостовой схеме на силовых транзисторах, зашунтированных обратными диодами, блок управления которого содержит последовательно соединенные задающий генератор, фаэорасщепитель и основной усилительно-раэвязывающий узел, каждый иэ четырех выходов которого через соответствукщий узел задержки подключен к входу соответствукщего силового транзистора, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения надежности за счет увеличения нагрузочной способности путем уменьшения динамических потерь, возникающих в моменты включения силовых транзисторов, в инвертор введены четыре транзисторно-тиристорных ключа, каждый иэ которых включен согласно парал лельно соответствующему силовому транзистору и выполнен в виде последовательно соединенных коммутирующего транзистора, параллельно силовой цепи которого включен резистор, и тиристора, а блок управления снаб„.Я0,. щ.щя8„A

1(5п Н 02 М 7/537у Н 02 Р 13/18 жен двумя дополнительными уяилительно-развяэывакщими узлами, выходы первого из которых связаны с цепями управления коммутирующих транзисторов, а выход второго — с цепями управления тиристоров, и кроме того, распределителем импульсов, вход которого подключен к выходу задающего генератора, а два выхода подсоедине ны соответственно к входам элементов совпадения, один иэ входов первого из которых подключен к выходу задаю" щего генератора, а один иэ входов второго элемента совпадения подключен к выходу первого элемента совпадения, четырехканальным дешифратором, первые два входа которого подключены к выходам фазорасщепителя, а вторые — соответственно к выходам первого и второго элементов совпад ния, причем выходы первого и второ каналов дешифратора связаны с вход первого дополнительного усилителиo- Q раэвяэывающего узла, а выходы третьего и четвертого каналов - с входами второго дополнительного усилительно-развязывакщего узла.

2. Преобразователь по п. 1, о тл и ч а ю шийся тем, что распределитель импульсов выполнен в виде К-отводной линии задержки, вход которой образует вход распределителя. импульсов, а первый и последний выводы К-отводной линии задержки образуют соответственно первый и второй выходы распределителя импульсов.

3. Преобразователь по п. 1, о тл и ч а ю шийсятем, что узел задержки выпблнен в виде согласованной линии задержки. вход которой образует. вход узла задержки, на выходе которой установлен согласующий каскад, нагруженный на ключевой элемент, выполненный в виде транзистора, включенного по схеме с общим коллектором, причем выход ключевого элемента образует выход узла задержки.

1058018

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в качестве преобразователя с высокой нагрузочной способностью, в частности, при построении и точников вторичного электропитания в качестве преобразователя постоянного напряжения в высокочастотное переменное с последующим выпрям- лением высокочастотного переменного напряжения, а также в качестве ин- 10 верторной ячейки при построении преобразователей частоты с квазисинусоидальным выходным напряжением.

Известен инвертор напряжения, выполненный по мостовой-схеме на сило- 15 вых транзисторах с обратными диодами, включенными параллельно силовым транзисторам $1) .

Недостатком данного инвертора на-,. пряжения являются значительные динамические потери, вызванные протеканием сквозных токов в силовых транзисторах инверторов, что обуславливает низкие энергетические характе ристики и низкую надежность функционирования указанного инвертора напряжения.

Известен инвертор напряжения, выполненный на силовых транзисторных ключах, каждый из которых содержит базовый диод, ограничивающий резис:тор, диод обратного смещения, диод нелинейной обратной связи, а также управляемый дроссель насыщения j2) .

Недостатками известного инвертора, напряжения являются низкая технологичность изготовления, обусловленная, наличием в его составе йестандартных моточных элементов — управляемых дросселей насыщения, а также значительные динамические потери в моменты40 включения силовых транзисторов.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является преобразователь постоянного напряжения„содержащий инвертар, выполненный 45 по мостовой схеме на силовых транзисторах, зашунтированных обратными диорами, при этом блок управления инвертора содержит последовательно соединенные задающий генератор, фазорасщепитель и основной усилительно-раэвязывающий узел, а также четыре узла задержки, каждый из которых включен между одним из выходов основного усилительно-развязывающего узла и цепью управления соответствующего силового транзистора (3) .

Однако известное устройство характеризуется значительными динамическими потерями в моменты включения силовых транзисторов. Это объясняется тем, что в момент включения силового транзистора к нему прикладывается полное напряжение питания и ток нагрузки, протЕкающий через этот транзистор, вызывает выделение на нем 65 значительной мгновенной мощности. Описанное явление особенно проявляется на высокой частое преобразователя при работе инвертора напряжения на выпрямитель со сглаживающим фильтром.

При этом повышенные динамические IIo-I терн в ключах вызваны возникновением режимов кратковременного короткого замыкания для инвертора в моменты времени коммутации тока вентилей выпрямителя. При этом силовые транзисторы переходят из режима насыщения в активный режим работы и на них выделяется значительная мгновенная мочность, Это снижает нагрузочную способность инвертора напряжения, а следовательно, и его надежность при повышенных токах нагрузки и при работе на выпрямитель со сглаживающим фильтром.

Цель изобретения - повышение надежности за счет увеличения нагрузочной способности инвертора напряжения путем уменьшения динамических потерь, возникающих в моменты включения силовых транзисторов.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь постоянного напряжения,, содержащий инвертор напряжения, выполненный по мостовой схеме на силовых транзисторах, зашунтированных обратными диодами, блок управления которого содержит последовательно соединенные задающий генератор, фазорасщепитель и основной усилительно-раэвязывающий узел, каждый из четырех выходов которого через соответствующий узел задержки подключен к входу соответствующего силового транзистора, в инвертор введены четыре транзисторно-тиристорных ключа, каждый из которых включен согласно параллельно соответствующему силовому транзистору и выполнен в виде последовательно соединенных коммутирующего транзистора, параллельно силовой цепи которого включены резистор, и тиристора, а блок управления снабжен двумя дополнительными усилительно-развязывающими узлами, выходы первого из которых связаны с цепями управления коммутиру|ащих транзисторов, а выходы второгос цепями управления тиристоров, и кроме того, распределителем импульсов, вход которого подключен к выходу задающего генератора, а два выхода подсоединены соответственно к входам элементов совпадения, один из входов первого из которых подключен к .выходу. задающего генератора, а один из входов второго элемента совпадения подключен к .выходу первого элемента совпадения, четырехканальным дешифратором, первые два входа ко" торого подключены к выходам фазорасщепителя, а вторые - соответственно к выводам первого и второго элемен-. тов совпадения, причем выходы перво1058018

4 го и второго каналов деыифратора, связаны с входами первого дополнительного усилительно-развязывакщего узла, а выходы третьего и четвертого каналов — с входами второго дополнительногоо усилитель-развязывающего узла.

При этом распределитель импульсов выполнен в виде К-отводной линии задержки, вход которой образует вход распределителя импульсов, а первый и последйий выводы K-отводной линии задержки образуют соответственно первый и второй выходы распределителя импульсов.

Узел задержки выполнен в виде согласованной линии задержки, вход которой образует вход узла задержки, на выходе которой установлен согласующий каскад, нагруженный на ключевой элемент„выполненный в виде транзистора, включенного по схеме с общим коллектором, причем выход ключевого элемента образует выход узла задержки.

Яа фиг. 1 представлена структурная схема преобразователя постоянного- напряжения; на фиг. 2 — принципиальная схема силовой части устрой" ствау на фиг. 3 — примеры выполнения схем фаэорасщепителя, распределителя импульсов, схем совпадения и дешифратора) на фиг.. 4 — пример выполнения узла задержкиу на фиг. 5 временные диаграммы, пояснякщие принцип работц данного преобразователя..

Преобразователь напряжения содержит инвертор 1 и блок 2 его управления. Инвертор 1 напряжения (фиг. 2) выполнен по.мостовой схеме на силовых транзисторах 3.1 - 3.4 с обратными диодами 4 ° l — 4.4, включенными параллельно силовым транзисторам

3..1 - 3.4. Кроме того, параллельно каждому силовому транзистору 3.1

3.4 включены в прямом направлении по отношению к источнику питания инвертора транзисторно-тиристорные ключи 5.1 - 5.4, выполненные в виде последовательно соединенных коммутирующих транзисторов 6.1 - 6.4, параллельно которым установлены резисторы

7.1 - 7.4 и тиристоры 8.1 — 8.4.

10 фазорасщепитель 10 может быть

40 выполнен на одном триггере, работающем в счетном режиме.

Элементы 16 и 17 совпадения могут быть построены по идентичным схемамна трех логических элементах И-НЕ

Четырехканальный дешифратор 22 может быть построен на четырех логических элементах И-НЕ.

Узлы 12;1 за;,ержки (см. фиг. 4) выполнены по идентичным схемам. Каждый узел 12.1 задержки содержит линию 31 задержки,согласованную резис- ° тором 32,вход которой образует вход узла задержки. Выход линии 31 задержки подключен к согласующему каскаду, выполненному на транзисторе 33 и нагруженному через резистор 34 на ключевой элемент. 35, выполненный в виде транзистора, который включен между последовательно соединенными ограничивающим резистором 36, базовым диодом 37 и базой силового транзистора 3.1. Между коллектором силового транзистора 3.1 и анодом базового диода 37 включен диод 38 нелинейной обратной связи, а весь узел задержБлок 2 управления (фиг ° 1) иивертора напряжения содержит последовательно соединенные задающий гене:ратор 9, фазорасщепитель 10 и основiной усилительно-развязывающий узел

11, а также четыре узла 12.1 — 12.4 задержки, каждый из которых включен между одним из выходов основного усилительно-развязывающего узла ll и цепью управления соответствующего силового транзистора 3.1 - 3.4. Помимо того, блок 2 управления содержит два дополнительных усилительноразвязывающих узла 13 и 14, первый г из которых 13 выходами связан с цепями управления коммутирующих транзисторов 6.1 - 6.4, а второй 14 - с цепями управления тиристоров 8.1

8.4, распределитель 15 импульсов, имеющий два выхода, входом подключенный к выходу эадакщего генератора

9, два двухвходовых элемента 16 и

17 совпадения, первый из которых

16 одним входом 18 подключен к выходу задающего генератора 9, а вторым входом 19 - к второму выходу распределителя 15 импульсов, причем второй элемент 17 совпадения первым входом 20 подключен к выходу первого элемента совпадения 16, а вторым входом 21 - к первому выходу распределителя 15. импульсов, четырехканальный дешифратор 22, имеющий четыре входа,- первые два иэ которых 23 и 24

20 подключены к выходам фазорасщепителя

10, а вторые 25 и 26 — к выходам элементов 16 и 17 совпадения соответ-. ственно. Выходы 27 и 28 первого и второго каналов дешифратора 22 свя25 эаны с входами sToporo дополнительного усилительно-развязывакщего узла

14, а выходы 29 и ЗО третьего и четвертого канала дещифратора 22 — с входами первого дополнительного усилительно-развязывающего узла 13 °

Распределитель 15 импульсов (фнг. 3) выполнен в виде К-отводной линии задержки, вход которой .образует вход распределителя импульсов, а первый и последний выводы K-отводЗ5 ной линии задержки образуют соответственно первый и второй выходы рас. пределителя импульсов.

1058018

39 обратного

25 транзистора 3.1. Через время, достаточное для полного открывания силового транзистора 3.1 транзисторнотиристорный ключ 5.1 закрывается путем запирания коммутирующего транзистора 6.1 и снятия импульса управления с тиристора 8.1.

Блок управления инвертора напряже-З5 ния обеспечивает формирование на выходе трех последовательностей импульcoB:последовательности управляющих импульсов, поступающих в цепь управле40

50

55 ления основным усилительно-развязыва-60

21 и 19 элементов 17 и 16 совпадения. 5 ки эашунтирован диодом смещения.

Усилительно-развяэывающие узлы

11,13 и 14 построены по идентичной мостовой схеме инвертора напряжения с трансформаторным выходом, В данном устройстве обеспечивается такой алгоритм работы силовых ключей, при котором в первую очередь включается коммутирующий транзистор 6.1.

Через, время, достаточное для эапирания силового транзистора 3.1, работавшего в стойке инвертора ранее, включается тиристор 8.1. При этом транзисторно-тиристорный ключ 5.1 открывается и принимает на себя весь ток нагрузки. Следует отметить z что коммутирующий транзистор 6 ° 1 начинает пропускать ток нагрузки будучи насыщенным, и все динамические потери оказываются локализованными в тиристоре 8.1. Резистор 7 .1 ограничивает скорость нарастания напряжения на тиристоре 8.1. Через время, достаточное для спада напряжения на открытом транзисторно-тиристорном ключе 5.1 до нуля, включается силовой транзистор 3.1, что обеспечивает облегченный режим включенйя силового ния коммутирующИм транзистором; последовательности управляющих импуль сов поступающих на управляющий электрод тиристора; последовательности управляющих импульсов, поступающих в цепь. управления силовым транзистором.

Рассмотрим принцип действия предлагаемого преобразователя используя временные диаграммы, приведенные на фиг. 5.

Эадающий генератор 9 блока 2 управ ления инвертора напряжения формирует на выходе импульсное напряжение 40, которое поступает на входы фазорасщепителя 10 и распределителя 15 импульсов, а также на вход 18 элемента

16 совпадения. На выходах фазорасщепителя 10 при этом вырабатываются импульсные напряжения 41 и 42 управющим узлом 11 и дешифратором 22, а на выходах распределителя 15 импульсов — импульсные напряжения 43 и 44, поступающие соответственно на входы

При этом на выходе элемента 17 сов- падения формируется импульсное напряжение 45, а на выходе элеМента 16 совпадения — импульсное напряжение

46. При совпадении импульсного напряжения 45 с импульсным напряжением 41 на выходе 29 дешифратора 22 формируется импульсное напряжение 47, а при совпадении импульсного напряжения 45 с импульсным напряжением 42 на выходе

30 дешифратора 22 формируется импульсное напряжение 48. Импульсные напряжения 47 и 48 далее поступают на входы дополнительного усилительно-развязывающего узла 13, с выходных обмоток трансформатора которого снимаются последовательности управляющих импульсов

49, поступающие в цепь управления коммутирующими транзисторами 6.1 — 6.4.:

При совпадении импульсного напряжения

46 с импульсным напряжением 41 на выходе 27 дешифратора 22 формируется импульсное напряжение 50, а IIpH совпадении импульсного напряжения 46 с импульсным напряжением 42 на выходе 28 дешифратора 22 формируется импульсное напряжение 51. Импульсные напряжения 50 и 51 далее поступают на входы дополнительного усилительно-развязывающего узла 14, с выходных обмоток трансформатора которого снимаются последовательности управляющих импульсов 52, поступающих на управляющие электроды тиристоров.8.1 — 8..4 °

С выходных обмоток трансформатора основного усилительно-развязнвающего узла 11 последовательности импульсов

53 поступают на узлы 12.1 — 12.4 задержки. С приходом импульса управления через время, определяемое временем задержки управляющего сигнала

53 линией 31 задержки, открываются согласующий транзистор 33 и ключевой элемент 35. При этом в базовой цепи силового транзистора 3.1 начинает протекать .базовый ток 54, Силовой транзистор 3.1 начинает отпираться и через время, величина которого определяется частотными свойствами транзистора, переходит в состояние насыщения, степень которого ограничена за счет отрицательной обратной связи по току, осуществляемой через диод нелинейной обратной связи 38.

При появлении запирающего напряжения на входе узла 12.1 задержки силовой транзистор 3.1 начинает переходить в запертое состояние. 3а счет наличия активного запирания силового транзистора 3.1 через диод обратного смещения .39, а также за счет незначительной степени насыщения силового транзистора 3.1 его коллекторный ток

55 начинает уменьшаться в тот,, же момент времени. Вследствие этого время выключения силовго транзистора 3.1 уменьшается по сравнению с сильнона 10S8018 сыщенным режимом работы, в котором моменту начала снижения коллекторного тока предшествует интервал рассасывания неосновных носителей в базе.

K моменту включения силового транзистора падение напряжения 56 на нем оказывается равным суммарному падеIнию напряжения на открытых коммутирующем транзисторе и тиристоре. Этим значительно уменьшена мгновенная мощность, выделяющаяся на силовом тран- l0 эисторе при его включении, и следовательно, значительно облегчен режим его работы.

Тиристор, входящий в состав транзисторно-тиристорного ключа, обладаю-35 щий большей, чем силовой транзйстор перегрузочной способностью, принимает на себя ток нагрузки при приложенном

l к нему полном напряжении питания, так как коммутирующий транзистор начинает пропускать ток будучи насыщенным. При этом время работы транзисторно-тиристорного ключа по отношению к длительности работы силового транзистора незначительно. При включении силового транзистора ток транзисторно-тирнсторного ключа переходит в коллекторную цепь силового транзистора, причем ве,личина его при этом определяется лишь величиной тока нагрузки.

Таким образом, в предлагаемом преобразователе значительно повышается нагруэочная способность инвертора эа счет снижения динамических потерь, возникающих в моменты включения силовых транзисторов.

1058018

1058018

Фие. 4

ВНИИПИ Заказ 9591/55 Тираж 687 Подписное

Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðîä, ул. Проектная,4