Регулируемый преобразователь постоянного напряжения

Регулируемый преобразователь постоянного напряжения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

РЕГУЛИРУЕМЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий последовательно соединенные транзистор и сглаживающий фильтр, вход которого зашунтирован обратным основным диодом, причем вывод свободного электрода транзистора соединен с одним из входных выводов, а фильтр включен параллельно выходным выводам, один из которых является общим с другим входным выводом, тиристор, включенный в прямом направлении относительно источника питания, а также систему управления , выходами подключенную к цепям управления транзистора и тиристора , отличающийся тем, i что, с целью повышения надежности путем принудительного выключения тиристора при перегрузке по току в аварийных режимах, введены конденсатор, дополнительный диод и резистор,причем конденсатор и тиристор, дополнительный диод и резистор образуют соответственно две последовательные цепи, лервая из которых включена параллельно транзистору, а вторая образует 00 встречно-параллельное соединение с со тиристором. 00

СОО3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК ь

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬГПФ

1 jl

<" l 1Щ; Ц:»g н с

» C ъя» - ф.;:.:-, =

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3567613/24-07 (22) 28.03.83 (46) 30.04.84. Бюл. N - 16 (72) В.И.Сенько, В.M.Ñêoá÷åíêî, Н.П.Макаренко и К.К.Победаш (71) Киевский ордена Ленина политехнический институт им.50-летия Великой

Октябрьской социалистической революции (53) 621 . 314. 1 (088. 8) (56) 1. Мелешин В.И. и др. Особенности проектирования стабилизированных преобразователей напряжения на высоковольтных транзисторах. ЭТВА. Под ред. Ю.И.Конева. М., "Радио и связь", 1981, вып .12, с.30-31.

2. Ромаш Э.M. Источники вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры. M. "Радио и связь", 1981, с. 127, рис.7-10, с.307, рис.7-20.

3. Авторское свидетельство СССР

Ф 675554, кл. H 02 M 3/ 155, 1979.

4. Авторское свидетельство СССР

М 932582, кл. Н 02 M 3/135, 1982.

„„Я0„„1089730 А

3(5ц Н 02 M 3 145 (54) (57) РЕГУЛИРУЕМЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий последовательно соединенные транзистор и сглаживающий фильтр, вход которого зашунтирован обратным основным диодом, причем вывод свободного электрода транзистора соединен с одним из входных выводов, а фильтр включен параллельно выходным выводам, один о из которых является общим с другим входным выводом, тиристор, включенный в прямом направлении относительно источника питания, а также систему управления, выходами подключенную к цепям управления транзистора и тирис. тора, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности путем принудительного выключения тиристора при перегрузке по току в аварийных режимах, введены конденсатор, ( дополнительный диод и резистор,причем конденсатор и тиристор, дополнительный диод и резистор образуют соот ветственно две последовательные цепи,,первая из которых включена параллельно транзистору, а вторая образует

QG встречно-параллельное соединение с тиристором.

1 1089

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть иснользовако в различного рода системах электроснабжения для преобразова— ния напряжения первичного источника электроснабжения в постоянное регулируемое (либо стабилизированное) напряжение требуемого уровня, Известны регулируемые преобразователи постоянного напряжения, содержащие регулирующий транзистор, сглаживающий фильтр, обратный диод, а также блок управления (1 ), (2 ) и 1 3 1, В регулируемых преобразователях постоянного напряжения (1 ) >> (23 для снижения динамических потерь, возникающих при включении регулирующего транзистора, последовательно с ним включен вспомогательный дроссель, шунтированный диодом и гасящим резистором.

Недостатком известных регуляторов является пониженный К?Щ за счет допол. нительного падения напряжения на вспомогательном дросселе и потерь мощности в гасящем резисторе.

В регулируемом преобразователе постоянного напряжения (3 1 вспомогательный дроссель, шунтированный диодом и гасящим резистором, включен

ЗО в цепь обратного диода.

Недостатком указанной схемы является также пониженный КПД за счет дополнительных потерь мощности в гасящем резисторе.

В регулируемом преобразователе по- З стоянного напряжения (2 3 для уменьшения коммутационных токов в силовой схеме последовательно с регулирующим транзистором используется включение двухобмоточного дросселя, одна из об- 40 моток которого через диод подключена к источнику входного напряжения.

Недостатком известных регуляторов постоянного напряжения является возникновение перенапряжений на вспомогательном дросселе и элементах схемь> в переходных режимах, что приводит к увеличению рассеиваемых мощностей на элементах гасящей цепи, на регулирующем транзисторе, в цепи обратного диода, к тепловому перегреву схемы и, как следствие, к снижению надежнос-. ти функционирования регуляторов.

Кроме того, динамические потери, возникающие при включении регулирующс55 го транзистора и вызванные током короткого замыкания через проводящий в это же время обратный диод, устраиены не полностью, а лишь незкачитель— ко уменьшены. В этом случае ток корь>ткого замыкания ограничен величинами индуктивного и активного сопротивлений вспомогательного дросселя, которые выбираются с учетом энергетики схемы и не могут быть достаточно большими.

Наиболее близким к предлагаемому является рсгулируемый преобразователь постоянкогс напряжения, содержащий последовательно соединенные транзистор и сглаживающий фильтр, вход которого зашунтирован обратным диодом, причем вывод свободного электрода транзистора соединен с одним из входных выводов., а фильтр включен параллельно выхоцным выводам, один из кото— рых является общим с другим вхоцным выводом, например, включенный в пряю мам направлении относительно ксточника питания, а также систему управления, выходами подключенную к цепям

1 управления транзистора и тиристора (41.

Недостатком указанного регулируемого преобразователя постоянного напряжения является пониженная надежность функционирования из-за невозможности запирания тиристора при пере I рузках IIQ току в аварийньгл режимах.

При перегрузках по току и аварийного снятия отпирающих импульсов с регулирующего транзистора тиристор остается открытым,так как в первом случае энергия, накопленная в дополнительной обмотке д1зосселя, не позволяет уменьшиться

e:-о току и соответственно току тирид тора ниже тока удержания и последний останется открытым, а во Втором случае тиристор также будет открытым, так как не откроется регулирующий

-.,"ýàH3èñòор, что приведет либо к повы. шению напряжения на нагрузке до напряжения источника питания, либо к выходу из строя тиристора,.

Цель изобретения — повышение наце>кности функционирования регулируем >ra преобразователя постоянного напряжения путе> > принудительного выклю— чателя тиристора при перегрузках по тэку в аварийных режимах.

Поставленкая цель достигается тем, чго в регулируемый преобразователь пэстоянного напряжения, содержащий пэследовательно соединенные регулирующий транзистор и сглаживающий фильтр, вход которого зашунтирован обратным основным диодом, причем вывод свобод3 1089 ного электрода транзистора соединен с одним иэ входных выводов, а фильтр включен параллельно выходным выводам, один иэ которых является общим с другим входным выводом, тиристор, включенный в прямом направлении относи тельно источника питания, а также сис тему управления, выходами подключенную к цепям управления транзистора и тиристора, введены конденсатор, допол.1О нительный диод и резистор, причем кон. денсатор и тиристор, дополнительный .диод и резистор образуют соответственно две последовательные цепи, первая из которых включена параллельно транзистору, а вторая образует встречно-параллельное соединение с тиристором.

На фиг. 1 показана структурная схема регулируемого преобразователя постоянного напряжения; на фиг.220 временные диаграммы, поясняющие принцип работы преобразователя, на фиг.3 — один из возможных вариантов выполнения структурной схемы системы

25 управления с конкретной реализацией ее отдельных узлов.

Регулируемый преобразователь постоянного напряжения (фиг. 1) содержит последовательно соединенные регулиру30 ющий транзистор 1 и сглаживающий фильтр 2, вход которого зашунтирован, обратным диодом 3, а выходы 4 и 5 образуют выход регулируемого преобразователя постоянного напряжения.

Параллельно регулирующему транзистору З-

1 установлены последовательно соединенные между собой тиристор 6 и конденсатор 7, причем тиристор включен с в прямом направлении относительно ,входного напряжения. Встречно-параллельно тиристору 6 подключены последовательно соединенные между собой диод 8 и резистор 9. Регулируемый преобразователь постоянного напряжения содержит также систему 1.0 управления, выходами подключенную к цепям управления регулирующего транзистора

1 и тиристора 6.

Преобразователь работает следующим образом. 50

При работе в режиме непрерывного тока дросселя фильтра 2 обеспечивается такая очередность работы силовых ключей, при которой вначале открывается тиристор 6 на время, достаточное для восстановления запирающих свойств

1 обратного диода 3, принимая в сваю анодную цепь ток нагрузки и ток корот730 4 кого замыкания обратного диода 3, выключающегося на этом этапе. При этом током тиристора 6 заряжается конденсатор 7. Величина конденсатора

7 выбирается из условия его заряда до напряжения 2...5 В на интервале коммутации обратного диода 3 и определяется величиной тока нагрузки и временем восстановления запирающих свойств обратного диода З.После выключения обратного диода 3 включается регулирующий транзистор 1 и принимает на себя ток нагрузки и разрядный ток конденсатора 7. При этом ток разряда конденсатора 7 протекает вначале через регулирующий транзистор 1 и тиристор 6, обеспечивая его форсированное запирание, а после восстановления тиристором 6 запирающих свойств в обратном направлении — через регулирующий транзистор, 1, диод 8 и резистор 9, который ограничивает величину тока разряда.

Процесс включения регулирующего транзистора 1 происходит в облегченном режиме благодаря малому напряжения на нем в момент включения, которое равно сумме напряжений на открытом тиристоре 6 и конденсаторе 7.

В аварийных режимах (короткое замыкание в нагрузке, выход из строя обратного диода 3, случайное снятие импульсов управления на регулирующем транзисторе 1, когда регулирующий транзистор 1 не обеспечивает выключения тиристора 6) происходит заряд конденсатора 7 до напряжения источника питания и тиристор выключается. После устранения аварийной ситуации и повторном включении регулируемого преобразователя постоянного «апряжения конденсатор 7 разряжается

4ерез диод 8, регулирующий транзистор 1 и ограничивающий резистор 9, 1 обеспечивая нормальное функционирование преобразователя.

Система 10 управления регулируемо» го преобразователя постоянного напряжения (фиг.2) обеспечивает формирование на выходе двух последовательнось тей управляющих импульсов: последовательности управляющих импульсов 11 неизменной длительности, поступающих в цепь управления тиристором 6; паса ледовательности управляющих импульсов

12 с изменяемой скважностью, поступающих в цепь управления регулирующего транзистора 1.

1О897ОО

В момент р открывается тиристор

6 и принимает в свою цепь импульс 13 тока, представляющий собой сумму тока нагрузки и тока короткого замыкания обратного диода 3, При этом током тиристора 6 заряжается конденсатор (диаграмма 14). В момент включается регулирующий транзистор 1, при. нимая на себя ток нагрузки и разрядФ ный ток конденсатора (диаграмма 1Я, 1О а тиристор 6 выключается за счет ответвления его анодного тока через регулирующий транзистор 1 (t„ на диаг рамме 13) и протекания через него в обратном направлении разрядного тока 15 конденсаторе 7 (интервал tg -, на диаграмме 13), способствующего ускоренному запиранию тиристора 6. После уменьшения обратного тока тиристора 6 до нуля конденсатор 7 продолжает раз- 20 ряжаться через диод 8, резистор 9 и регулирующий транзистор 1 .(диаграмма

16) °

На фиг.3 представлен возможный схемотехнический вариант выполнения 25 системы 10 управления, реализующий вышеприведенный алгоритм функционирования предлагаемого преобразователя.

Она состоит из задающего генератора

17, широтно-импульсного модулятора

i8, схемы 19 совпадения и двух усилителей 20 и 21 мощности. Широтноимпульсный модулятор 18 содержит последовательно соединенные генератор

22 пилообразного напряжения и схему

3S

23 сравнения. Схема 19 совпадения выполнена в виде последовательно соединенных элементов 2И-НЕ 24 и 25.

Один из входов элемента 24 через инвертор на элементе И-HE 26 соединен с выходом задающего генератора 17, а второй вход соединен с выходом широтно-импульсного модулятора 18. Схемотехническая реализация задающих генераторов, усилителей мощности, ге нераторов пилообразного напряжения и схем сравнения широко известна из литературы, поэтому подробно останавливаться на них не будем.

Задающий генератор 17 формирует последовательность импульсов 11 (фиг.2), которые через усилитель 21 поступают на управляющий электрод тиристора 6. Последовательность импульсов 1 I поступают также на вход генератора пилообразного напряжения

22 широтно-импульсного модулятора

18, на выходе которого вырабатывается линейно изменяющееся напряжение

27, В результате сравнения этого напряжения с управляющим напряжением

28„, которое (в режиме стабилизации) является результатом измерения выходного напряжения йреобразователя относительно эталонного напряжения, на вьгсоде схемы 23 сравнения формируется игп ульсное напряжение 29, скважность которого зависит от величины управляющего напряжения 28. Импульсное напряжение 29 поступает на один вход схемы 19 совпадения, на второй вход которой подается последовательность импульсов 11. На выходе схемы 19 совпадения формируется последователь" ность импульсов 12, которая через усилитель 20 поступает в управляющую цепь регулирующего транзистора 1.

Использование предлагаемого преобразователя по сравненню с прототипом позволяет повысить надежность функщ онирования преобразователя благодаря принудительному выключению тиристора в аварийных режимах, уменьшить время выключения тиристора более чем в 2 раза,расширить диапазон регулирования, ° а также увеличить частотный диапазон преобразования напряжения.

Фиг.1

Фиг.2

1089730

Составитель Л.Устинкина

Редактор N.Òêà÷ Техред Т.Фанта

Корректор Ю.Макаренко

Заказ 2950/53 Тираж 667 Подписное

ВНИИПИ Государственногс комитета СССР по делам изобретений и сткрытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб, ц.4/5

Филиал ППП "Патент", г.Ужгороп, ул.Проектная, 4