Стабилизированный транзисторный конвертор
Иллюстрации
Реферат
оп и3 н""
ИЗОБРЕТЕНИЯ
Союз Советских
Социалистических
Республик ггг736289 (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 260477 (21) 2480022/24-07 (51)M
Н 02 М 3/22
G 05 F 1/56 с присоединением заявки й9 (23) Приоритет
Государственный комитет
СССР но деааи изобретений и открыти й
Опубликовано 250580 Бголлетень Мо 19
Дата опубликования описания 2605.80 (53) УДК 6 21 . 316 . ,722.1(088.8) (72) Автор изобретения
А.С. Баскин
Научно-исследовательский институт управляющих вычислительных маши н (71) Заявитель (54) СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ ТРАНЗИСТОРНЫЙ КОНВЕРТОР
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в цепях питания различной радиотехнической аппаратуры, Известный стабилизированный транзисторный конвертор содержит силовой трансформатор, выпрямитель, регулирующий транзистор, включеннъ.й поспедовательно с выходным дросселем фильтра, устройство защиты от перегрузок по току, включающее в себя интегрирующий элемент на транзисторе и отключающий орг" í на тиристоре, к управляющему электроду которого подключен диэъюнктор, один из входов которого соединен с выходом интегрирующего элемента, причем устройство защиты снабжено датчиком амплитуды пульсаций на трансформаторе, первичная обмотка которого включена во входную силовую цепь регулирующего транзистора, а вторичная — ко входу дополнительного выпрямителя, выход которого через резистор подключен ко второму входу дизьюнктора (11 Ä
Наиболее близким техническим решением является устройство, содержащее ключевой усилитель мощности на транзисторах с управляющими тран сформаторами, подключенный по входу к входным кл еммам, а выходомк первичной обмотке выходного трансформатора, вторичная обмотка которого через выпрямитель и сглаживающии фильтр подсоединена к выходным клеммам, соединенным также с первым входом широтно-импульсного модулятора, подсоединенного вторым входом с выходом задающего генератора,другой выход которого соединен со счетным входом триггера, источник опорного напряжения, соединенный с третьим входом широтно-импульсного
15 модулятора, формирователь управляющих импульсов, первым входом соединенный с выходом широтно-импульсно=а модулятора, выходом соединенный с входами двух узлов совпадения, к
2О другим входам которых подключены выходы триггера, а два выхода соединены с базами транзисторов, в коллекторные цепи которых включены обмотки управляющих трансформаторов, другие обмотки которых соединены с базами транзисторов ключевого усилителя мощности, датчик тока перегрузки, включающий в себя трансформатор тока, первичная обмотка котоЗО рого соединена одним концом после736289
"онательно с первичной обмоткой выходного трансформатора, а другим концом — с выходом ключевого усилителя мощности, а вторичная обмотка через выпрямитель подсоединена к резистору, уэсл защиты, один вход которого подсоединен к резистору датчика тока перегрузки, другой вход — к источнику опорного напряжения, а выход — к второму входу формирователя управляющих импульсов (2).
Недостатки известных устройств низкое быстродействие защиты от перегрузок по току и невозможность повышения быстродействия без снижения помех устойчивости.
При этом для повышения помехоустойчивости узла защиты между управляющим электродом и катодом тиристора устанавливается конденсатор, что еще более ухудшает быстродействие защиты °
1(ель изобретения — повышение бы стродей ст ни я 3 ащи ты силовых транзисторов ключевого усилителя мощности конвертора от перегрузок по току без ухудшения помехоустойчивости .
Бель достигается тем, что в транэ ксторный конвертор дополнительно введены и нключены между выходом датчика тока перегрузки и формирователем управляющих импульсов пос— ледовательно соединенные диод,стабилитрон и резистор °
На чертеже приведена принципиальная электрическая схема транзисторного конвертора.
Конвертор состоит иэ транзисторного усилителя 1 мощности, выходного трансформатора 2, выпрямителя 3, rлаживающего фильтра 4, задающего генератора 5 широтно-кмпульснсго модулятора 6, источника 7 опорного напряжения, триггера 8, формкрсвателя 9 управляющих импульсов, датчика 10 тока перегрузки, узла 11 защиты, дополнительно введенных диода
12, стабилитрона 13, резистора 14.
Задающий генератор 5, выполненный на зквивалекте однопереходкого транзистора (транзисторы 15, 16), генерирует короткие треугольные импульсы, управляющие по счетному входу триггером 8, работающем н режиме делителя частоты и пилообразное напряжение, через эмиттерный повторитель на транзисторе 17 поступающее в выходной сравнивающий делитель щиротно-импульсного модулятора 6 (IIIHM) в качестве которого используется дифференциальный каскад на транзисторах 18, 19, На базу транзистора 18 подается сумма части выходного и пилообразного напряжений. На ба.-у транзистора 19 .поступает опорное напряжение от источника 7. В результате сравнения
5 (О
6О
65 этих напряжений с выхода ШИН трапецеидальные импульсы поступают на вход формирователя 9 управляющих импульсов, состоящего из формироват еля 20 управляющих импульсов на транзисторах 21, 22, двух узлов сов— падения на икверторах с открытым коллектором 23, 24 и упранляюы х транзисторов 25, 26. На одни входы иннерторон 23, 24 поступают сдвинутые друг относительно друга ка 180 последовательности импульсов с выходом триггера 8, на другие входы подается сигнал с коллектора ныходкого транзистора 22 формирователя
20 управляющих импульсон. С ныходон инверторон 23, 24 на базы выходных транзисторов 25, 26 поступают сдни— нутые íà 180О последовательности широтно-модулированных импульcoв.
В коллекторных цепях транзисторов
25, 26 включены обмотки 27,. 28 управления трансформаторов 29, 30 тока, Другие обмотки этих трансформаторов нключекы соответственно н эмиттерную и базовую цепи силовых транзксторон 31, 32 ключевогo усили— теля 1 мощност .. В результате эти транзисторы включаются один раз н полпериода со скважностью, обеспечивающей стабилизацию выходного -:àпряжения конвертора прк изменениях входного напряжения и тока нагрузки, Датчик 10 тока перегрузки состоит из трансформатора 33 тока выпрямителя 34 и резистора 35. Первичная обмотка трансформатора тока 33 включена последонательно с первичной обмоткой выходного трансформатора
2, Напряжение вторичной обмотки трансформатора 33 ныпрямляется выпрямителем 34 и поступает на резистор 35, напряжение на котором пропорционально импульсному току силовых транзисторон 31, 32. Напряжение с выхода датчика 10 тока пере— грузки поступает на вход узла 11 защиты, в качестве которого исполь— зуется триггер, выполненный на базе операционного усилителя (Оу 36.
Другой вход ОУ подключен к источнику 7 опорного напряжения, В нормальном режиме работы напряжение на резисторе 35 меньше опорного напряже— ния. На выходе ОУ имеется низкий уровень напряжения, диод 37 и стабклктрон 38 заперты, т„е. узел 11 защиты не сказывает влияния на ра— боту конвертора.
В аварийной ситуации,. если ток через транзисторы 31, 32 усилителя
1 мощности нарастает относительно медленно (например, при коротком замыкании на выходе индуктинко-емкостного фильтра конвертора), когда увеличивающееся напряжение на резисторе 35 превышает опорное напряжение, диод 37 открывается, на вход (+) ОУ начинает поступать ток
736289
15
45
60 с выхода ОУ. Этот ток не прекращается даже после уменьжния напряжения на резисторе 35 до нуля, т е. триггер на ОУ устанавливается в устойчивое состояние, Стабилитрон 38 начинает проводить ток, который через последовательный резистор поступает в базу транзистора 22 формирователя 20 управляющих импульсов.
Транзистор 22 открывается, на входы.инверторов 23, 24 поступает нулевой уровень, выходные транзисторы инверторов запираются, в базу запертого в текущем голупериоде транзистора 25 или 26 через резисторы 39 или 40 поступает ток. Транзистор 25 (26) отпирается и тон, поступающий в обмотку управления 27 (28) трансформатора 29 (30), блокирует поступление тока в базу силового транзистора 31 (32). При этом нарастание коллекторного тока силового транзистора может быть только за счет накопленных небсновных носителей в базе и по велйчине незначительно. Таким образом, происходит блокировка силовых транзисторов усилителя 1 мощности путем воздействия на формирователь управляющих импульсов сигнала с выхода узла зашиты дискретного действия. Узел зашиты может быть выполнен на базе тиристора, туннельного диода и др. но характер его воздействия на формирователь управляющих импульсов аналогичен.
Задержка срабатывания Оу составляет 1-2 мкс. 3а счет Р С-фильтра на входе ОУ, обеспечивающего помехозащищенностьь узла 11 защиты, задержка срабатывания последнего составл яет
5-10 мкс. Примерно такая же или большая задержка получается при использовании в узле защиты других дискретных элементов: туннельного диода, тиристора и др, Как указывалось выше, в течение такого времении з адержки срабатывания узла з ащиты ток через силовые транзисторы усилителя мощности может достигнуть недопустимой величины, обуславливая выход транзисторов иэ строя, Дополнительно введенная цепь последовательно соединенные диод
12, ст абилитрон 13, рези стор 14 включенная между выходом датчика 10 тока перегрузки и базой транзистора 22 формирователя 9 управляющих импульсов, позволяет обеспечить быстродействующую защиту транзисторовв 31, 32 усилителя мощности 1 от токовых перегрузок без у худшени я помехоустойчивости узла 11 защиты дискретного действия, Параметры цепи — диод 12, стаби литрон 13, резистор 14 — выбираются таким образом, что воздействие через эту цепь непосредственно на формирователь 9 управляющих импульсов начинается при напряжении на резисторе 35 несколько превышающем порог срабатывания узла 11 э ащиты.
Это напряжение в основном определяется напряжением стабилизации стабилитрона 13. Резистор 14 ограничивает базовый ток транзистора 22.
Поскольку выпускаемые отечественной промышленностью стабклитроны являются низкочастотными приборами, они имеют довольно большую собственную емкость. Включение последовательно со стабилитроном импулъсного диода 12 с незначительной собственной емкостью резко снижает суммарную емкость последовательно включенных элементов 12, 13. При отсутствии в цепи диода импульсное напряжение на резисторе 23 дифференцируется емкостью стабилитрона 13 и поступает на базу транзистора ?2, если даже амплитуда напряжения импульсов на резисторе 35 меньше напряжения стабилизации стабилитронà 13. При этом нарушается нормальный режим работы конвертора. При включении последовательно со стабилитроном 13 диода
12 воздействие напряжения с выхода датчика тока перегрузки 10 на транзистор 22 по цепи 12-13-14 практически отсутствует, В случае быстрого аварийного нарастания тока, включенного в данном полупериоде транзистора 31 (32) усилителя мощности 1, например при пробое одного иэ вентилей выпрямителя 3, напряжение на реэисторе 35 практически мгновенно достигает такого уровня, что по цепи 1213-14 в базу транзистора 22 поступает ток, транзистор 22 открывается и происходит описанный выше процесс блокировки управляющих импульсов транзисторов 31, 32, Начинается рассасывание неосновных носителей, во время которого возможно некоторое нарастание коллекторного тока силового тран:истора за счет накопленных в базе неосновных носителей.
Далее начинается резкий спад коллекторного тока.
Если время рассасывания неосновных носителей транзисторов 31, 32 больше времени задержки срабатывания узла 11 дискретной защиты, то по истечении времени задержки узел
11 зашиты устанавливается в устойчивое состояние и через стабилитрон
38 продолжительно воздействует на транзистор 22 узла формирования управляющих импульсов 9. Для введения конвертора в рабочий режим необходимо его выключение и повторное включение.
Если время рассасывания неосновных носителей транзисторов 31, 32 меньше времени задержки срабатывания узла 11 защиты, то по истечении времени .рассасывания начинает73б 269 ся спад импульса тока силового транзистора 31 32, прекращается воздействие на транзистор 22 по цепи 12—
13-14, вновь появляются управляющие импульсы, транзистор 31 (32) снова включается и ток перегрузки создает на резисторе 35 напряжение, достаточное для повторной блокировки формирователя 9 управляющих импульсов по цепи 12-13-14. Таких циклов может быть несколько до тех пор, пока по истечении времени эадер>хки срабатывает узел 11 защиты и блокировка си-налов формирователя 9 управляющих импульсов становится продолжительной.
Таким образом, осуществляется быстродействующая защита силовых транзисторон конвертора беэ ухудшения помехоустойчивости узла защиты от перегрузок, Формула иэобретени я
Стабилизированный транзисторный конвертор, содержащий ключевой усилитель мощности на транзисторах с управляющими трансформаторами, подключенный по входу к входным клеммам, а выходом — к первичной обмотке выходного трансформатора, вторичная обмотка которого через выпрямитель и сглаживающий фильтр подсоединена к выходным клеммам,. соединенным также с перным входом широтно-импульсного модулятора,.подсоединенного вторым входом с выходом задающего генератора, другой выход которого соединен со счетным входом триггера, источник опорного напряжения, соединенный с третьим входом широтно-импульсного модулятора, формирователь управляющих импульсов, первым входом соединенный с выходом широт но-импул ь сн ого модулятора, выходом соединенный с входами двух узлов совпадения, к другим входам которых подключены выходы триггера, а дна выхода соединены с базами транзисторов в коллекторные цепи которых включены обмотки управляющих трансформаторов, другие обмотки которых "оединены с базами транзисторов ключе)Q
Hî"- усилителя мощности датчик тоЕ ка перегрузки, включающий н себя трансформатор тока, первичная обмотка которого соединена одним концом последовательно с первичной обмоткой выходного трансформатора, а
1$ другим концом — с выходом ключевого усилителя мощности, а вторичная обмотка через ныпрямитель подсоединена к резистору,, узел защиты, один вход которого подсоединен к реэис2Q тору датчика тока перегрузки, другой нход - к источнику опорного напряжения, а выход — к одному из входон фоомирователя управляющих импульсон, отличающийся
25 тем, что, с целью повышения быстродействия защиты транзисторов ключевого усилителя мощности от перегрузок по току беэ ухудшения помехоустойчивости, в него дополнительно вне,цены и включены между выхо,ом датчика тока перегрузки и вторым входом формирователя управляющих импульсов последовательно соединен— ные диод, стабилитрон и резистор.
35 Источники информации, принятые Во внимание при экспертизе
1. Авторское свидетельство СССР
М 4836б2, кл. G 05 > 1/58, 1974.
PQ 2, Авторское свидетельство СССР
Р 464049, кл. Н 02 М 3/22, 1975 (прототип).