Преобразователь постоянного напряжения

 

Изобретение относится к электротехнике . Цель - повьшение надежности путем уменьшения динамических потерь в транзисторном ключе. Устр-во содержит транзисторный ключ через сглаживающий LC-фильтр 2 с замыкающим вентилем подсоединенный к нагрузке. При запуске заряд коммутирующего конденсатора 7 осуществляется через пусковую цепь, включенную между одним из входных выводов и точкой соединения дросселя 11 и вентиля 10. Это позволяет зарядить конденсатор 7 до напряжения, превы-. шающего входное напряжение, ускорить процесс заряда и запереть тиристор пусковой цепочки. 1 з.п. ф-лы, 3 ил. IL l 4/Л/ 00 о: оо IO5

СОЮЗ СОЕЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (50 4 Н 02 M 3/335

13 р

ÜÈ " .

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМ .Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (2 1) 3985206/24-07 (22) 09. 12. 85 (46) 23, 12 ° 87. Бюл. N - 47 (72) И. И. Филиппов (53) 621. 314.58(088. 8) (56) Проблемы преобразовательной техники. — Киев: ИЭД АН СССР, 1983 ч. 2, с. 151.

Авторское свидетельство СССР

В 1078555, кл. Н 02 М 3/335, 1982. (. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО

НАПРЯЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к электротехнике. Цель - повышение надежности путем уменьшения динамических потерь в транзисторном ключе, Устр-во содержит транзисторный ключ

1 через сглаживающий LC-фильтр 2 с замыкающим вентилем подсоединенный к нагрузке, При запуске заряд коммуЮ тирующего конденсатора 7 осуществляется через пусковую цепь, включенную между одним иэ входных выводов и точкой соединения дросселя 11 и вентиля 10. Это позволяет зарядить конденсатор ? до напряжения, превы-. шающего входное напряжение, ускорить процесс заряда и запереть тиристор пусковой цепочки. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1361686

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано . в системах вторичного электропитания для преобразования постоянного напряжения и регулирования его значения °

Цель изобретения — повышение надежности путем уменьшения динамических потерь в транзисторном ключе.

На фиг. 1 приведена принципиальная электрическая схема устройства; на фиг. 2 — функциональная схема блока управления преобразователя; на фиг, 3 — временные диаграммы, поясняющие работу преобразователя и его схемы управления, где индексы при переменных соответствуют номерам элементов устройства.

Преобр азов атель (фиг. 1) содержит транзисторный ключ 1, сглаживающий ЬС-фильтр 2 с замыкающим вентилем 3, Параллельно дросселю 4 фильтра 2 подключена первая цепочка 5, состоящая из последовательно соединенных первого вентиля 6 и коммутирующего конденсатора 7, при этом коммутирующий конденсатор 7 соединен с конденсатором 8 фильтра 2, Вторая цепочка 9, состоящая из последовательно соедийенных второго вентиля

10 и дополнительного дросселя 11, подключена к выводам коммутирующего конденсатора 7, Третий вентиль 12 включен последовательно с транзисторным ключом 1. При этом первый 6 и второй 10 вентили указанных цепочек и замыкающий вентиль 3 фильтра

2 выполнены управляемыми, 1

Блок управления содержит (фиг, 2) четыре резистивных делителя (датчика) напряжения, Первый делитель 13 подключен к входу преобразователя (точ-. ка a), второй делитель 14 — к точке соединения конденсатора 7 и вентиля

6 первой цепочки 5 (точка S ), третий 15 и четвертый 16 делители — к выходу преобразователя (точка 6 ) .

Выход делителя 16 соединен с входом сравнивающего усилителя 17, второй вход которого подключен к источнику

18 опорного (эталонного) напряжения, Выход усилителя 17 подключен к входу модулятора 19 ширины импульсов, второй вход которого подключен к выходу формирователя 20 пилообразного напряжения> соединенного входом с задающим генератором 2 1. Выходы первого 13 и второго 14 делителей под5

55 ключены к входам первого компаратора 22, выходом соединенного с вхо-. дом первого логического элемента

2И 23, второй вход которого соединен с выходом модулятора 19, Выход элемента 23 через первый усилитель 24 подключен к управляющему переходу первого вентиля 26 преобразователя и через первый элемент 25 задержки и второй усилитель 26 к управляющему переходу транзисторного ключа 1, Кроме того, выход второго делителя

14 подключен к входам первого нульоргана 27 инвертора 28 аналогового сигнала, Выходы первого 13 и третьего 15 делителей подключены к сравнивающему элементу 29, соединенному выходом с BTopbIM нуль-органом 30 и с первым входом второго компаратора

31, второй вход которого соединен с выходом инвертора 28, а выход — с третьим входом 32(ХЗ) трехвходового селектора 33, реализующего логическую функцию У = XlhX2YГ1АХЗ, Второй вход 34(Х2) селектора 33 соединен с выходом первоro нуль-органа 27, а первый вход 35(X1) — с выходом нульоргана 30, Выход 36(У) селектора 33 через третий усилитель 37 подключен к управляющему переходу замыкающего вентиля 3 и через второй элемент

38 задержки и четвертый усилитель 39 к управляющему переходу второго вентиля 10, Преобразователь и блок управления работают следующим обрasом.

Тактовые импульсы (фиг ° 3, U,) c задающего генератора 21 поступают на вход формирователя 20.пилообразного напряжения, выходной сигнал

U О которого подается на первый вход модулятора 19. На входы сравнивающего усилителя 17 подаются выходное напряжение П„ преобразователя через делитель 16 и эталонное напряжение с источника 18 опорного напряжения. Полученный сигнал рассогласования поступает на второй вход модулятора 19. В интервалах времени, когда пилообразный сигнал

U „преHbEJaeт сигнал рассогласования (ошибки) 111, на выходе модулятора 19 формируется сигнал 11,, соответствующий логической единице и его длительность пропорциональна сигналу Ь U. Под действием единичного сигнала, поступающего через логический элемент 2И 23, элемент 25 за1361686 держки и усилитель 26, транзисторный ключ 1 преобразователя открыт, Энергия от первичного источника Е поступает в нагрузку и частично накапливается в дросселе 4 сглаживающего фильтра

2. Конденсатор 7 цепочки 5 заряжен с полярностью напряжения, указанной на фиг. 1 без скобок, причем сумма напряжений конденсатора 7 и конденсатора 8 фильтра 2 равна напряжению

E первичного источника, Суммарное напряжение (U„+U ) конденсаторов 7 и 8 и входное напряжение Е через делители 13 и 14 подаются на входы первого компаратора 22. В результате сравнения этих напряжений на выходе компаратора 22 присутствует сигнал, соответствующий логической единице, разрешающий прохождение единичных сигналов с модулятора 19 через логический элемент 23, В момент времени t на выходе мо- дулятора 19 появляется нулевой сигнал, который через усилитель 26 запирает транзисторный ключ 1, (Элементы 25 и 38 задержки осуществляют задержку только передних фронтов импульсных сигналов), Ток дросселя 4 начинает замыкаться через открытый вентиль 6 и коммутирующий конденсатор 7, вследствие чего происходит разряд и последующий перезаряд конденсатора 7, Выбором соответствующей величины емкости конденсатора задают необходимую скорость нарастания напряжения на запираемом транзисторе и ограничивают импульсную мощность потерь на фронте его выключения на допустимом уровне. Значение напряжения, до которого осуществляется перезаряд конденсатора 7, зависит от соотношения входного Е и выходнorî U„ напряжений преобразователя, Для контроля этих соотношений предназначен нуль-орган 30 и сравнивающий элемент 29, на входы которого подаются входное Е и выходное U< напряжения через делители

13 и 15, причем коэффициент передачи делителя 15, подключенного к выходу преобразователя, в два раза больше коэффициента передачи делителя 13.

При выходном напряжении Уц преобразователя, большем половины вход ного Е,, результирующий сигнал hU на выходе сравнивающего элемента 29,. пропорциональный величине (Е-2!! ), 55 вращается в исходное состояние и на выходе модулятора 19 появляется сигнал логической единицы, который, проходя через логически5 элемент

1О

50 имеет отрицательное значение и формирует на входе второго нуль-органа

30 сигнал логической единицы. Сформированный сигнал разрешает прохождение через селектор 33 сигнапа с первого нуль-органа 27, поступающего на второй вход 34 селектора 33. При перезарядке конденсатора 7 с полярностью, указанной в скобках, до напряжения, превышающего выходное П „, потенциал точки д становится отрицательным. В момент времени с на выходе первого нуль-органа 27 появляется сйгнал Б логи еской единицы, который, проходя через селектор 33 и.третий усилитель 37, преобразуется в импульсный сигнал У „, отпирающий замыкающий вентиль 3. В результате частичного разряда конденсатора 7 по цепи: конденсатор 8 — вентиль 3 — вентиль 6 осуществляется запирание вентиля 6, и ток дросселя

4 начинает протекать через вентиль 3.

Через интервал времени дг, опрео

% деляемый элементом 38 задержки, на выходе усилителя 39 появляется импульсный сигнал U>, д, отпирающий вентиль 10, и происходит обратный колебательный перезаряд конденсатора 7 по цепи: конденсатор 7 — вентиль 10 — реактор 11, В процессе перезаряда конденсатора 7 потенциал точки д становится положительным и на выходе первого нуль-органа 27 появляется сигнал логического нуля, снимающий сигналы управления U >p> и U> < o вентилей 3 и 10.

По окончании перезаряда конденсатора 7 в момент времени t вентиль 10 запирается, при этом напряжение на конденсаторе 7 примерно равно напряжению на нагрузке и суммарное напряжение конденсаторов 7 и 8 (потенциал точки 8 ) превышаеT входное напряжение Е (потенциал точки a ). На выходе первого компаратора

22 п,>является сигнал логической единицы, который разрешает прохождение сигнала с модулятора 19 через .погический элемент 2И 23, В момент времени t тактовым импульсом 11, с задающего генератора

21 выходной сигнал U формирователя 20 пилообразного напряжения воэ1361686

При выходном напряжении U преобн разевателя, меньшего половины вход1 ного, результирующий сигнал 4П на выходе сравнивающего элемента 29, пропорциональный величине (Е-2Б„), имеет положи тел ьно е зн ачени е и формирует на выходе второго нуль-органа

30 сигнал логического нуля, который запрещает прохождение через селектор 33 сигнала с выхода первого нульоргана 27 и разрешает прохождение сигнала через селектор 33 с выхода второго компаратора 31. В процессе перезаряда конденсатора 7 с полярностью, указанной в скобках, после достижения потенциала точки 5 нулевого значения на выходе первого нуль2И 23 и второй усилитель 24, преобразуется в управляющий импульс Б„„ отпирающий вентиль 6. В результате частичного разряда конденсатора 7 по цепи: вентиль 6 — вентиль 3 — конденсатор 8 — конденсатор 7 осущестнляется запирание вентиля 3 и ток дросселя 4 замыкается через конденсатор 7 и открытый вентиль 6, Через интервал времени ht, определяемый первым элементом 25 задержки, на выходе второго усилителя 26 формируется импульс управления 11 „... который отпирает транзисторный ключ 1. Но через транзисторный ключ 1 ток не протекает, так как потенциал точки

1 превышает потенциал точки а и вентиль 12 заперт. В момент времени t потенциал точки о становится равным потенциалу точки а (без учета падений напряжений на вентилях 6 и 12 и ключе 1). В результате вентиль 12 отпирается и ток дросселя 4 начинает замыкаться по цепи: источник Е вентиль 12 — транзисторный ключ 1 дроссель 4 — конденсатор 8 — источник Е, С появлением в момент времени на выходе модулятора 19 нулевого сигнала описанные процессы в схемах повторяются, Таким образом, включение транзисторного ключа осуществляется при запертом замыкающем вентиле 3 фильт-. ра, при нулевом напряжении, приложенном к этому ключу и нулевом пер" воначальном значении протекающего

Через него тока, что исключает динамические потери в ключе в интервале времени его включения, 5

30 органа 27 появляется сигнал U ло27 гической единицы.

После достижения потенциала точки

3 значения (E-U„) т.е, когда напря- жение на конденсаторе 7 превысит величину (Е-UH), появляется сигнал логической единицы и на выходе второго компаратора 31. Этот сигнап, проходя через третий усилитель 37, от- пирает вентиль 3. Далее процессы в схеме протекают аналогично описанному для случая, когда UH > 0,5Е, После колебательного перезаряда. конденсатора 7 с полярностью указанной на фиг, 1 без скобок, потенциал точки 8 превышает потенциал точки а и включение транзисторного ключа также осуществляется без динамических потерь.

При запуске преобразователя первоначальный заряд коммутирующего кон- денсатора 7 может осуществляться через пусковую цепочку, показанную на фиг. 1 пунктиром, которая подключена между плюсовой клеммой первичного источника и точкой соединения реактора

11 и вентиля 10. Это позволяет зарядить конденсатор 7 до напряжения, превышающего входное напряжение, ускорить процесс заряда и запереть тиристор пусковой цепочки. формул а изобретения

1. Преобразователь постоянного напряжения, содержащий транзисторный ключ, сглаживающий LC-фильтр с замыкающим вентилем, соединенный с выходными выводами, первую цепочку, состоящую из последовательно соединенных первого вентиля и коммутирующего конденсатора,. вторую цепочку состоящую из последовательно соединенных второго вентиля и дополнительI ного дросселя, третий вентиль и блок управления с задающим генератором, модулятором ширины импульсов и измерительным органом выходного напряжения, о т л и ч а В шийся тем, что, с целью повышения надежности уменьшения динамических потерь в транзисторном ключе, замыкающий вентиль фильтра, первый и второй вентили укаэанных цепочек выполнены управляемыми, первая цепочка подключена параллельно дросселю фильтра, причем коммутирующий конденсатор соединен с конденсатором фильтра и за1361686 шунтирован второй цепочкой, а третий вентиль включен между входным выводом и транзисторным ключом.

2, Преобразователь по и, 1, о т л и ч а ю шийся тем, что в блок управления введены три делителя напряжения, сравнивающий элемент, два компаратора, два нуль-органа, логический инвертор, два элемента задержки, три усилителя, трехвходовой селектор, реализующий логическую функцию У = Х1A X2ÌX1ÏXÇ, и логический . элемент 2И, при этом первый делитель напряжения подключен к входному выводу преобразователя, второй делитель напряжения †.к точке соединения коммутирующего конденсатора и первого вентиля преобразователя, а третий делитель напряжения — к выходным выводам преобразователя, выход первого делителя напряжения соединен с соответствующими первыми входами сравнивающего элемента и первого компаратора, выход второго делителя соединен с вторым входом первого компаратора и с входами первого нуль-органа и логического инвертора, выход третьего делителя соединен с вторым входом сравнивающего элемента, выходом соединенного с первым входом

5 второго компаратора и входом второго нуль-органа, выходом подключенного к первому входу трехвходового селектора, выход первого нуль-органа подключен к второму входу трехвходового о селектора, выход логического инверО тора соединен с вторым входом второго компаратора, выходом подключенного к третьему входу трехвходового селектора, выход первого компаратора соединен с первым входом логического элемента 2И, второй вход которого соединен с выходом модулятора ширины импульсов, а выход элемента 2И соединен через первый усилитель с управляющим входом первого вентиля преобразователя и через первый элемент задержки и второй усилитель с управляющим входом транзисторного ключа,выход трехвходового селектора соеди25 нен через третий усилитель с управляющим входом замыкающего вентиля и через второй элемент задержки и четвертый усилитель с управляющим входом второго вентиля.

136 1686

Уулр.

Оуор

Рие, 3

Составитель В. Моин

Техред М. Ходанич

Корректор О. Кр авцова

Редактор Н, Лазаренко

Заказ 6301/55 Тир аж,659 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делаи изобретений и открытий

F13035, Москва, 3-35, Раушская наб,, д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4