Однотактный преобразователь постоянного напряжения

 

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может быть использовано во вторичных источниках питания со звеном повышенной частоты. Цель изобретения - повышение надежности путем снижения тока в транзисторах при перегрузке. Преобразователь выполнен по мостовой схеме на транзисторах 3, 10 и диодах 13, . 15. В диагональ включен дроссель 4 токоограничения, зашунтированный последовательной цепью из обратного диода 11 и транзистора 16, Осуществлена , защита от нарастания тока через транзисторы моста в режиме перегрузки и короткого замыкания нагрузки с применением повторно-восстанавливаемой токовой отсечки. 4 ил. с S (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51) 4 Н 02 М 3/335

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСНОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ, (21) 4045379/24-07 (22) 01.04.86 (46) 15.07.88. Бкл. М- 26 (71) Научно-исследовательский институт автоматики и электромеханики при Томском институте автоматизированных систем управления и радиоэлектроники (72) В.А.Пчельников и В.Н.Мишин (53) 621.314.58 (088.8) (56) Проблемы преобразовательной техники: Материалы III Всесоюзйой

НТК. Тезисы докладов, ч. V Киев, 1983, с. 122, р, 2, Моин В.С. Стабилизированные транзисторные преобразователи. — М.:

Энергоатомиздат, 1986, с. 115, р. 4.1а.

Л0 1410227 А 1 (54) ОДНОТАКТНЫИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к области преобразовательной техники и может быть использовано во вторичных источниках питания со звеном повьппенной частоты. Цель изобретения — повышение надежности путем снижения тока в транзисторах при перегрузке. Преобразователь выполнен по мостовой схеме на транзисторах 3, 10 и диодах 13, 15. В диагональ включен дроссель 4 токоограничения, зашунтированный последовательной цепью из обратного диода 11 и транзистора 16. Осуществлена защита от нарастания тока через транзисторы моста в режиме перегрузки и короткого замыкания нагрузки с применением новторно-восстанавниваемой токовой отсечки. 4 кп, 1410227

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано во вторичных источниках питания со звеном повышенной частоты.

Цель изобретения — повышение надежности преобразователя напряжения.

На фиг, 1 представлена функци ональная схема предлагаемого однотактного преобразователя постоянного напряжения; на фиг. 2 — пример выполнения устройства управления; на фиг. 3 — один из вариантов построения порогового органа; на фиг. 4 временные диаграммы, иллюстрирующие работу преобразователя.

Однотактный преобразователь постоянного напряжения содержит источник

1 питания, положительным выводом 2 подключенный к коллектору первого транзистора 3, дроссель 4, первым выводом соединенный с первым выводом первичной обмотки 5 силового транс, форматора 6, вторичная обмотка 7 которого через выпрямитель 8 подключена25 ( через выходные выводы к нагрузке 9, второй транзистор 10 и дополнитель J ный диод 11, причем транзисторы 3 и

10 управляющими входами соединены с устройством 12 управления. Преобразо-30 ватель содержит также первый 13, третий 14 и второй 15 возвратные диоды и третий транзистор 16, эмиттер которого связан с вторым выводом дросселя 4, катодом первого возвратного диода 13 и эмиттером первого транзис 5

1 тора 3, коллектор третьего транзистора 16 через дополнительный диод 1 1 подключен к первому выводу дросселя

4 и аноду третьего диода 14, анод 40 второго возвратного диода 15 соединен с вторым выводом первичной обмотки 5 сйлового трансформатора 6 и кол-. лектором второго транзистора 10, змиттер которого связан с анодом первоrо возвратного диода 13 через датчик

17 тока с отрицательным выводом 18 источника 1 питания, катоды третьего

14 и второго 15 возвратных диодов подключены к коллектору первого транзистора 3, а управляющий вход третьего транзистора 16 соединен с устройством 12 управления, при этом информационный:выход датчика 17 тока подключен к входу устройства 12 управления.

Устройство 12 управления может содержать (фиг. 2) тактовый генератор

19, выходом подключенный к счетному входу триггера 20 управления и счеткому входу Триггера 21 защиты, пороговый орган 22, вход которого соединен с информационным выходом датчика

17 тока, а выход подключен к установочному входу триггера 21 защиты, первый транзисторный ключ 23, входом подключенный к выходу триггера 21 защиты и катоду первого диода 24, а выходом соединенный с входом дифференцирующего ключа 25, выход которого подключен к катоду второго диода

26, второй транзисторный ключ 27, входом соединенный с анодом первого стабилитрона 28, первым резистором

29 и входом первого усилителя мощности,30, а выходом подключенный к катоду третьего диода 3 1, второй усилитель мощности 32, входом соединенный с вторым резистором 33, анодом четвертого диода 34 и через второй стабилитрон 35 — с анодами второго

26 и третьего диода 34 и через второй стабилитрон 35 — с анодами второго 26 и третьего 31 диодов М третьим резистором 36, пятый диод 37, катодом подключенный к выходу триггера 20 управления, а анодом — к третьему резистору 38, аноду первого диода и катоду первого стабилитрона 28, вторые выводы резисторов 36 и 38 объединены с питающими шинами ключей 23, 25 и 27 и подключены к положительному зажиму 39 источника питания +27В, вторые выводы резисторов 29 и 33 объединены и подключены к отрицательному зажиму-40 источника питания -27В, причем выходы усилителя 30 мощности соединены с базаэмиттерными переходами соответствующих транзисторов 3 и 10 преобразователя, а выход усилителя 32 мощности подключен к управляющему входу транзистора 16.

Пороговый орган 22 может содержать (фиг, 3) компаратор 41 на входе которого включен измерительный резисторный мост 42, в плечо которого введен датчик 17 тока преобразователя, а выход компаратора подключен к светодиоду оптодиодной пары 43, управляющей полевым транзистором 44, выход которого является выходом порогового органа 22, причем питание компаратора 42 может осуществляться от

1 параметрического стабилизатора, образованного, резистором 45 и стабилитроном 46, включенного между положитель14102 ным выводом 2 и отрицательным выводом

18 входного источника 1 напряжения.

На фиг. 4 изображены кривая 47 напряжения первичной обмотки 5 сило1 5 вого трансформатора 6, кривая 48 напряжения на дросселе 4, кривая 49 тока через датчик 17 тока, кривая

50 через датчик тока в базовом преобразователе, линия 5 1, пропорцио- 1р нальная величине уставки тока отсечки порогового органа 22, кривая 52 тока дросселя 4, кривая 53 то <а дросселя токоограничения в базовом преобразователе, импульсы 54 выходной ЭДС преобразователя, импульсы 55 напряжения на коллекторе транзистора

16, импульсы 56 управления транзисторами 3 и 10, импульсы 57 управления транзистором 16. 20

Однотактный преобразователь постоянного напряжения работает следующим образом.

При подаче на устройство 12 управления питающих напряжений начинает 25 работать тактовый генератор 19, формирующий короткие импульсы синхронизации. Этими импульсами запускается триггер 20 управления, на выходе которого появляются широкие импульсы со 3р скважностью Q = 2. При наличии на выходе триггера 20 напряжения "1" диод 37 заперт и током источника 39

+27В через резистор 38 и стабилитрон

28 запирается управляющий ключ усилителя 30 мощности и на транзисторы 3 и 10 поступает отпирающий импульс 56.

Одновременно открывается транзистор ключа 27, которым через диод 31. блокируется прохождение запирающего импульса от источника 39 +27В через

- резисторы 36 .ц стабилитрон 35 на управляющий ключ усилителя 32 мощности, в связи с чем на него поступает отпирающий импульс тока от источника 40 45 .-27В через транзистор 33. Транзистор

16 запирается.: При появлении на выходе триггера 20 напряжения "0" прохождение запирающего импульса от источника 39 +27В блокируется через диод 37 и на управляющий ключ усилителя 30 мощности через резистор 29 поступает отпирающий импульс, после чего транзисторы 3 и 10 закрываются, Одновременно запирается ключ 27 и на управляющий ключ усилителя 32 мощнос«55 ти от источника 39 +27В через резистор 36 и стабилитрон 25 подается запирающий импульс, Транзистор, 16 ьТ„= (Е +ье )/Ь ° tÄ, (1) где U — прямое падение напряжения

Ч на диоде;

Ь U — падение напряжения на оттр крытом транзисторе;

t — длительность интервала и паузы;

L — - индуктивность дросселя 4.

Учитывая незначительность величины (U + а 0 ) и высокую частоту преобразования можно считать ь Тсв тр. ном.

1 где 1 „- номи йальный ток через транзисторы 3 и 10. Энергия, запасенная в первичной обмотке 5 силового трансформатора 6, в режиме паузы возвращается в источник 1 по цепи: датчик тока 17 — диод

13 — дроссель 4 — диод 15.

В случае появления перегрузки величина напряжения, снимаемого с датчика 17 тока, пропорциональная вели-, чине тока 48 через датчик 17 тока, достигает пороговой величины 51. Напряжение на выходе реэисторного моста

42 порогового органа 22 меняет знак и компаратор 41 формирует на светодиоде оптопары 43 положительный импульс, после чего транзистор 44 запирается током фотодиода оптопары 43 и

27 4 открывается. Таким образом, до наступления перегрузки в режиме рабочего импульса, когда транзисторы 3 и 1О открыты, ток протекает по цепи: положительный вывод 2 источника 1 питания — транзистор 3 — дроссель 4 первичная обмотка 5 силового трансформатора — транзистор 10 — датчик 17 тока - отрицательный вывод 18 источника 1. В этом время транзистор 16 запирается. По окончании рабочего импульса транзисторы 3 и 10 запираются, а транзистор 16 открывается, причем транзистор !6 открывается с опережением по отношению к транзисторам

3 и 10 на величину времени рассасывания. Вследствие возникновения ЭДС самоиндукции на дросселе 4 напряжение меняет знак и ток дросселя 4, обусловленный запасенной в нем энергией, начинает протекать через диод 11 и транзистор !6. При этом величина тока за время паузы упадет на величину

1410227 ь Iс„= (Ц„-2 )  °, (2) e U„ — напряжение источника 1 питания.

Первичная обмотка 5 будет закорона через диоды 14 и 15, причем ток следнего будет равен намагничиваю35 му току трансформатора 6.

При коротком замыкании нагрузки емя от момента измерения перегруздо момента запирания транзисторов и 10 в основном определяется

40 ч п щ

Ь э „ рс сс, 9 где t -„быстродействие порогового о органа; 45 — время рассасывания транзисторов 3 и 4.

Отсюда ток через транзисторы 3 и 10

Нарастает до величины

4 I„(Цп . 2 4 Цтр ) lL tg (3) Таким образом, сравнивая формулы (2) и (3) можно утверждать, что при

55 ф у д ток через транзисторы 3 и 10 не превысит величины т +ь| тр отс - ото нсi I<>

a ðèrråð 21 защиты, ранее приведенный в сходное состояние по счетному входу имп ульсом тактового генератора 19, прокидывается. На его выходе возникает напряжение "0", в связи с чем выход триггера 20 управления блокируется через диод 24, а транзисторы !

3 и 10 запираются. Одновременно с опр окидыванием триггера 21 запирается транзисторный ключ 23 и на время э ряда дифференцирующего конденсатора в базовой цепи открывается дифференцирующий транзисторный ключ 25, ! который блокирует через диод 26 отпи- 15 р ние транзистора 16. На интервале з пертого состояния транзистора 16 в режиме перегрузки или короткого з мыкания нагрузки дроссель 4 для

В преобразователей можно рассматри- 20 в ть как источник тока, при этом э ергия, накопленная в нем, возврается в источник 1 питания через дио ы 14 и 13, а ток в дросселе за в емя (длительность импульса дифф ренцирующего ключа 25) спадает н величину: где I — установка тока для порогового органа 22.

По окончании интервала с транзистор 16 отпирается, как и в случае номинальной нагрузки до конца паузы.

Ксли перегрузка окончилась, триггер 21 защиты не вступает в работу и ток дросселя 4. в интервале паузы полностью замыкается обратным диодом 11 и транзистором 16, в связи с чем аварийный сброс тока через дроссель 4 прекращается.

Предлагаемый преобразователь напряжения с токоограничением позволяет повысить его надежность эа счет исключения явления "накачки" тока в дросселе токоограничения путем пропорционального возврата избыточной энергии, накопленной дросселем эа время перегрузки на интервале рабочего импульса во входной источник напряжения после запирания силовых транзисторов инвертора без полного прерывания тока через дроссель и без ухудшения динамики преобразователя в номинальном режиме, Данный преобразователь может работать на повышенной частоте, а также нагрузкой емкостного характера. Использование преобразователя напряжения с токоограничением дает возможность выбирать силовые транзисторы с минимальным запасом по току.

Формула изобр етения

Однотактный преобразователь постоянного напряжения, содержащий последовательно соединенные дроссель и первичную обмотку силового трансформатора, причем свободный вывод дросселя через первый транзистор подключен к положительному выводу источника питания и через первый возвратный диод — к отрицательному, а свободный вывод первичной обмотки силового трансформатора через второй транзистор подключен к отрицательному выводу источника питания и через второй возвратный диод — к положительному, вторичная обмотка силового трансформатора через выпрямитель подключена к выходным выводам, управляющие входы транзисторов подключены к устройству управления, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения надежности путем снижения тока в транзисторах при перегрузке, введе. ны третий возвратный диод,. третий

1410227

6 H

Р И

Фий. 2

Фиг.З транзистор, дополнительный диод и датчик тока, причем третий возвратный диод соединяет: общую точку дросселя и первичной обмотки силового трансформатора с положительным выводом источника питания, включенные последовательно дополнительный диод и третий транзистор шунтируют дроссель, управляющий вход третьего транзистора подключен к устройству управления, а датчик тока, включенный последовательно в цепь питания, своим

l информационным выходом подключеН к входу устройства управления.

1410227

Редактор М. Товтин

Заказ 3493/55

Тираж 665 Подписное

ВНИИПИ Государственного коиитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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

Зона иаминальн. иогрузюи

Лма л юро лнаю го м кл ЯМЫ З

Составитель И. Войтович

Техред М.яндык Корректор Л. Пилипенк