Двухтактный преобразователь напряжения
Иллюстрации
Реферат
1 (72) Автор изобретения
А. И. Йптэбург (71) Заявитель (54) ДВУХТАКТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ
Изобретение относится,к преобразовательной технике и может быть использовано в качест-, ве источника питания радиоэлектронной ацпаратуры, устройств автоматики, вычислительной техники и промышленной электроники, в частS ности, в транзисторных статических преобразователях напряжения.
Известно устройство защиты от сверхтоков, использующее цепь пикового детектора. с регулируемой динамической характеристикой, со- держащее датчик тока потребления первичной обмоткой двухтактного статического преобразователя, пороговый элемент, задающий генератор, модулятор длительности импульсов и узел логической обработки управляющих сигналов. При возникновении подмагничивания и превышения выходным сигналом датвпса тока некоторой величины, пороговыи элемент переключается и подпитывает интегрирующий конденсатор генератора пилообразного 20 напряжения, входящего в состав модулятора длительности импульсов, вЬывая тем самым более райнее выключение транзисторов.преобразователя j 3).
Недостаток данного устройства заключается в том, что информация о подмагннчивании,, сердечника трансформатора, выявляемая датчиком тока его первичной обмотки, поступает на фоне гораздо большего по величине сигнала, пропорционального току нагрузки. Поэтому защита, осуществляемая этим устройством, начинает функционировать лишь после развития процесса подмагничивания, что оказывается малоэффективным при работе на высоких частотах инвертирования. Кроме того, устройство интегрирует, входной сигнал, вызывая,тем самым дополнительную задержку.
Известно также устройство. препятствующее развитию процесса подмагничивания, использующее датчик тока намагничивания, выходного трансформатора двухтактного статического преобразователя. В состав устройства. кроме датчика намагничивающего тока, входят задающий генератор, устройство формирования управляющих, сигналов, два защитных тирнстора, соединенные с дополнительными обмотка ми выходного трансформатора, пороговый элемент и емкостиой накопитель. При превыще982161 соизмеримыми с токами нагрузки, что приводит к значительным габаритам устройства защиты. 25
Наиболее близким к изобретению является устройство, содержащее усилитель мощности на силовых транзисторах с выходным трансформатором, связанным с датчиком тока намагничивания, представляющим собой трансформатор тока, первичные и вторичные обмотки которого связаны соответственно с первичными и вторичной обмотками силового выходного трансформатора, а измерительная обмотка включена на нагруэоч35 ный резистор, связанный с двумя пиковыми детекторами. Один из них выявляет амплитуду положительной полуволны, второй— отрицательной. Оба пиковых детектора нагружены на общий резистор, средняя точка
40 которого соединена со вторым входом сумматора, а первый вход — с выходом стабилизатора, при этом средняя точка нагрузочного резистора через аналоговый ключ замыкается на общую точку схемы. Ключ
45 срабатывает один раз в период на время, равное полупериоду выходного напряжения.
При отсутствии подмагничивания силового трансформатора выходные напряжения пиковых детекторов равны между собой и обратны по знаку. Поэтому напряжение средней точки нагрузочного резистора равно нулю и не влияет на режим сумматора. При возникновении подмагничивания нарушается равенство напряжений пиковых детекторов и на средней точке их нагрузочного резистора появляется напряжение, которое в интервал, когда аналоговый ключ выключен, поступает на вход сумматора и соответствующим образом изме30 нии выходным напряжением датчика намагничивающего тока пороговой величины, включается один иэ двух защитных тиристоров, который подключает предварительно заряженный конденсатор .емкостного накопителя к одной . из дополнительных обмоток силового трансформатора таким образом, чтобы препятствовать намагничиванию сердечника (2) .
Однако из-эа строго нормированной величины размагничиваюгцего импульса в таком уст- 10 ройстве возможны случаи, когда оно не может обеспечить необходимое размагничивающее действие из-за более глубокого насыщения чем то, на которое оно было расчитано. Недостатком является также использование до- 15 статочно инерционного по сравнению с транзисторами элемента-тиристора, Этот недостаток особенно чувствителен при работе на высоких частотах. Так как силовые транзисторы остаются включенными и после вклю- щ чения защитных тиристоров, то разрядные токи емкостного накопителя оказываются няет режим модулятора длительности импульсов, препятствуя подмагничиванию силового трансформатора (3) .
Недостатки известного устройства заключаются в том; что каждый пиковый детектор выявляет сигнал датчика тока в определенный полупериод и запоминает на время следующего полупериода. При возникновении подмагничивания выходное напряжение пикового детектора достигает нового значения с некоторой задержкой, которая определяется постоянной времени заряда конденсатора. Последняя не может быть установлена достаточно малой, так как необходимо сохранить напряжение на конденсаторе неизменным в течение последующего полупериода. Таким образом, использование пиковых детекторов вносит в контур регулирования, препятствующий подмагничиванию, инерционность.
Аналоговый ключ пропускает информацию о подмагничивании на вход сумматора в течение только одного полупериода, тогда, когда он разомкнут. Поэтому если подмагничивание началось в тот полупериод, когда ключ замкнут, то регулятор сможет отреагировать на него не раньше, чем в следующий полупериод. Поэтому использование аналогового ключа вносит задержку на один полупериод.
Использование сумматора вносит существенную инерционность в работу схемы, так как являясь одновременно усилителем основного контура регулирования, он должен обладать. инерционностью, обеспечивающей устойчивость устройства.
Как следует из изложенного, известное, устройство обладает сушественной инерционностью и не может препятствовать подмагничиванию непосредственно в процессе его развития. Поэтому при появлении подмагничивания через транзисторы инвертора могут протекать некоторое время экстра-токи, снижающие надежность устройства.
Цель изобретения — повышение надежности за счет снижения велиЧины экстра-токов, протекающих через транзисторы путем уменьшения подмагничивания трансформатора.
Поставленная цель достигается тем, что в двухтактном преобразователе напряжения, содержащем двухтактный усилитель мощности с выходным трансформагором, включающий в себя датчик тока намагничивания, подключенный к узлу защиты от несимметрии, связанному с блоком логической обработки управляющих сигналов, соединенным с задающим генератором и широтно-импульсным модулятором, узел защиты от несимметрии выполнен в виде выпрямителя, входом подключенного к выходу датчика тока намагничивания, а выходом через пороговый узел — к одному
9821
5 нз входов RS-триггера, другой вход которого подсоединен к выходу заДающего генератора, а выход — к первому входу логического элемента И, второй вход которого подключен к Выходу rrlHpoTHo-импульсного модуля- 5 тора, а выход — к узлу логической обработки управляющих сигналов.
На фиг. 1 изображена электрическая схема устройства, выполненного средней точкой (причем устройство может быть использовано и 16 в случае мостового статического преобразователя); на фиг. 2 — временные диаграммы напряжений в характерных точках схемы.
Силовые транзисторы 1 двухтактного ста! тического преобразователя подключены к соот-1S ветствующим первичным полуобмоткам 2 выходного трансформатора 3. Вторые концы этих полуобмоток подключены каждая к от- дельной полуобмотке 4.датчика 5 намагничивающего тока выходного трансформатора 3. 20
Разноименные концы первичных полуобмоток 4 соединены с источником питания. В цепь вторичной обмотки 6 выходного трансформатора
3. последовательно включена обмотка 7 датчика 5 намагничивающего тока (при этом поляр-25 ности включения обмоток показаны на чертеже). Измерительная обмотка 8 датчика 5 нагружена на резистор 9 и подключена ко входу выпрямителя 10 датчика тока намагничивания выходного трансформатора 3. 36
Выход выпрямителя 10 соединен с входом порогового элемента 11, выход которого подключен к нулевому входу (R-входу) RSтриггера 12. его единичный вход (S-вход} соединен с выходом задающего генератора
13 и синхронизирующим входом модулятора
14 длительности импульсов (в том случае, если он имеется в схеме). Прямой выход (О-выход) RS-триггера соединен с одним из входов логического элемента 15 И, второй; вход которого соединен с выходом модулятора 14 длительности импульсов, а выход— с входом узла 16 логической обработки управляющих сигналов. Выходы этого узла соединены с базами силовых транзисторов 1. При использовании в устройстве мостового усилителя видоизменяется исполнение узла 16 логической обработки управляющих сигналов, причем структура устройства остается неизменной.
Целевое назначение узла 16 в двухтактном усилителе состоит в селекции управляющего сигнала по полупериодам и формировании входного сигнала на предоконечный каскад усилителя. В зависимости от принятой структуры управления схема узла логической обработки
5S может быть различна. Например, в слуще усилителя со средней точкой, аналогичному изображенному на фиг. 1, в состав узла 16 входит триггер и две ячейки И вЂ” НЕ. Сигнал задающего генератора подается на счетный вход триггера, а его выходы включены на одни из входов логических элементов, ив вторые входы подается сигнал с выхода модулятора после коррекции его устройством защиты от подмагничивания; так как с выхода элемента 15.Устройство может быль использовано и при построении нерегулируемого статического преобразователя. В этом случае отпадает необходимость использования модулятора 14 длительности импульсов и установки дополнительного логического элемента 15.
При этом. узел 16 логической обработки управ. ляющих сигналов должен быть соединен непосредственно с прямым выходом RS-триггера 12.
В остальном структура устройства остается без изменения.
На фнг. 2 обозначено; выходное напряжение
17 задающего генератора 13, выходное нацряжение модулятора 14 длительности импульсов, выходное напряжение 19 выпрямителя 10 датяка 5 намагничивающего тока трансформатора 3, уровень,20 переключения порогового элемента 11, выходное напряжение 21 порого вого элемента 11, выходное напряжение 22
0 — выхода RS-триггера 12, выходное напряжение .23 логического элемента 15, tr, tq соответственно, моменты включения и выключения порогового элемента 11, VL„— lUIHтельность импульса.
Принцип работы преобразователя заключается в следующем.
В момент прохождения прямого фронта в выходном напряжении 18 задающего генеpampa 13 происходит включение импульса напряжения на выходе модулятора 14 (кривая 18). Предполагается. что в схеме используется RS-триггер с инверсным управлением. Поэтому в момент прохождения обратного фронта в выходном напряжении 17 на прямом выходе 0 RS-триггера 12 появляется единичное напряжение (кривая 22).
Отношение витков обмоток 4 и 7 трансформатора 5 выбирается равным отношению витков обмоток 2 н 6 трансформатора 3.
Обмотки 4 и 7 включены встречно, поэтому по измерительной обмотке 8 датчика 5 в нормальном режиме протекает ток, пропорциональный току намагничивания выходного трансформатора 3, который на резисторе 9 создает соответствующее падение напряжения.
Это напряжение, после детектирования выпрямителем 10, показано на кривой 19. В нормальном режиме амплитуда этого напряжения не превышает уровень 20 переключения порогового элемента 11. Поэтому на выходе порогового элемента 11 в нормальном режиме поддерживается единичное напряжение
7 9821
21. При этом триггер 12 находится в состоя- нии, когда на его прямом выходе имеется единичное напряжение (кривая 22). Это напряжение подается на один иэ, входов логического элемента 15 и не препятствует нормальному прохождению сигнала модулятора
14 на вход узла 16 логической обработки управляемых сигналов (кривая,23), что обеспечивает нормальную длительность импульса.
При возникновении подмагничивания выход- 10 ного трансформатора 3 возрастает нескомпенi сированная вторичным полем часть поля намагничивания первичных обмоток 4 трансформатора 5 намагничивающего тока. На резисторе
9 и соответственно на выходе выпрямителя 1$ !
10 датчика тока намагничивания возрастает напряжение. В момент t, оно достигает уровня
20 переключения порогового элемента 11. Последний срабатывает, на его выходе появляется нулевой сигнал (кривая 21), который 20 вызывает опрокидывание триггера 12. На его прямом выходе появляется нулевое напряжение (кривая 22), которое препятствует прохождению отпирающего сигнала от модулятора 14 в узел 16 логической обработ- 25 ки управляющих сигналов. На выходе логического элемента 15 в момент t< появляется нулевой уровень (кривая 23), вызывающий выключение соответствующего силового транзистора 1. Тем самым прекращается процесс щ намагничивания сердечника трансформатора 3, его ток намагничивания и соответствующее ему напряжение выпрямителя 10 датчика намагничивающего тока снижается (см. кривую 19). Длительность импульса Y оказывается меньшей величины, чем при отсутствии подмагничивания. В. момент т напряжение выпрямителя, 10 (кривая 19) пересекает уровень переключения 20 порогового элемента 11. Он переключается, и на его выходе восстанавливается единичное напряжение (кривая 21). Переключение же триггера 12 происходит в момент прохождения обратного фронта в выходном напряжении задающего генератора 13 (кривая 17) . Поэтому к началу импульса последующего полупериода схема возвращается в исходное состояние и длительность импульса ь„в этом полупериоде будет нормальной величины.
Разница между амплитудой напряжения датчика намагничивающего тока (кривая 19) и уровнем 20 переключения порогового элемента 11 может быть выбрана, весьма малой. По61 8 этому чувствительность предлагаемого устройства к отклонениям от нормального режима перемагничивания оказывается очень высокой.
Устройство вступает в работу в самом начале процесса намагничивания, препятствует его развитию и способствует восстановлению нормального режима.
Предотвращение подмагничивания в двухтактном усилителе мощности способствует повышению его надежности, так как исключается возникновение экстра-токов через силовые транзисторы, Чем выше чувствительность устройства, предотвращающего подмагиичивание, к отклонениям намагничивающего тока силового трансформатора, тем меньше превышение над нормальным уровнем у коллекторных токов силовых транзисторов, тем выше надежность преобразователя.
Формула изобретения
Двухтактный преобразователь напряжения, содержащий двухтактный усилитель мощности с выходным трансформатором, включающий в себя датчик тока намагничивания, подключенный к узлу защиты от несимметтяи, связанному с блоком логической обработки управляющих сигналов, соединенным с задающим генератором и широтно-импульсным модулятором, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности за счет снижения величин экстра-токов, протекающих через транзисторы преобразователя путем уменьшения подмагничивания трансформатора, узел защиты от несимметрии выполнен в виде выпрямителя, входом подключенного к выходу датчика тока намагничивания, а выходом через пороговый узел — к одному из входов RS-триггера, другой вход которого подсоединен к выходу задающего генератора, а выход — к первому входу логического элемента И, второй вход которого подключен к выходу широтно-импульсного модулятора, а выход — к узлу логической обработки управляющих сигналов, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Патент США Р 3859586, 321 — 18, 1975.
2. Электронная техника в автоматике, М 10, М. "Советское радио", 1978, с. 127.
3, Авторское свидетельство СССР N 649108, кл. Н 02 М Э/28, 1976.
Составитель Т. Ершова
Техред Л. Пекарь
Редактор К. Волощук
Корректор И. Ватрушкина
Тираж 721
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Заказ 9731/77
Подписное
Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4