Стабилизированный конвертор
Иллюстрации
Реферат
(72) Авторы изобретеиия
А. С. Баскин и Б. Ф. Лысоконь
Научно-исследовательский институт управляющих вычислительных машин (7!) Заявитель (54) СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ КОНВЕРТОР l
Изобретение относится к электро= технике и может использоваться в системах вторичного электропитания для преобразования постоянного тока в переменный с помощью транзисторных инверторов.
Известен стабилизированный конвер; тор, содержащий транзисторный усилитель мощности, входом соединенный с выводом для подключения питающего источника, а выходом — через выпрямитель с фильтром - с выводом для подключения нагрузки, к которому подсоединен одним входом узел сравнения другим входом соединенный с формирователем пилообразного напряжения, а выходом — с одним входом формирователя управляющих импульсов и включающий в себя конденсатор, соединенный с узлом его перезаряда и формирователем пилообразного напряжения (11.
Недостатком устройства является отсутствие в полумостовом усилителе мощности ограничения коллекторного тока силового транзистора при аварийном пробое перехода коллектор- эмиттер или коллектор-база другого сило- . вого транзистора. В результате выход из строя одного из транзисторов полумостового усилителя мощности о неизбежно влечет за собой выход из
° строя и другого транзистора.
Наиболее близким техническим решением к данному изобретению являет" ся стабилизированный конвертор, со 5 держащий полумостовой усилитель мощности на транзисторах, в управляю" щую цепь каждого из которых включен трансформатор тока с управляющей
20 обмоткой, подключенной к дополнительному истонику питания через уп, правляющий транзистор и ограничи тельный резистор, трансформатор, первичная обмотка которого включена на
83688
1О
25 зо
35 о
3 9 вход усилителя мощности, а вторичная - через выпрямитель и выходной фильтр соединена с выводами для подключения нагрузки и блоком управления, соединенным с выходом узла защиты и базами управл ющих транзисторов, эмиттеры которых подключены к общей шине, датчик тока перегрузки выполненный в виде двух трансформаторов тока, первичная обмотка каждого из которых включена последовательно с силовым транзистором, а вторичная шунтирована балластным резистором и подключена к входу узла защиты через первый диод и к базе соответствующего управляющего транзистора через второй диод и резистор 1 2)
Недостатком известного инвертора является то, что при пробое перехода коллектор-эмиттер одного из силовых транзисторов полумостового усилителя мощности второй транзистор начинает переключаться с амплитудой коллекторного тока меньшей порога . срабатывания узла защиты с частотой в несколько раз превышающей рабочую частоту инвертора. В результате транзистор быстро выходит из строя из-за теплового пробоя.
Цель изобретения — повышение надежности путем уменьшения времени восстановления стабилизированного конвертора с полумостовым усилителем мощности за счет предотвращения выхода из строя одного из его сило-. вых транзисторов при пробое перехода коллектор-эмиттер или коллектор-база его другого силового транзистора.
Указанная цель достигается тем, что в стабилизированный конвертор введены узел плавного запуска, пусковой транзистор, интегрирующая цепь и компаратор, выход которого соединен с блоком управления, а вход подключен между выходным фильтром и выходом интегрирующей цепи, входом соединенной с блоком управления и коллектором пускового транзистора, эмиттер которого подключен к общей шине, а база соединена с выходом узла плавного запуска.
На чертеже представлена принципиальная электрическая .схема стабилизированного конвертора.
Стабилизированный конвертор содержит усилитель мощности 1 с силовыми транзисторами 2 и 3, управляемыми с помощью трансформаторов то4 ка 4 и 5. Управляющие обмотки 6 и 7 трансформаторов тока 4 и 5 соответ-! ственно подключены через ограничительные резисторы 8 и 9 и управляю-. щие транзисторы 10 и 11 к дополнительному источнику питания 12. Базы управляющих транзисторов 10 и 11 подключены к выходам блока управления 13. Первичная обмотка выходного трансформатора 14 включена на выход усилителя мощности 1, а вторичнаячерез выпрямитель 15 и выходной фильтр 16 соединена с выводами для подключения нагрузки и блоком управления 13, соединенного с выходом узла защиты 17 и коллектором пускового транзистора 18, база которого соединена с узлом 19 плавного запуска. Датчик тока перегрузки выполнен на двух трансформаторах тока 20 и 21, первичные обмотки которых включены последовательно с силовыми, транзисторами 2 и 3 соответственнЬ, а вторичные обмотки шунтированы балластными резисторами 22 и 23 и подключены к входу узла защиты 17 через диоды 24 и 25 и к базам управляющих транзисторов 10 и 11 через последо вательные цепи, диод 26, резистор
27 и диод 28, резистор 29 соответственно. Выход компаратора 30 соединен с блоком управления, вход А через резистивный делитель напряжения соединен с выходом фильтром, а вход Б подключен к выходу интегрирующей цепи 31, вход которой соединен с коллектором пускового транзистора 18. В качестве компаратора может быть использован также транзистор и-р-и типа, эмиттер которого соединяется с выходным фильтром, база — с выходом интегрирующей цепи, а коллектор - с блоком управления.
Стабилизированный конвертор работает следующим образом.
Пусть сигналами с выходов блока управления 13 управляющий транзистор
10 закрыт, а транзистор 11 открыт.
5О При этом силовой транзистор 2 открыт, а транзистор 3 закрыт. Коллек- торный ток транзистора 2 протекает по первичной обмотке трансформатора тока 20 и на резисторе 22, шунтирую55;щем его вторичную обмотку, возникает напряжение, воздействующее через диод 38 и резистор 29 на базу управляющего транзистора 11. В результате
10 !
5 го
Зо
5 98 транзистор 11 остается открытым, а силовой транзистор 3 закрыт независимо от уровня сигнала, поступающего на базу транзистора 11 с блока управления 13 до тех пор, пока протекает ток в коллекторной цепи силового транзистора 2.
Отпирание управляющего транзистора 10 сигналом блока управления
13 создает ток в управляющей обмотке .6 трансформатора тока 4, в результате чего. базовая цепь силового транзистора 2 обесточивается и начинается спад его коллекторного тока. уменьшается уровень напряжения. на резис торе 22 датчика тока перегрузки -и ток, протекающий через диод 28 и резистор 29 в базу управляющего транзистора 11, становится недостаточным для поддержания последнего в открытом состоянии. После этого создается возможность отпирания силового транзистора 3. Аналогично работает второе плечо стабилизированного конвертора.
Рассмотренное воздействие выходных сигналов датчика тока перегрузки на базовые цепи управляющих транзисторов 10 и 11 обеспечивает отсутствие сквозных токов через силовые транзисторы 2 и 3.
Сигналы с выходов датчика тока перегрузки через диоды 24 и 25 поступают на вход узла защиты 17. Если при перегрузке они превышают задан.ный уровень, с выхода узла защиты 17 на блок управления l3 поступает сигнал, блокирующий переключение силовых транзисторов.
При включении стабилизированного конвертора узел плавного запуска 19 обеспечивает работу пускового тран- зистора 18 с медленно уменьшающейся скважностью. После окончания пускового процесса транзистор 18 запирается и в дальнейшем не оказывает . влияния на установившийся режим работы конвертора. В результате воздействия транзистора 18 на блок управления 13 при включении импульсы тока силовых транзисторов 2 и 3 нарастают плавно, не превышая нормальное рабочее значение. Обеспечивается одновременно плавное нарастание выходного напряжения стабилизированного конвертора.
При включении импульсы коллекторного напряжения пускового транзистора 18 интегрируются интегрирующей цепью 31 и поступают на вход Б ком
3688 6 паратора 30, на вход А которого поступает выходное напряжение стабилизированного. конвертора непосред" ственно или через резистивный делитель напряжения. Параметры интегрирующей цепи 31 обеспечивают некоторую задержку нарастания напряжения на входе Б по отношению к напряжению на входе А компаратора. После окончания пускового процесса напряжение на входе А компаратора превышает напряжение на входе Б. Таким образом, как при включении, так и в установившемся режиме напряжение на входе Б меньше напряжения на входе А и на выходе компаратора устанавливается уровень сигнала, не оказывающий влияния на работу конвертора.
Предположим, что в момент, когда открыт силовой транзистор 2, происходит пробой его перехода коллектор- эмиттер. При этом начинается заряд нижнего и разряд верхнего конденсатора емкостного Делителя усилителя мощности через первичную обмотку выходного трансформатора 14. Через первичную обмотку трансформатора тока 20 течет ток и пропорциональное ему напряжение на резисторе 22 может быть ниже порога срабатывания узла защиты 17. Это напряжение через диод
28 и резистор 29 создает ток. в базе управляющего транзистора 11, предот- . вращая возможность его запирания, и, как следствие, отпирание силового транзистора 3. Одновременно происходит снижение выходного напряжения конвертора. При уменьшении зарядного тока в первичной обмотке трансформатора тока 20 снижается напряжение на резисторе 22 до уровня, недостаточного для поддержания транзистора 11 в открытом состоянии током, поступающим в базу через диод 28 и резистор
29. Транзистор 11 запирается, обуславливая отпирание силового транзистора 3. Поскольку транзистор 2 пробит, нарастающий коллекторный ток транзистора 3 протекает через первичную обмотку трансформатора тока 20. На резисторе 22, шунтирующем его вторичную обмотку, снова появляется напряжения, создающее ток в цепи: диод 28, резистор 29, переход база-эмиттер транзистора
11. Последний снова открывается, обусловливая запирание силового транзистора 3. Может иметь место несколько переключений тран7 98 зистора 3 с высокой частотой, превышающей в несколько раз рабочую частоту конвертора. При этом ток в первичных обмотках трансформаторов тока 20 и 21 недостаточен для возрастания выходного сигнала датчика тока перегрузки до уровня срабатывания узла защиты 17 от перегрузок. Продолжительность режима работы силового транзситора 3 с повышенной частотой и ограниченной амплитудой коллекторного тока определяется временем спада выходного напряжения конвертора до уровня, когда напряжение на входе А компаратора 30 становится ниже напряжения на его входе Б, вследствие чего выходной сигнал компаратора изменяет свой уровень и через блок управления 13 блокирует переключение силового транзистора 3. Аналогично работает устройство при пробое силового транзистора 3.
Таким образом, предложенное техническое решение позволяет повысить надежность стабилизированного конвертора с полумостовым усилителем мощности, силовые транзисторы которого управляются от индивидуальных трансформаторов тока путем уменьшения его времени восстановления за счет предотвращения выхода из строя одного из его силовых транзисторов при пробое перехода коллектор-эмиттер его другого силового транзистора.
3688 8 трансформатор тока с управляющей обмоткой, подключенной к дополнительному источнику питания через управляющий транзистор и ограничитель5 ный резистор, трансформатор, первичная обмотка которого включена на выход усилителя мощности, а вторичная - через выпрямитель и выходной фильтр соединена с выводами для подключения нагрузки и блоком управления, соединенным с выходом узла защиты и базами управляющих транзисторов, эмиттеры которых подключены к общей шине, датчик тока перегрузки, выполненный в виде двух трансформато." ров тока, первичная обмотка каждого из которых включена последовательно с силовым транзистором, а вторичная шунтирована балластным резистором
20 и подключена к входу узла защиты через первый диод и к базе соответствующего управляющего транзистора через второй диод и резистЬр, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения надежности, в него введены узел плавного запуска, пусковой транзистор, интегрирующая цепь .и компаратор, выход которого соединен с блоком управления, а вход подклюЗО чен между выходным фильтром и выходом интегрирующей цепи, входом соединенной с блоком управления и коллектором пускового транзистора, эмиттер которого подключен к общей з5 шине, а база соединена с выходом узла плавного запуска.
Формула изобретения
Стабилизированный конвертор, содержащий полумостовой усилитель мощности на транзисторах, в управляющую цепь каждого из которых включен
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Авторское свидетельство СССР и 593836, кл. Н 02 M 7/537, 1976 °
2. Авторское свидетельство СССР
kf 817945, кл. H02 M 7/537, 1979.