Конвертор

Конвертор

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советскки

Соцкалкстицеснии

Республик

ОП ИКАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Н 02 М 3/335

Государствеиный иомитет

СССР иа делан изааратвиий и открытий

Опубликовано 15.08.79. Бюллетень № 30 (53) УДК

621314.57 (088.8) Дата опубликования описания 15.08.79 (72) Автор . изобретения

В. П. Иванов (7l) Заявитель (54) КОНВЕРТОР

Изобретение относится к области электротех- ники и может быть применено, s частности, во вторичных источниках питаши.

Известны конверторы с симметрированием режима работы усилителя мощности f11, 12).

Недостатком этих конверторов является существенное увеличение их массогабаритньи показателей при защите их от короткого замыкания (КЗ).

Наиболее близким по технической сущности к предложенному изобретению является конвертор, содержащий задающий генератор, выход которого соединен с базами транзисторов двухтактного усилителя мощности, последовательно с эмиттерно- коллекторными переходами транзисторов включены датчики тока, к которым подсоединены входы пороговых компараторов, а выходы последних подсоединены к управляющим входам задающего генератора и к входам элемента ИЛИ, выход которого через узел защиты от

К 3 подсоединен к другому входу задающего генератора (31.

Недостатками такого конвертора являются раздельность цепей симметрирования режима работы усилителя мощности и то, что в нем узел защиты от К 3 работает на фиксированной достаточно высокой частоте, определяемой частотой задающего генератора. Последнее в режиме

К 3 приводит к периодической токовой перегрузке силовых транзисторов, повторяющейся с частотой работы задающего генератора.

Цель изобретения — повышение надежности конвертора.

Эта цель достигается тем, что в конверторе, содержащем задающий генератор, выход которого соединен с базами транзисторов двухтактного усилителя мощности, датчики тока, включенные последовательно с эмиттерно-коллекторными переходами транзисторов, к которым подсоединены входы пороговых компараторов, подсоединенные своими выходами к первым двум управляющим входам задающего генератора и ко входам элемента ИЛИ, причем выход последнего через узел зашиты от К 3 подсоединен к третьему входу задающего генератора, узел защиты от К 3 выполнен в виде последовательно соединенных фильтра верхних частот и ждущего релаксационного генератора.

680118

На фиг. 1 дана схема конвертора; на фиг.2— временная диаграмма работы конвертора в нормальном режиме; на фиг. 3 — временная диаграмма, работы конвертора в режиме К 3 нагрузки.

Конвертор (фиг. 1) содержит силовые транзисторы 1 и 2 и выходной трансформатор 3.

На выходе конвертора включен индуктивноемкостный фильтр, состоящий иэ дросселя 4 и конденсатора 5. Импеданс 6 обозначает нагрузку на выходе конвертора. Коммутирующий диод 7 исключает возможность разрывов тока в цепи дросселя 4 и устраняет возможность появления коммутационных всплесков напряжения в коллекторных цепях силовых транзисторов 1 и 2. Выходной трансформатор

3 имеет две коллекторные обмотки 8 и 9.

Диоды 10 и 11 служат вентилями выпря1 мителя. Управление силовыми транзисторами

1 и 2 осуществляет задающий генератор 12.

Коллекторные обмотки 8 и 9 выходного трансформатора 3 подключены к шине источника питания Е через датчики тока 13 и 14 соответственно, которыми могут служить низкоомные резисторы, трансформаторы тока и т.п. На фиг. 1 датчики тока 13 и 14 изображены в виде резисторов. Выход каждого датчика тока подключен к одному из входов соответ ствующего компаратора 15 и 16, на другой вход компараторов 15, 16 подано постоянное опорное напряжение. Источником опорного напряжения в схеме на фиг. 1 служит резистивный делитель напряжения на резисторах 17 и 18, включенный между шинами источника питания

E. Средняя точка делителя соединена с вторыми входами компараторов 15 и 16. Выходы компараторов соединены с соответствующими управляющими входами задающего генератора 12„а также с входами логического элемента ИЛИ 19.

Выход элемента 19 через фильтр верхних частот 20 соединен с входом ждущего релаксационного генератора 21, а выход последнего подключен. к запрещающему входу задающего генератора 12.

Работа схемы на фиг. 1 поясняется временной диаграммой HB фиг. 2. Задающий генератор

12 вырабатывает несимметричное управляюшее напряжение (или управляющее напряжение с нулевой ступенью), что исключает одновременное нахождение силовых транзисторов 1 и 2 во включенном состоянии и устраняет возможность появления бросков тока . коллекторных цепях транзисторов в момент их переключеш1я.

Задаюший генератор 12 работает в режиме внеш ней синхронизации сигналами, поступающими на его управляющие входы с выходов компараторов 15 и 16. Силовые транзисторы 1 и 2 включаются попеременно в моменты времени, соответствующие уже выключенному состоянию тран

4 эистора другого плеча. Так, например, транзистор 1 включается в то время, когда полностью выключен транзистор 2. Длительность to задержки подачи включающего сигнала на вход сило5 вого транзистора по отношению к моменту подачи выклгочаюшего сигнала на смежный транзистор (или нулевой ступени) в управляющем напряжении должна превышать наибольшее время выключения силовых транзисторов 1 и 2.

1о При включении силового транзистора в его коллекторной цепи протекает импульс тока, величина которого определяется двумя составляющими: током нагрузки и током намагничивания сердечника выходного трансформатора If@. В установившемся режиме работы преобразователя ток нагрузки является величиной примерно постоянной; ток намагничивания в каждом полуцикле работы конвертора нарастает в процессе перемагничивания сердечника трансформа2о тора Соответственно происходит рост тока в коллекторной цепи открытого силового транзистора (1 или 2). Когда величина коллекторного тока достигает некоторого порогового значения

iä, определяемого величиной опорного напря25 жения на входах компараторов, величина напряжения на выходе соответствующего датчика тока (13 или 14) становится достаточной для срабатывания соответствующего компаратора (15 или 16), и выходной сигнал компаратора при30 нудительно опрокидывает задающий генератор.

При этом открывающий сигнал на входе данного силового транзистора отключается, включается закрывающий сигнал и с задержкой tp, достаточной для полного выключения транзистора, формируется сигнал, включающий силовой транзистор смежного плеча конвертора.

Все процессы в другом плече конвертора протекают аналогично и завершаются принудительным выключением силового транзистора по вы4о ходному сигналу компаратора, свидетельствующему о превышении коллекторным током этого транзистора величины 1п. Затем цикл работы конвертора повторяется.

Поскольку составляюшая коллекторного то45 ка, определяемая током нагрузки,. постоянна, а выключение силовых транзисторов происходит при 1к = 1п, где к — коллекторный ток данного транзистора, причем коллекторные токи б транзисторов 1 и 2 перемагничивают сердечник трансформатора в противоположном направлении, ток намагничивания сердечника ip. в каждом цикле работы дважды изменяет свой знак, а абсолютные значения максимальной величины

pi . как для +p, так и для — 1 (. примерно одинаковы. Таким образом, сердечник трайсформатора в этом случае перемагничивается током

i, практически не имеющим постоянной составляющей, что исключает возможность пгдмагничивания серде шика постоянной составляюшей

680118 тока намагничивания и уменьшает коллекторный ток силовых транзисторов.

В те промежутки времени, когда оба силовых транзистора закрыты, ток намагничивания выходного трансформатора переключается в одну из выходных обмоток и замыкается через соответствующий вентиль выпрямителя (!0 или

11), фильтр и нагрузку. Использование резистивного делителя напряжений (17 и 18) в качестве источника опорного напряжения компараторов позволяет осуществлять режимную компенсацию схемы, поскольку изменение тока нагрузки конвертора, пропорциональное уходу величины питающего напряжения Е, в этом случае компенсируется соотв етствующим уходо м величины опорного напряжения, и переключение транзисторов производится независимо от величины Е примерно при одном и том же значении намагничиваюшего тока ipse.

Включение индуктивного фильтра на выходе конвертора обеспечивает плавное нарастание тока нагрузки при включении питания, что устраняет возможность появления емкостных бросков тока в коллекторных цепях силовых транзисторов 1 и 2 и вызванного этим резкого уве 25 личения частоты переключения управляющего напряжения на выходе задающего генератора 12 и приводит к увеличению мощности, рассеива-. емой на силовых транзисторах, и к неустойчивой работе задающего генератора. 30

Конвертор, содержащий задающий генератор, выход которого соединен с базами транзисторов двухтактного усилителя мощности, датчики тока, включенные последовательно с эмиттерноколлекторными переходами транзисторов, к которым подк ючены входы пороговых компараторов, подсоединенные своими выходами к первым двум управляющим входам задающего генератора и ко входам элемента ИЛИ, причем выход последнего через узел зашиты от короткого замыкания подсоединен к третьему входу за. дающего генератора, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, узел защиты от короткого замыкания выполнен в виРабота конвертора в режиме К 3 нагрузки поясняется временной диаграммой на фиг. 3.

Ф

При К 3 выхода ток дросселя 4/1 íà÷èнает возрастать во время включенного состояния силовых транзисторов. Процесс нарастания тока !Ь происходит достаточно медленно, если индуктивность дросселя 4 выбрана достаточно большой и дроссель работает и линейном режиме. В соответствии с ростом тока ь до который примерно равен току нагоузки, растет составляющая тока нагрузки в коллектор- ном токе силовых транзисторов, гто приводит к увеличению частоты их переключения. Это связано с тем, что коллекторный ток каждого трап- 4 зистора нарастает до порогового значения !и за все меньшее время. Частота следования импульсов на выходе элемента ИЛИ 19 при этом также нарастает, и, когда она достигает частоты среза фильтра верхних частот (ФВЧ) 20, очередной импульс пропускается на выход ФВЧ и запускает >кдугций релаксационный,генератор 21. При этом на выходе ждущего генератора 21 формируется импульс длительностью „ /7w)P F,>

1o — период следования управляющего сигнала на выходе задающего генератора 12. Этот импульс блокирует задающий генератор 12, и управляю нее напряжение отключается с силовых транзисторов, так что они остаются закрытыми все время, пока не закончится блокирующий импульс. При этом ток дросселя медленно йф. спадает по линейному закону, так как дроссель

4 разряжается через диод 7. Если длительность импульса t выбрана достаточно большой, то за время tн ток i! спадает до величины номинального тока нагрузки или становится меньше этой величины, и после окончания блокирующего импульса процессы в схеме повторяются до момента устранения К 3 нагрузки. После устранения К 3 конвертор автоматически переходит в режим нормальной работы. Поскольку во всех режил ах работы конвертора коллекторный ток любого силового транзистора никогда не превышаеf величины 1„, а частота переключений силовых транзисторов ограничена сверху частотой среза ФВЧ 20, то режим работы силовых транзисторов всегда может быть обеспечен в пределах рабочего дпапаэона коллекторного тока и рассеиваел1ой мощности для заданного типа силовых транзисторов. Кроме того, выбором величины номинальной длительности блокирующего импульса tH можно обеспечить не только безопасный режим работы силовых транзисторов

1 и 2, выпрямительных диодов 10 и 11, дросселя 4 и коммутирующего диода 7, но и значительно облегченные режимы работы указанных weментов при К 3 в нагрузке. Для этого необходимо лишь обеспечить достаточно большую длительность блокирующего импульса.

Поскольку в общем случае ждущий генератор

21 должен нормально работать при скважности выходного сигнала. близкой к единице, в качестве элемента 19 целесообразно использовать ждущий релаксащюнный генератор с повторным запуском (с нулевым временем восстановления) .

Фильтр верхних частот 20 может быть выполнен по любой известной схеме, однако более целесообразно использовать специальные фильтры импульсных сигналов.

Формула изобретения де последовательно соединенных фильтра верхних частот и ждущего релексационного генера,тора . Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

68011Â

1. Сб. "Электронная техника в автоматике", Р 6, М., "; радио", с. 50 — 55.

2. Авторское свидетельство СССР hP 408438, кл. Н 02 М 7/537, 1971.

3. Патент США hP 3873903, кл. 321 — 2, 1975.