Высоковольтный высокочастотный преобразователь напряжения
Изобретение относится к электротехнике , а именно к преобразователям напряжения. Цель изобретения - повышение качества выходного напряжения за счет уменьшения нестабильности выходного напряжения в широком диапазоне изменения тока нагрузки. Преобразователь напряжения построен по двухтактной схеме с фиксированным уровнем переключения трашзисторюв. Уровень переключения транзисторов 4 и 5 преобразователя пропорционален величине входного напряжения и формируется с помощью делителей напряжения 6, 7, резисторов 12, 13, 21 и двух компараторов 14 и 15. Выбором уровня переключения порогового устройства 19 изменяется коэффициент передачи одного из делителей, что позволяет изменить траекторию переключения транзисторов 4 и 5 преобразователя , за счет чего уменьшается выходное напряжение при малых токах нагрузки. 4 ил. Q 9
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
„„SU„„1415366 А 2
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ASTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) 1153384 (21) 4193071/24-07 (2?) 12. 02. 87 (46) 07 ° 08 88. Йюл. || 29 (72) А.М, Стрельцов (53) 621. 314.58 (088. 8) (56) Авторское свидетельство СССР У 1153384, кл. Н 02 M 3/335, 1983. (54) ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ ВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к электротехнике, а именно к преобразователям напряжения. Цель изобретения — повышение качества выходного напряжения за счет уменьшения нестабильности выходного напряжения в широком диапазоне изменения тока нагрузки. Преобразователь напряжения построен по двухтактной схеме с фиксированным уровнем переключения транзисторов. Уровень переключения транзисторов 4 и 5 преобразователя пропорционален величине входного напряжения и формируется с помощью делителей напряжения 6, 7, резисторов 12, 13, 21 и двух компараторов 14 и 15. Выбором уровня переключения порогового устройства 19 изменяется коэффициент передачи одного из делителей, что позволяет изменить траекторию переключения транзисторов 4 и 5 преобразователя, за счет чего уменьшается выходное напряжение при малых токах нагрузки. 4 ил. Ж Фиг.1 1415366 Изс бретение от»»ое»»т< я к»»реобрлз« нательной технике, мажет быть исполь" то»»а»»о при разработке высоковольтных источников электропитания и является 5 усонершенствовлнием преобразователя »»о лнт. св. 11 1153384. 1(ель изобретен ия — повышение качеств л выходного напряжения за сче т уме»»ьше и ия не стабильно сти выходно го напряжения в широком диапазоне изменения тока нагрузки. Нл фиг. 1 приведена структурная схема вы со кон аль тно го высоко часто тнога прео б разов ателя н апряжения; н а фиг. 2 — 4 — диаграммы напряжения и тока в различных точках схемы для двух режим«в работь» высакавольтног« высокочастотного преобразователя напряжения, а также его выходная харак- 2р теристикл. Высоковольтный высокочастотный преобразователь напряжения содержит формирователь 1 импульсов, первый логи:»еский элемент И 2, второй логический 25 элемент И 3, первый транзистор 4, второй транзистор 5, первый делитель 6 напряжения, в торо»» де:титель 7 и апряес»»»»s, конденсатор 8, первыи диод 9, трл»»сформатор 10, второй диод 11, пег 3р выл» резистор 12, второй резистор 13, пе рный ком плратор 1 4, в торой комплрлтор 15, выпрямитель 1 6, ем костной фильтр 17, датчик 18 тока, пороговое устройство 1 9, ключ 20. Прямой выход формирователя 1 им»»у:и сов соединен с первым входом второго злемента И 3. Выход первого элемента 11 ? соединен с базой первого транзисторал 4, а выход второго элемента И 3 саед»т»»ен с базой второго транзист«рл 5.:»."»иттерь» первого 4 и второго 5 транзисторов объединены и сое;»»»»»е»»»» с первыми входами первого 6 и в-.oporo 7 делителей напряжения, с »тор»»ь»»» выводом конденсатора 8 и подключены к общему входному выводу. Коллектор первого транзистора 4 соец»»нен с вторым входом первого делителя 6 напряжения, с анодом первого диода 9 и с нлчалам первичной обмотки трлнсформаторл 10. Коллектор второго транзистора 5 соединен с вторым входом и торо гo делителя 7 напряжения, с анодом второго диода 11 и концом пер»»»»чной» обмотки трансформатора. 55 ! лт«дь» перного 9 и второго 1 t диодов обт единены и чере з первый резистор 12 падклочены к н гор«му выводу конденсатора 8, i:».ðâoìó выводу второго резистора 13 и инне ртирующим входам перного 14 и нт«рого 15 компараторон. Не инне ртирующий вход первого компаратора 14 подклочен к выходу второго делителя 7 напряжения. Неинвертирующий вход второго компаратора 15 подклочен к выходу перва ro делителя 6 напряжения. Выход первого компаратора 14 соедт»»»ен с вторым входом первого элемента И 2, а выход второго компаратора 15 соединен с вторым входом второго элемента И 3. Вторичная обмотка трансформатора 10 через выпрямитель 16 и емкостной фильтр 17 соединен л с выводами для подключения нагрузки. Входы датчика 18 тока включены между средней точкой первичной обмотки трансформатора 10 и входным выводом. Выход датчика 18 тока через пороговое устройство 19 подключен к входу ключа 20. Выход ключа шунтирует часть второго резистора 21, установленного между общим выводом и объединенными иннертирующими входами комплраторов 14 и 15. Пре«брлзовлтель работает следую"щим образом. Формирователь 1 импульсов обеспечивает на сноих ныходлх два парафазных сигнала прямоугольной формы со скв ажно стью 2 (фиг. 2 „диаграммы 22 и 23) . На выходе первого элемента И 2 формируется импульсы управления первым транзистором 4 (фиг. 2,диаграмма 24). Причем момент запирания транзистора совпадает с фронтом импульса формирователя импульсов, а момент отпирания транзистора задержан относительно фронта импульса фор-, мирователя импульсов. Диаграмма 25 напряжения на коллекторе первого транзистора 4 приведена на фиг. 2. Диаграммы 24 и 25 (фиг. 2) приведены без учета времени рассасывания неосновных носителей и времени восстановления диодов выпрямителя 16, так клк это не влияет на качественный характер протекающих праце ссов . На нтором элементе И 3 и нл втором транзисторе 5 эпюры напряжений имеют аналогичную форму, но сдвинуты на 180 «тносительн«диаграмм 24 и 25 (фиг. 2-). Отпирание первого транзистора 4 про иСходит при»»;». »»«»»»»» урон н ч ло гиче ской единицы нл»»ь»: »,д» пе рного «J»рмента И .., ко»з»:I и я ляетея при 1415366 наличии двух логических единиц на входе. Уровень логической единицы на выходе компаратора появляется, если сигнал на неинвертирующем входе пре5 вышает сигнал на инвертирующем входе. Эпюры напряжений на входе первого компаратора 14 приведены на диаграмме 26 (фиг. 2) . На инвертирующий вход обоих компараторов 14 и 15 подается пороговое напряжение через делитель напряжения на первом 12 и втором 13 резисторах, фильтрующий конденсатор 8 и двухтактный выпрямитель на первом 9 и втором 11 диодах, которое пропор- 16 ционально дВойной величине входного напряжения. На неинвертирующий вход первого компаратора 14 подается измеряемое напряжение с коллектора второ го тран зис тора 5 че ре з в торой дели- 2р тель 7 напряжения, а на неинвертирующий вход второго компаратора 15 подается измеряемое напряжение с коллектора первого транзистора 4 через первый делитель 6 напряжения. Таким 25 образом момент переключения компараторов определяется характером процессов на коллекторах транзисторов преобразователя напряжения. Рассмотрим эпюру напряжения на коллекторе первого транзистора, приведенную на диаграмме 25 (фиг. 2) . На этапе I первый транзистор открыт, а второй закрыт и энергия передается с входа в нагрузку. На этапе II оба транзистора закрыты и закрыты диоды выходно ro выпрямителя, которые о тключают нагрузку и емкостной фильтр от вторичной обмотки трансформатора. Высоковольный трансформатор характери- 40 зуе тся большой величиной емко сти в торичной обмотки, приведенной к первичной обмотке. На этом этапе происходит перезаряд емкости вторичной обмотки трансформатора его током намагничи- 45 вания. На этапе Ш открывается второй транзистор и происходит заряд емкости вторичной обмотки трансформатора, которая отключена от нагрузки выходным выпрямителем, так как имеет мень- 5О шее напряжение, чем емкость выходного фильтра. На этапе IV транзистор второй открыт, а первый закрыт и энергия с входа передается в нагрузку. Этапы работы V u VI соответствуют этапам работы П и Ш. Далее все этапы повторяются. Эпюра тока через коллекторы первого и второго транзисторов приведена на диаграмме 27 (фиг. 2) . Оптимальная форма тока через транзисторы, позволяющая получить максимальное значение КПД при минимальном уровне пульсаций выходного напряжения, достигается, если включение транзистора происходит при напряжении на нем (0,4-0,8), а длительность паузы в токе составляет (5-15)7 от длительности периода. Данный режим переключения транзисторов выставляется при номинальном режиме нагрузки. При этом по ро говый урове нь лоро гово го устройства 19 выбирается так, чтобы при номинальном входном то ке че ре з датчик 18 тока ключ 20 был открыт, а часть второго резистора 13 закорочена. Первым 12 и вторым 13 резисторами выставляется требуемьш уровень переключения транзисторов. Эпюры напряжения для этого режима на первом транзисторе и первом компараторе приведены на диаграммах 25 и 26 (фиг. 2) соответственно. На втором транзисторе и втором компараторе эпюры анао логичны и сдвинуты на 180 При изменении тока нагрузки напряжение на выходе изменяется. Выходная характеристика преобразователя напряжения приведена на фиг. 4 (пунктирная линия для изве стно го преобразов ателя, сплошная линия — для предлагаемого). Увеличение выходного напряжения при малых токах нагрузки обусловлено тем, что выбранный режим коммутации транзисторов преобразователя обеспечивает подключение емкостного фильтра через выпрямитель к вторичной обмотке при ненулевых начальных условиях тока через индуктивность рассеивания вторичной обмотки трансформатора. На диаграмме 27 (фиг. 2) ток через транзисторы н а Ш и VI этапах является током через индуктивность рассеивания вторичной обмотки трансформатора. Ток через транзисторы в конце Ш и VI этапов является начальным зн аче н ием тока з ар яда емкостного фильтра. Поэтому индуктивность рассеяния вторичной обмотки трансформатора является источником тока заряда емко стно го фильтра. Скорость разряда емко стно го фильтра при малых токах нагрузки мала. Следовательно, выходное напряжение преобразователя напряжения тем ниже, чем ниже скорость заряда емко стного фильтра, т.е. необходимо при малых токах нагрузки уменьшать начальное 1415 36Ь 22 25 27 значение тока заряда емкостного филь тра . В пре длагаемом преобразов ателе при уменьшении тока нагрузки сигнал на выходе датчика тока уменьшается, что приводит к срабатыванию порогового устройства и эапиранию ключа. С помощью части резистора 13 момент переключения транзисторов выставляется таким образом, чтобы включение транзистора происходило при практиче ски нулевом напряжении на нем. Эпюры напряжения на первом транзисторе и первом компараторе приведены на диаграммах 28 и 29 (фиг. 3) соответственно. В этом режиме длительность Ш и VI этапов сведена к нулю sa счет увеличен ия длительно сти I I и Ч этапов . Ток через транзисторы преобразователя в этом режиме приведен в диаграмме 30 (фиг. 3). Его величина в начале I u IV этапов значительно меньше, чем при номинальной нагрузке и приближенно равна току холостого хода трансформатора в данный момент времени. В связи с тем, что при изменении режима коммутации транзисторов преобразователя напряжения снижается ток заряда емкостного фильтра, уменьшается выходное напряжение. Сплошной линией (фиг. 4) приведена выходная характеоистика предлагаемого преобраэователя. Момент изменения режима коммутации транзисторов преобразователя выбирается, как правило, при токе (0,1— ) ном Таким образом, предлагаемый высоковольтный высокочастотный преобразователь напряжения обладает улучшенной 1р выходной характеристикой за счет уменьшения выходного напряжения при малых токах нагрузки. формула изобретения Высоковольтный высокочастотный преобразователь напряжения по авт. св. Ф 1153384, отличающийся тем, что, с целью повышения качества 20 выходного напряжения эа счет уменьшения нестабильности выходного напряжения в широком диапазоне изменения тока нагрузки, введены пороговый элемент, ключ и датчик тока, включенный 25 между входным выводом и отводом от средней точки первичной обмотки выходного трансформатора, причем выход датчика тока через пороговый элемент подключен к входу управления ключа, выход которого шунтирует часть резистора, установленного между общим выводом и объединенными инвертирующими входами компараторов. 141 5366 2У Фиг. 5 дых Составитель И. Никитин Редактор Н. Тупица Техред Л. Олийнык Корректор В. Гирняк Заказ 3881/52 Тираж 665 Подписное ВПИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4
