Преобразователь напряжения

 

1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ , содержащий двухтактный инвертор С выходным трансформатором и сие-, тему управления, состоящую из задающего генератора, выход которого подключен к входу узла разделения фазы, прямой и инверсный выходы которого подключены соответственно к первым входам первой и второй логических ячеек И, выходы которых через промет жуточные усилители подключены к цепям управления силовыми ключами инвертора , и согласукячих цепочек,подключенных входами к крайним выводам обмотки выходного трансформатора, средний вывод которой подключен к общему проводу системы управления, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и КЦД, введен D-триггер защиты, подключенный D -входом к прямому выходу узла разделения фазы, С-входом через ячейку НЕ к выходу задающего генератора, прямым и инверсным выходом - соответственно к вторым входам первой и второй ячеек И, a R-и 5-входами - к вьрсодам в согласующих цепочек. 2. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что, с целью уменьшения потребляемой системой управления мощности, согласующими цепочками являются дифференцирующие ЙС-цейочки. СО 4 СО со оо

СОЮЗ СО8ЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН ае (и) А

4(51) Н 02 М 7 53/ л

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ HOMHTET СССР по делАм изоБРетений и oTHpblTHA (21) 3636263/24-07 (22) 24.06.83 (46) 15.01.85. Бюл. Р 2 (72) Г.А.Нестеренко (53) 621.314.58(088.8) (56) 1. Ромаш 3.N. Источники вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры. "Радио и связь", 1981, с. 137.

2. Авторское свидетельство СССР

У 928330, кл. G 05 F 1/64, 1977.

3. Патент США У 4095128, кл. 307-254, 1978. (54)(57) 1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий двухтактный инвертор C выходным трансформатором и сис-, тему управления, состоящую из задающего генератора, выход которого подключен к входу узла разделения фазы, прямой и инверсный выходы которого подключены соответственно к первым входам первой и второй логических ячеек И, выходы которых через промежуточные усилители. подключены к цепям управления силовыми ключами инвертора, и согласующих цепочек, подключенных входами к крайним выводам обмотки выходного трансформатора, средний вывод которой подключен к общему проводу системы управления, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения надежности и КПД, введен

9-триггер защиты, подключенный 9 -входом к прямому выходу узла разделения фазы, С-входом через ячейку НЕ— к выходу задающего генератора, прямым и инверсным выходом — соответственно к вторым входам первой и второй ячеек И, à R -и 5-входами — к выходам g

O согласующих цепочек.

2. Преобразователь по п. 1, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью уменьшения потребляемой системой управления мощности, согласующими цепочками являются дифференцирующие QC-qerfoexa.

1134998

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для питания устройств автоматики, вычислительной техники, средств связи и т.п. 5

Известны источники питания с бестрансф рматорным входом, которые на повышенной частоте преобразуют выпрямленное сетевое напряжение в необходимые выходные напряжения с помощью транзисторных инверторов (11.

Недостатком указанных источников питания.является низкая надежность защит от "сквозных токов", возникающих при одновременном протекании тока через транзисторы инвертора, работающие в ключевом режиме, в момент их переключения из-за наличия некоторого времени рассасывания избыточных зарядов из области баз запираемых транзисторов.

Одним из методов защиты от "сквозных токов" является применение гарантированной" паузы между импульсами управления инвертором (2 1.

Недостатками такой защиты являются снижение выходной мощности и диапазона регулирования выходного напряжения из-за ограничения длительности импульса на величину паузы,З0 увеличение габаритов выходного фильтра, низкая надежность из-за сложности выбора длительности гарантированной паузы с учетом влияния факторов на время рассасывания неосновных но- 35 сителей из области баз запираемых .транзисторов и разброса частотных свойств самих транзисторов.

Известен также преобразователь напряжения, содержащий двухтактный 40 . инвертор с выходным трансформатором и систему управления, состоящую из задающего генератора, выход которого подключен к входу узла разделения фазы, прямой и инверсный выходы 45 которого подключены соответственно к первым входам первой и второй лонических ячеек И, выходы которых через промежуточные усилители подключенык цепям управления силовыми ключами инвертора, и согласующих цепочек, подключенных входами к крайним выводам обмотки выходного трансфор матора, средний вывод которой подключен к общему проводу системы .55 управления, причем коллекторы силовых транзисторов через резистивные делители напряжения и защитные диоды ю подключены к вторым входам первой и второй логических ячеек И (3„ .

Недостатками данного преобразователя являются низкий КПД нз-за потерь мощности в транзисторах преобразователя напряжения в момент их включения и мощности, выделяемой в указанных делителях напряжения, и недостаточная надежность из-за возможности возникновения "сквозных токов" в результате насыщения выходного трансформатора при перегрузке или коротком замыкании вторичных обмоток.

Например, при включении преобразователя напряжения происходит заряд конденсаторов фильтра, шунтирующих выходные обмотки трансформатора, и работа преобразователя с максимальными длительностями импульсов приводит к насыщению трансформатора и возникновению "сквозных токов".

Цель изобретения — повышение надежности и КПД преобразователя напряжения.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь напряжения, содержащий двухтактный инвертор с выходным трансформатором и систему управления преобразователем, состоящую из задающего генератора, выход которого подключен к входу узла разделения фазы, прямой и инверсный выходы которого подключены соответственно к первым входам первой и второй логических ячеек И, выходы которых через промежуточные усилители подключены к цепям управления силовьэчи ключами инвертора, и согласующих цепочек, подключенных входами к крайним выводам обмотки выходного трансформатора, средний вывод которой подключен к общему проводу системы управления, введен D-триггер защиты, подключенный D-входом к прямому выходу узла разделения фазы, С-входом через ячейку НŠ— к выходу задающего генератора, прямым и инверсным выхопом — соответственно к вторым входам первой и второй ячеек И, à R-u S-входами — к выходам согласующих цепочек, представляющих собой дифференцирующие RC-цепочки.

На фиг. 1 показана принципиальная схема предлагаемого преобразователя; на фиг. 2 — .диаграммы напряжения, поясняющие принцип ее работы.

Преобразователь напряжения содержит соециненные последовательно вход1134998 ной выпрямитель 1, входной фильтр 2, инвертор 3, выходной трансформатор 4. систему управления преобразователем, состоящую иэ задающего генератора 5, выход которого подключен к входу 5 узла 6 разделения фазы, прямой и инверсный выход которого подключен соответственно к первым входам первой 7 и второй 8 логических ячеек И, выходы которых подключены к промежуточным усилителям 9 с трансформаторным выходом, подключенным к цепям управления силовых транзисторов инвертора 3, D-триггера 10 защиты, подключенного D-входом к прямому выходу 5 узла 6 разделения фазы,, С-входом через ячейку HE 11 — к выходу задающего генератора 5, прямым и инверсным выходом — соответственно к вторым входам первой 7 и второй 8 яче- 20 ек, И, à R- u S-входами через согласующие цепочки 13 — к крайним выводам дополнительной обмотки 12 выход1ного трансформатора 4, средний вывод которой подключен к общему проводу 25 системы управления. Кроме того, к третьим выходам вентилей И 7 и 8 подключен выход формирователя 16 импульсов управления инвертором, подключенный первым входом к выходному 30 фильтру 15, подключенному к выпрямителю 14 напряжения вторичной обмотки выходного трансформатора 4, а входом синхронизации — к задающему генератору 5.

Преобразователь напряжения работает следующим образом.

Сетевое напряжение выпрямляется во входном выпрямителе 1, сглаживается входным фильтром 2, преобразуется 4р в двухтактном инверторе 3 (выполненным, например, на транзисторах по полумостовой схеме) в высокочастотное переменное напряжение прямоугольной формы, которое с помощью выходно-45 го трансформатора 4 повышается либо понижается до необходимой величины.

Управление транзисторами инвертора 3 осуществляет система управления через промежуточные усилители 9, 5р к входам которых подключены выходы первой 7 и второй 8 ячеек И, в которых осуществляется формирование начала и конца импульсов управления инвертором (длительности импульса

55 управления) путем объединения на их входах сигналов с выходов узла 6 разделения фазы и D-твиггера 10 защиты.

На вход узла.6 разделения фазы (выполненного, например, на триггере) поданы импульсы с выхода задающего генератора 5 (фиг. 2а). Триггер 6 изменяет свое состояние каждый раз в момент прихода переднего фронта импульса задающего генератора (Фиг. 2 б, в). Триггер 10 защиты повторяет состояние триггера 6 в момент заднего фронта импульсов задающего генератора 5 (фиг. 2 д), так как его вход подключен к выходу задающего генератора 5 через ячейку НЕ, инвертирующую импульсы задающего генератора (фиг. 2 г), à D-вход подключен к прямому выходу триггера узла 6 разделения фазы. Таким образом, на выходах ячеек И 7 и 8 формируется

"гарантированная" пауза между импульсами управления инвертором, длительность которых равна длительности импульсов задающего генератора (фиг 2 е, ж). Длительность импульсов задающего генератора выбирается намного больше времени запирания насыщенного транзистора с учетом разброса параметров транзисторов и внешних воздействий, так как ее величина не

1 влияет на работу преобразователя в установившемся режиме. Предположим, что в момент времени t триггеры 6 и 10 установлены в единичное состояние (т.е. на прямых выходах присутствует логическая единица).

При этом первая ячейка И 7 через усилитель 9 и первый транзистор инвевтопа 3 йовмирует в началах обмоток выхолного трансформатора положительный потенциал. В момент времени и триггер 6 поп воздействием запаюшего генератова 5 изменяет свое состояние.

Первая ячейка И 7 запирается, и первый транзистор инвертора 3 ц чинает запираться. Однако из-за ограниченных частотных свойств транзистора он закрывается некоторое время

>=tz-t>, продолжая генерировать при

-этом в начале обмоток выходного трансформатора положительный потенциал. После полного запирания первого транзистора инвертора за счет явления самоиндукции потенциал обмоток меняется на противоположный, что приводит к появлению на R-входе триггера 10 защиты положительного потенциала (фиг. 2 з) „ устанавливающего

его в нулевое состояние (т.е. в состояние, в котором находится в данный

1134998 момент триггер 6). При этом открывается вторая ячейка И 8, которая отпирает второй транзистор инвертора 3. Запирание второго транзистора происходит аналогично первому, а об- 5 мотка 12 при этом устанавливает триггер 1О в единичное состояние сразу после полного эапирания второго транзистора и появления ноложительного потенциала на S-входе 0 -триггера 10 10 защиты (фиг. 2 и) .

Таким образом, схема позволяет автоматически отпереть очередной транзистор инвертора 3 сразу после полного запирания предыдущего, что 15 устраняет возможность протекания

"сквозных токов" и обеспечивает максимальную ширину выходных импульсов.

Кроме того, очередной транзистор инвертора включается при малом на- 20 дряжении коллектор — эмиттер, так как за счет явления самоиндукции первичная обмотка выходного трансформатора 4 стремится уменьшить напряжение коллектор — эмиттер открывающего- 5 ся транзистора, а открывается он в тот момент, когда ЗДС самоиндукции на дополнительной обмотке дорастает до напряжения логической единицы. Зто эначительно уменьшает потери в тран- ао эисторах инвертора при включении и повышает КПД всего устройства в иелом.

Если к входам ячеек И подключить выход формирователя 1б импульсов управления инвертором, который в зависимости от выходного напряжения на выходном фильтре 15, подключенном к выпрямителю 14 напряжения вторичной обмотки выходного трансформатора 4, формирует широтно-модули- 4о рованные импульсы, синхронизированные с задающим генератором 5, то полученный преобразователь напряжения позволяет стабилизировать выходное напряжение, причем диапазон ре- 4 гулировки выходного напряжения расширен за счет того, что преобразователь позволяет увеличивать коэффициент заполнения периода до максимальной величины, ограниченной только частот- О ньяи свойствами конкретных транзисторов инвертора.

В качестве формирователя импульсов управления инвертором может быть узел, состоящий иэ усилителя обратной связи, на один из входов которо. го подано опорное напряжение, а на второй — выходное напряжение преобразователя, выход которого подключен к одному из входов компаратора„ на второй иэ которых подано линеаризирующее напряжение, например, с выхода генератора пилообразного напряжения, синхронизированного с задающим генератором. Выход компаратора является выходом формирователя.

Дополнительная обмотка 12 выходного трансформатора 4 подключена к Rи S-входам триггера 10 защиты через согласующие цепочки 13, роль которых могут выполнять разделительные диоды, либо, для уменьшения потребляемой мощности от дополнительной обмотки, в качестве согласующих- цепочек могут быть применены дифференцирующие

RC-цепочки, так как для управления триггером 10 защиты достаточно кратковременного импульса с дополнительной обмотки.

При коротком замыкании во вторичных обмотках выходного трансформатора напряжение на дополнительной обмотке становится ниже величины логической единицы, что сразу же вызывает сужение импульсов управления до заданной заранее величины, равной паузе между импульсами задающего генератора 5, что обеспечивает одновременно защиту от короткого замыкания и от "сквозного" тока. То же самое происходит и при любой неисправности в цепи дополнительная обмотка - Dтриггер защиты., что повышает надежность преобразователя.

Таким образом, предлагаемое устройство за счет введения дополнитльного D-триггера защиты и обмотки в выходном трансформаторе исключает возникновение "сквозных" токов инвертора, повышает КПД преобразователя за счет включения транзисторов инвертора при низком напряжении коллектор-эмиттер, обеспечивает более широкий диапазон регулировки выходного напряжения, так как появляется возможность получения максимального коэффициента заполнения.

1134998

1134998

Составитель В.Моин

Редактор Л.Алексеенко Техред С.Мигунова Корректор В.Бутяга

Заказ 10099/44 Тираж 646 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", r.Ужгород, ул.Проектная, 4