Двухтактный преобразователь постоянного напряжения

 

ДВУХТАКТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий .трансформатор, -тока, первичная обмотка которого включена последовательно в цепь нагрузочного тока си-: ловых транзисторов, две вторичные обмотки связаны с управляющими переходами силовых транзисторов через балластные резисторы, а вторичная обмотка управления подключена fc выходу узла, запуска и управления, состоящего из вспомогатльного источника питания, выход которого подсоединен к входу питания задающего генератора, к первому резистору и через второй резистор - к среднему выводу вторичной обмотки управления , крайние выводы которой подключены к входу выпрямителя.и к . коллекторам транзисторов управления, шунтированных обратными диодами, управляющие переходы которых подключены к выходу задающего генератора, при этом между точкой соединения элементов транзисторов управления, подключенной к выводу вспомогательного источника питания, и выходом выпрямителя подсоединен пороговый элемент, отличающийся (Л тем, что, с целью цовьшения надежности преобразователя путем защиты силовых транзисторов от перегрузок по току, введен фильтрующий конденсатор , подключенный параллельно пороговому элементу, выполненному двухполюсньт и диод, подключенный анодом к первому резистору, а катодом - к выходу выпрямителя, причем силовые транзисторы включены по схеме с общей базой.

C0IO3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (511 4

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3698385/24-07 (22} 03,02,84 (46} 15. 11.85. Бюл. У 42 (71) Опытное производственно-техническое предприятие "Уралчерметавтоматика" (72) О.Н.Мельников и С.Д.Сыпачев (53) 621.314.58(088.8} (56) Радиотехника. M. Радио и связь, 1983, II Ü, с. 84, рис. 1.

Авторское свидетельство СССР

Ф 1069092, кл. Н 02 M 3/335, 21. 01. 82.

Авторское свидетельство СССР В 1095329, кл. Н 02 M 3/335,,.14.03.83. (54)(57} ДВУХТАКТН1 1Й ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий .трансформатор "тока, первичная обмотка которого включена последовательно в цепь нагрузочного тока силовых транзисторов, две вторичные . обмотки связаны с .управляющими переходами силовых транзисторов через балластные резисторы, а вторичная обмотка управления подключена к выходу узла запуска и управления, состоящего из вспомогатльного источника питания, выход которого подсоединен к входу питания задающего генератора, к первому резистору и через второй резистор — к среднему выводу вторичной обмотки управления, крайние выводы которой подключены к входу выпрямителя.и к коллекторам транзисторов управления, шунтированных обратными диодами, управляющие переходы которых подключены к выходу задающего генератора, при этом между точкой соединения элементов транзисторов управления, подключенной к выводу вспомогательного источника питания, и выяодом выпрямителя подсоединен пороговый 3 элемент, отличающийся тем, что, с целью Повышения надежности преобразователя путем защиты сило- С вых транзисторов от перегрузок по току, введен фильтрующий конденсатор, подключенный параллельно пороговому элементу, выполненному двухполюсным и диод, подключенный анодом к первому резистору, а катодом — к выходу выпрямителя, причем силовые транзисторы включены по схеме с общей базой.

1192078

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в источниках вторичного электропитания систем радиотехники, автоматики и вычислительной техники. 5

Цель изобретения — повышение надежности преобразователя путем защиты силовых транзисторов от перегрузок по току.

1О

На фиг. 1 изображена схема преобразователя йостоянного напряжения; на фиг. 2 — диаграммы изменения токов коллектора и эмиттера (?к, 1 ) силовых транзисторов при изменении нагрузки преобразователя; на фиг. 3—

15 примеры выполнения порогового элемента.

Преобразователь содержит силовые транзисторы 1 и 2, трансформатор тока 3 с обмотками 4, 5, 6 и 7, вклю20 ченный параллельно вторичной обмотке управления трансформатора тока 3 выпрямитель 8, подключенные параллельно выпрямителю 8 фильтрующий конденсатор 9 и пороговый элемент 10, 25 вспомогательный источник питания 11, подключенный через, цепочку из диода 12 и резистора 13 параллельно выходам выпрямителя 8, узел управления и запуска 14, связанный с выводами вто-ЗО ричной обмотки 5 трансформатора тока

3. Змиттерные обмотки 6 и 7 включены в эмиттерные цепи силовых транзисторов 1 и 2 соответственно. Первичная обмотка 4 трансформатора тока 3 35 включена в цепь выходного тока. В примерах, выполнения преобразователя (фиг. 1, 2) показан вариант с балластными резисторами 15, 16 в эмиттерных цепях силовых транзисторов 40

1 и 2, подсоединенных к емкостному делителю 17.

Пороговый элемент 10 выполнен на транзисторах 18 и 19 и резисторах

20, 2 1 и 22 ° Узел управления и запус 45. ка состоит из генератора 23, коммутирующих транзисторов 24 и 25 и ре— зистора 26.

Пороговый элемент 10 может быть выполнен и по любой из схем, показан-50 ных на фиг. 3., в виде динистора (а), тиристора (б) или триггера на комплементарных транзисторах, как и на фиг. 1, но со стабилитроном в качестве порогового элемента вместо резис- 55 торного делителя 21 и 22. При необходимости повышения помехоустойчивости без ущерба для параметров порогового элемента в последнюю схему порогового элемента могут быть дополнительно введены инерционные звенья, например конденсаторы, как показано на фиг. 3 пунктиром.

Соотношение числа витков с первичной обмотки 4 и обмотки 6 (7) в эмиттерной цепи силового транзистора определяется заданным для него током базы Ig - (0,2 — 0,4) I и соответст венно составляет 1,2 — 1,4.

Число витков в . обмотке 5 для, обеспечения эффективности управления должно в несколько раз превышать число витков в обмотках 6 (7).

Применение трансформаторов тока в цепях возбуждения двухтактных нерегулируемых преобразователей имеет свои особенности: неидентичность параметров двух транзисторов, а именно разность напряжений база эмиттер, приводит к появлению в обмотках трансформатора тока постоянной составляющей намагничивающего тока, которая в свою. очередь может привести к насыщению его сердечника и к сбоям в работе преобразователя.

В общем случае должны быть приняты защитные меры, например введение балластных резисторов (15, 16) в база-эмиттерные цепи силовых транзисторов. Это решение является самым простым и технологичным и одновременно увеличиваеТ стабильность зависимости напряжения от тока в цепи возбуждения,. что способствует увеличению стабильности порога срабатывания защиты.

Устройство работает следующим образом (работа описана на примере устройства, показанного на фиг. 1).

При подаче входного напряжения и появления напряжения на выходе вспомогательного источника 11 начинает работать генератор 23 узла запуска и управления 14. Первой же полуволной его выходного напряжения открывается один из транзисторов

24 (25), и по цепи резистор 26— одна из полуобмоток 5 — транзистор

24 (25) начинает протекать ток запуска, обеспечивающий по обмотке

6 (7) приоткрывание силового транзистора 1 (2), что пр водит к появлению тока в нагрузке и, соответственно, в первичной обмотке 4 (число витков в которой больше, чем в обмотке .6/7/).Следовательно, наз 1192 водимый в эмиттерной обмотке 6 (7) ток превышает ток коллектора, протекающий в обмотке 4, что и обеспечивает лавинообразное открывание транзистора 1 (2) и переход его в режим. насыщения. При приходе следую. щей полуволны генератора 23 транзистор 24 (25) закрывается, а транзис тор 25 (24) открывается, шунтируя (для данного направления токов в 1О обмотках) обмотку 5. Напряжение на база-эмиттерном переходе транзистора 1 (2) при. этом резко снижается и транзистор начинает закрываться.

При спаде его коллекторного тока 15 намагничивающий ток трансформатора тока вместе с током запуска, протекающим в этом полупериоде в другой полуобмотка 5, включает другой транзистор 2 (1) и процесс повторяется. 2О

При этом, если напряжение вспомогательного источника 11 меньше напряже ния, наводимого на обмотке в нормальном режиме работы, то напряжение на конденсаторе 9 определяется напря- 25 жением на обмотке 5. Если же напряжение источника 11 больше рабочего напряжения. на обмотке 5 (но меньше напряжения срабатывания порогового элемента 10), то напряжение на кон денсаторе 9 соответствует напряже нию источника 11.

Рассмотрим раздельно для .этих случаев работу преобразователя при увеличении нагрузки (фиг. 2а, б) и

35 работу защиты при перегрузке и корот ком замыкании (фиг. 2в).

Первый случай (малое напряжение вспомогательного источника, фиг. 2а) °

Небольшое увеличение нагрузки — ска40 чок тока меньше, чем разность I —

I . Ток коллектора I скачком, т.е. безинерционно, возрастает до нового значения I . Глубина насыщения ключевых транзисторов 1 и 2 при этом уменьшается (в пределе они могут выйти из насыщЕния)), поскольку ток эмиттеров не может возрасти мгновенно из-за отсасывания тока на заряд конденсатора 9. Возрастание тока эмиттеров и увеличение глубины насыщения транзисторов 1 и 2 происходит с постоянной времени, определяемой значением емкости конденсатора 9 и приведенным сопротивлением цепи.

Второй случай (большое напряжение вспомогательного источника, фиг. 2б).

078 4

Так как в этом случае во всем диапазоне рабочих нагрузок конденсатор 9 фактически отделен от обмотки 5, изменение тока в рабочем диапазоне происходит безинерционно. При превышении же токой максимального значения диоды выпрямителя 8 открываются и все происходит как и в первом случае.

При коротком замыкании (фиг. 2в) ток коллектора скачком достигает значения, близкого к значению тока эмиттера, а транзистор 1 (2) выходит из насыщения. Дальнейшее нарастание тока происходит уже с постоянной времени указанной цепи. При достижении тока нагрузки величины срабатывания защиты (напряжения срабатывания порогового элемента )О) элемент

10 переходит в закороченное состояние, шунтируя обмотку 5, что.и выключает преобразователь. Вспомогатель ная цепочка — резистор 13 и диод 12, обеспечивает удержание элемента 10 в. открытом состоянии при включении преобразователя.

Следовательно, в рабочем интервале значений токов динамика предлагаемого инвертора ничем не ограничена, но скорость нарастания тока ограничивается до приемлемых значений при его увеличении выше заданного предела, что позволяет обеспечить его своевременное выключение, при этом в пороговом элементе можно заведомо применять сравнительно: низкочастотныЕ элементы, например. тиристоры, или же вводить инерционные звенья †. конденсаторы при условии, что вводимая задержка остается существенно меньше постоянной времени "главной" цепи, ограничивающей скорость .нарастания тока.

Наличие фильтрующего конденсатора в схеме токовой защиты при двухполюсном выполнении порогового элемента позволяет повысить надежность защиты, поскольку, допуская мгновенный скачок тока в коллекторе силового ключа, дальше обеспечивается его плавное возрастание и тем самым дается время на выключение °

Кроме того, благодаря выполнению и включению дополнительных вторичных обмоток трансформатора тока, последний, кроме функции защиты, выполняет и коммутирующие функции.

1192078

1192078

Составитель В.Ежов

Техред А.Ач Корректор А.Зимокосов

Редактор В.Ковтун

Заказ 7170/54 Тираж 645 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по дрлам изобретений и открытий

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

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