Стабилизированный конвертор

 

СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ КОНВЕРТОР по авт. св. № 944018, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности путем защиты силовых транзисторов усилителя мощности от перегрузок по току, в него введен вспомогательный источник плавно нарастающего напряжения, входом соединенный с выводами для подключения входного напряжения, а выходом - со входом введенного узла контроля напряжения , выход которого через введенный дополнительный диод подключен к указанной общей точке конденсатора и диода. СО 4 ел 4: tc «-J

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

4(5I) Н 02 М 3/335 (61) 944018 (21) 3573797/24-07 (22) 04.04.83 (46) 15.03.85. Бюл. к- 10 (72) А.С. Баскин и А.И.Ратушный (71) Научно-исследовательский институт управляющих вычислительных машин (53) 621i314.57(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 944018, кл. Н 02 М 3/335, 1982. (54)(57) СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ КОНВЕРТОР по авт. св ° 8- 944018, о т л и ч а ю„„Я0„„1145427 шийся тем, что, с целью повышения надежности путем защиты силовых транзисторов усилителя мощности от перегрузок по току, в него введен вспомогательный источник плавно нарастающего напряжения, входом соединенный с выводами для подключения входного найряжения, а выходом — со входом введенного узла контроля напряжения, выход которого через введенный дополнительный диод подключен к указанной общей точке конденсатора и диода.

145427

25

Ф 1

Изобретение относится к преобразовательной электротехнике, может быть использовано во вторичных источниках питания.

По основному авт.св.В 944018 известен стабилизированный конвертор содержащий усилитель мощности на транзисторах, входом соединенный с выводами для подключения входного напряжения, а выходом — с первичной обмоткой выходного трансформатора, вторичная обмотка которого через выпрямитель и фильтр подключена к выводам для подключения нагрузки и входу широтно-импульсного модулятора, другими входами .соединенного с источником опорного напряжения и выходом генератора пилообразного напряжения, а выходом — с одним входом формирователя управляющих импульсов, выходом подключенного к управляющим входам усилителя мощности, а другим входом к выходу узла защиты от перегрузки, одним входом соединенного с источником опорного напряжения, датчик тока перегрузки, входом включенный,в силовые цепи транзисторов усилителя мощности, выход датчика тока перегрузки зашунтирован последовательной цепью, состоящей из диода, конденсатора и резистора, причем общая точка диода и конденсатора соединена с другим входом узла защиты, а общая точка конденсатора и резистора — с выходом генератора пилообразного напряжения.

Стабилизированный конвертор, использующии усилитель мощности с широтно-импульсной модуляцией, обычно содержит индуктивно-емкостной сглаживающий фильтр.

При включении стабилизированного, конвертора, когда его выходное напряжение еще не достигло номиналь- 45 ного значения, транзисторы усилителя мощности работают со скважностью два, поскольку широтно-импульсный модулятор еще не работает. Переменное напряжение на вторичной обмотке 50 выходного трансформатора имеет форму меандра и после его выпрямления получается постоянное напряжение, поступающее на вход сглаживающего фильтра. При этом возникает пере- 55 ходный процесс колебательного характера. При этом имеет место максимум зарядного тока дросселя, когда

1 амплитуда тока в несколько раз превып1ает ток в дросселе в установившемся режиме. С такой же кратностью возрастает коллекторный ток сижовых транзисторов усилителя мощности. Дополнительное воэрастани» тока дросселя и, как следствие, токов силовых транзисторов возможно за счет насыщения сердечника дросселя большим зарядным током 1)., Поскольку при включении коллекторный ток силовых транзисторов с кратностью вьппе двух превьппает его величину в установившемся режиме, имеет место превышение предельно допустимого коллекторного тока силовых транзисторов, что, как известно, существенно снижает надежность устройства.

Таким образом,.недостатком известного стабилизированного конвертора является низкая надежность за счет перегрузки по коллекторному току силовых транзисторов усилителя мощности при включении.

Цель изобретения — повьппение надежности стабилизированного конвертора путем защиты силовых транзисторов усилителя мощности от перегрузок по току при включении.

Указанная цель достигается тем, что в стабилизированный конвертор введен вспомогательный источник питания плавно нарастающего напряже- ния, входом соединенный с выводами для подключения входного напряжения, а выходом — со входом введенного узла контроля напряжения, выход которого через введенный дополнительный диод подключен к указанной общей точке конденсатора и диода.

На чертеже представлена принци.пиальная электрическая схема стабили1 зированного конвертора в полумостовом варианте для случая выполнения датчика тока перегрузки на трансформаторе тока с -первичной обмоткой, включенной последовательно с первичной обмоткой выходного трансформатора, и вторичной обмоткой через выпрямитель подключенной к резистору.

Стабилизированный конвертор содержит усилитель 1 мощности с силовыми транзисторами 2 и 3, управляющими с помощью трансформаторов 4 и 5 тока. К выходу усилителя 1 мощности подключена первичная обмотка выходного трансформатора 6, вторичная обмотка которого через выпрямитель

1145427 ляющих импульсов

7 я фильтр 8 соединена с выводами для подключепия нагрузки, соединенными также с входом широтно-импульсного модулятора 9, другими входами подключенного к выходу генератора 10 пилообразного напряжения и источнику 11 опорного напряжения, а выходом — к входу формирователя 12 управляющих импульсов, выходы которого соединены с управляющими обмотками 1р

13 и 14 трансформаторов 4 и 5 соответственно. Узел 15 защиты от перегрузки входом А соединен с источником 11 опорного напряжения, а выходом — с одним из входов формирователя 12 управляющих импульсов.- Датчик

16 тока перегрузки входом включен в коллекторные цепи силовых транзис-. торов 2 и 3 последовательно с первичной обмоткой выходного трансформатора 6 и состоит из трансформатора !

17 тока, выпрямителя 18 и резистора 19. Вьгсод датчика 16 тока перегрузки зашунтирован дополнительно введенной последовательной цепью, состоящей из диода 20, конденсатора

21 и резистора 22. Общая точка диода . 20 и конденсатора 21 соединена со входом Б узла 15 защиты, .а общая точка конденсатора 21 и резистора 22 З соединена с выходом генератора 10 пилообразного напряжения через резистор 23. Вспомогательный источник

24 питания плавно нарастающего напряжения входом соединен с выводами для подключения входного напряжения, 35 а выходом — со входом узла 25 контроля напряжения, выход которого через дополнительный .диод 26 подключен к общей точке конденсатора 21 и диода

20. Узел 25 контроля напряжения может состоять.из делителя напряжения на резисторах 27 и 28, включенного на выходе вспомогательного источника 24 питания, один из выходных выводов последнего соединен с эмиттером транзистора 29, переход база— эмиттер которого зашунтирован резистором 30, база через последовательно включенные стабилитрон 31 и резистор

32 подключена к другому выходному выводу источника 24, а коллектор соединен со средней точкой резистивного делителя напряжения (27, 28), являющейся выходом узла 25 контроля напряжения.

Э

Стабилизированный конвертор работает следующим образом.

В широтно-импульсном модуляторе

9 происходит сравнение опорного напряжения источника 11 с суммой пилообразного напряжения и выходного напряжения стабилизированного конвертора. Выходные сигналы широтноимпульсного модулятора 9 трапецеидальной формы поступают на вход формирователя 12 управляющих импульсов, формирующего два последовательно широтно-модулированных импульса с крутыми фронтами, сдвинутые по фазе о друг относительно друга на 180 . Эти импульсы посредством управляющих обмоток 13 и 14 трансформаторов 4 и 5 тока обеспечивают переключение силовых транзисторов 2 и 3 усилителя 1 мощности со скважностью, необходимой для поддержания выходного напряжения стабилизированного конвертора на заданном уровне, т.е. имеет место режим стабилизации выходного напряжения. При этом вых дные импульсы датчика 16 тока перегрузки, пропорциональные импульсам коллекторных токов транзисторов 2 и 3, через диод

20 и резистор 22 заряжают до амплитудного значения импульсов конденсатор 21. Сумма напряжения на конденсач оре 21 и пилообразного напряжения на резисторе 22, поступающая на вход h узла 15 зашить от перегрузки, в качестве которого может быть использован операционш.rA усилитель или компаратор, меньше. опорного. напряжения на входе А последнего. При этом отсутствует воздействие узла

15,защиты на формирователь 12 управПри возникновении перегрузки по току на выходе стабилизированного конвертора амплитуда импульсов напряжения на выходе датчика тока перегрузки 16 увеличивается. Конденсатор

21 через диод ?О и резистор 22 заряжается до наибольшей амплитуды этих импульсов. -В результате сумма пилообразного напря кения на резисторе 22 и напряжения на конденсаторе 21 на части полупериода превышает опорное напряжение. При этом на вь1ходе узла

15 защиты появляются импульсы, воздействующие на формирователь 12 таким образом, что скважность управляющих импульсов, а следовательно, и импульсов коллекторвого тока силовых транзисторов 2 и 3 возрастают.

Выходное напряжение стабилизированно1145427

° б го конвертора падает, а выходной ток определяется порогом ограничения узла 15 защиты и остается неизменным при дальнейшем уменьшении сопротивления нагрузки вплоть до полного ко- 5

I роткого ° замыкания,т.е. имеет место> режим стабилизации выходного тока.

После снятия перегрузки нормальный режим стабилизации выходного наP пряжения автоматически восстанав- 10 ливается. Малая постоянная времени заряда конденсатора 21 и большая постоянная времени его разряда на входную цепь узла 15 защиты обеспечивают значительно меньшую ампли- 1S . туду переменного напряжения на конденсаторе 21, чем амплитуда пилбобразного напряжения на резисторе 22.

Это обуславливает в режиме перегруз- ки симметричное воздействие узла 15 20 защиты на формирователь 12 и длительность импульсов транзисторов 2 и 3 уменьшается симметрично при уменьшении сопротивления нагрузки. Даже при значительном разбросе времен рас.25 сасывания транзисторов 2 и 3 насыщее" ния выходного трансформатора не происходит, а максимальная амплитуда коллекторных токов этих транзисторов определяется порогом ограничения Зо узла 15 защиты.

Поскольку конденсатор 21 подключен на выход датчика 16 тока перегрузки через резистор 22, сопротивление которого может быть эначитель- З но больше выходного сопротивления датчика 16 тока, при скачкообразном уменьшении сопротивления нагрузки, коротком замыкании или аварийном возрастании коллекторного тока сило- 40 вого транзистора 2 или 3 весь выходной сигнал датчика 16 тока независимо от емкости конденсатора 21 мгновенно поступает на вход Б узла

15 защиты от перегрузок, т.е. имеет место быстродействующее токоограничение. Диод 20 предотвращает разряд конденсатора 21 на выходные цепи датчика 16 тока перегрузки.

При включении стабилизированного конвертора выходное напряжение вспомогательного источника 24 питания плавно нарастающего напряжения поступает на вход узла 25 контроля напряжения. Когда его величина еще 55 не достигла установившегося значения, ток, поступающий через резистор 32 и стабилитрон 31, не создает на резисторе 30 напряжения, д остаточного для отпирания транзистора

29, который при этом. закрыт, Падение напряжения на резисторе 28 через дополнительный диод 26 и резистор 22 заряжает конденсатор 21 до напряжечия, значительно превышающего напряжение источника 11 опорного напряжения. На выходе узла 15 защиты устанавливается уровень, воздействующий на формирователь 12 управляющих импульсов таким образом, что силовые транзисторы 2 и 3 усилителя мощности остаются закрытыми.

При дальнейшем повышении выходного напряжения вспомогательного источника 24 напряжения транзистор 29 открывается током, поступающим в его базу через резистор 32 и стабилитрон

31, и шунтирует резистор 28 делителя напряжения. Диод 26 запирается, в результате чего прекращается заряд конденсатора 21 с выхода узла 25 контроля напряжений. Начинается медленный разряд конденсатора 21 через входную цепь узла 15 защиты.

По мере разряда конденсатора 21 в интервалы времени, когда сумма постоянного напряжения на конденсаторе 21 и пилообразного напряжения на резисторе 22 становится меньше выходного напряжения источника 11 опорного напряжения; на выходе узла

15 защиты устанавливается уровень, обеспечивающий путем воздействия на формирователь 12 отпирание одного из силовых транзисторов 2 или 3 усилителя мощности. В результате медленного снижения напряжения на конденсаторе 21 продолжительность открытого состояния транзисторов 2 и

3 плавно увеличивается. Транзисторы

2 и 3 пропускают рабочие импульсы тока с медленно уменьшающейся скважностью до достижения ее величины, определяемой широтно-модулированным импульсным управляющим сигналом.

В результате на вход индуктивноемкостного фильтра 8 с выхода выпрямителя 7 поступает импульсное напряжение с медленно уменьшающейся скважностью от весьма большой до рабочей, определяемой широтно-импульсным модулятором 9. Большие длительности пауз по сравнению с длительностями импульсов в начале процесса включения обеспечивает такой разряд дросселя фильтра 8 в паузе каж145427

Составитель В. Цишевский

Редактор Н. Киштулинец Техред Ж.Кастелевич Корректор М. Розман.

Заказ 1184/40 Тираж б46

BHHHIIH Государственного комитета СССР по делам изобретений,и открытий

113035, Москва, R-35, Раушская наб., д. 4/5

Подпис н ое

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

7 1 дого полупериода рабочей частоты, что ток дросселя нарастает медленно без превышения его установившейся величины в пусковом режиме. Пропорционально току дросселя нарастают амплитуды импульсов коллекторного тока силовых транзисторов 2 и 3.

Их величины при включении не превышают значений установившегося режима.

В дальнейшем конденсатор 21 разряжается до уровня, определяемого напряжением на, выходе датчика 1б тока перегрузки. Сумма этого напряжения и пилообразного напряжения на резисторе 22 становится при этом ниже напряжения опорного источника

11 и на выходе узла 15 защиты устанавливается уровень, не оказывающий влияния на установившийся режим работы стабилизированного конвертора.

Таким образом, изобретение обеспечивает повышение надежности стабили10 зированного конвертора путем защиты силовых транзисторов усилителя мощности от перегрузок по току при включении.