Преобразователь постоянного напряжения в постоянное

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в источниках вторичного электропитания. Цель - повышение КПД. Устр-во содержит трансформатор 1, вторичная обмотка которого через выпрямитель 2 и фильтр 3 присоединена к выходным выводам, полупроводниковый ключ 4, например полевой транзистор со статической индукцией, вход управления которого через два дополнительных ключа 5, 6 подключен к выходу блока управления 7. При поочередном отпирании и запирании первого 5 и второго 6 дополнительного ключей через управляющий вход полупроводникового ключа 4 будут проходить импульсы отпирающего и запирающего тока, причем благодаря конденсатору 14 импульсы тока управления форсируют отпирание и запирание полупроводникового ключа 4. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (51)5 Н 02 М 3/335

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4684709/07 (22) 10.03.89 (46) 23.07.91.Бюл.hh 27 (71) Киевский политехнический институт им.50-летия Великой Октябрьской социалистической революции (72) В.Д.Гулый, В.В,Тополь, В.Г.Морозов и

И,Ф.Пельтек (53) 621.314.058(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

%951594, кл, Н 02 М 3/335, 1982, Патент США М 4763236, кл. Н 02 М 3/335, 363-19, 1988.

Патент США М 4621311, кл. Н 02 М 3/335, 363-21, 1986. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО

НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ

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

Целью изобретения является повышение КПД;

На фиг.1 приведена электрическая схема преобразователя; на фиг.2 даны диаграммы токов и напряжений на элементах преобразователя; на фиг.3 и 4 приведена электрическая схема и диаграммы напряжений на элементах блока управления.

Преобразователь постоянного напряжения содержит трансформатор 1, вторичная обмотка которого соединена через выпрямитель 2 и фильтр 3 с выходными выводами, а первичная обмотка присоединена

{57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в источниках вторичного электропитания, Цель — повышение КПД. Устр-во содержит трансформатор 1, вторичная обмотка которого через выпрямитель 2 и фильтр 3 присоединена к выходным выводам, полупроводниковый ключ 4, например полевой транзистор со статической индукцией, вход управления которого через два дополнительных ключа

5,6 подключен к выходу блока управления 7.

При поочередном отпирании и запирании первого 5 и второго 6 дополнительного клю-. чей через управляющий вход полупроводникового ключа 4 будут проходить импульсы отпирающего и запирающего тока, причел1 благодаря конденсатору 14 импульсы тока управления форсируют отпирание и запирание полупроводникового ключа 4, 4 ил. к первому силовому выводу полупроводникового ключа 4, например полевого транзистора с управляющим р-и переходол(, вход 0 управления полупроводникового ключа 4 0 подключен к первым выходным выводам (Л двух дополнительных ключей, например к ф . эмиттерам комплементарной пары транзисторов 5,6, базы которых присоединены к Сс, выходам блока управления 7, а коллектор первого транзистора 5 подсоединен к первому выводу однополярного источника напряжения 8. Второй транзистор 6 комплементарной пары, шунтированный третьим резистором 9, подключен к первому конденсатору 10 и диоду 11, присоединенному к точке соединения первого 12 и второго 13 резисторов и второго 14 конденсатора, третьего ключа 15. Блок уп1665476

10

30

55 равления 5 содержит датчик перегрузки 16, широтно-импульсный модулятор 17, триггер 18,.элемент И 19, элемент ИЛИ 20, ycviлитель мощности 21, согласующий трансформатор 22, диодный оптрон 23, первый 24 и второй 25 логические инверторы, третий конденсатор 26 и восьмой резистор

27 пусковой цепи 28, ключ 29, а также четвертый 30, пятый 31, шестой 32 и седьмой

33 резисторы.

Для обеспечения надежного функционирования преобразователя напряжение источника однополярного напряжения и напряжение питания блока управления 7 должны появляться раньше входного напряжения преобразователя и исчезать после снятия последнего.

Входное напряжение обычно подается на преобразователь от сетевого выпрямителя через пусковые цепи.

Источник однополярного напряжения 8 и источник питания блока управления 7 могут быть реализованы на основе автономного маломощного преобразователя напряжения, питающегося от сетевого выпрямителя. В ряде случаев источник 8 одновременно может быть использован и для питания блока управления 7.

Рассмотрим работу устройства в установившемся режиме. Пусть в некоторый момент времени 1 включается первый транзистор (фиг.2,а) 5 и выключается транзистор 6. В интервале t1- t2 (фиг.2,в) происходит форсированное отпирание ключа 4 через форсирующий конденсатор 14 и заряд конденсатора 10 по цепи: положительный полюс однополярного источника напряжения, транзистор 5, затвор-исток ключа 4, запирающий конденсатор 10, резистор 12, отрицательный полюс однополярного источника напряжения 8. По окончании импульса управления в момент тз происходит эапирание первого транзистора 5 (фиг.2,а) и отпирание транзистора 6 (фиг.2,б), Идет быстрый перезаряд емкости затвор-исток ключа 4 с последующим поддержанием последнего в запертом состоянии за счет напряжения на конденсаторе 10, заряженного в предыдущий полупериод (фиг.2,r).

Одновременно с этим на этапе запертого состояния ключа 4 (интервал 1з - t4) происходит разряд до нуля конденсатора 14 через резистор 13.

При пропадании импульсов блока управления 7 (например, срабатывание защиты или неисправности самой системы управления 15), а также npvi включении преобразователя необходимо обеспечить подачу запирающего напряжения между управляющим и одним из силовых выводов (источник) полупроводникового ключа 4.

В момент включения преобразователя постоянного напряжения управляющий сигнал с выхода блока управления 7 поступает на базу ключа 15 и открывает его. Идет быстрый заряд конденсатора 10 по цепи: положительный полюс однополярного источника напряжения 8. ключ 15, конденсатор 10, диод 11, резистор 12, отрицательный полюс источника однополярного напряжения 8. Напряжение на конденсаторе 10 через резистор 9 прикладывается между управляющим и одним из силовых (истоков) выводов полупроводникового ключа 4 и последний оказывается запертым. По окончании переходных процессов в блоке управления 7 вырабатывается сигнал, запирающий ключ 15. В дальнейшем преобразователь работает, как было показано ранее.

При попадании импульсов управления транзисторы 5,6 выключены, блок управления 7 вырабатывает сигнал, отпирающий ключ 15, и на управляющем входе полупроводникового ключа 4 поддерживается запирающее напряжение. Таким образом обеспечивается надежное эапирание полу-. проводникового ключа 4, как в установившемся, так и в аварийных режимах, Блок управления 7 предназначен для выработки управляющих импульсов, обеспечивающих поочередное включение транзисторов 5 и 6 и запирание ключа 15 в установившемся режиме, а также запирание транзисторов 5 и 6 и включение ключа 15 при первоначальном включении преобразователя и в аварийных режимах. Как правило, блок управления имеет трансформаторный выход, что обеспечивает гальваническую развязку входной и выходной цепи преобразователя, а также содержит широтно-импульсный модулятор

17, обеспечивающий стабилизацию выходного напряжения преобразователя.

Рассмотрим пример реализации блока управления 15. Он состоит из датчика перегрузки 16, предназначенного для защиты силового транзистора от перегрузок, широтно-импульсного модулятора (ШИМ) 17, вырабатывающего импульсы управления, модулированные по длительности, усилителя мощности 21, обеспечивающего усиление импульсов управления до необходимого уровня, согласующего трансформатора напряжения 22, обеспечивающего гальваническую развязку блока управления 7 и полупроводникового ключа 4. При включении преобразователя постоянного напряжения ключ 9 замыкается и входное напряжение прикладывается к пусковой цепи 28 и обеспечивает заряд ее конденсатора

1665476

26. В интервале t1 — tz (фиг.4,а), пока напряжение на резисторе 27 превышает пороговое напряжение первого логического инвертора 24, напряжение íà его выходе равно нулю, которое устанавливает триггер 5

18 в единичное состояние. Этот нуль устанавливает второй инвертор 25 в единичное состояние (фиг.4,д), которое обеспечивает сигнал высокого уровня на выходе логического элемента ИЛИ 20. Это приводит к 10 значительному увеличению тока излучателя оптрона 23, Приемный элемент оптрона 23 через ограничительный резистор 32 соединен с первым и вторым выходными вывода- 15 ми ключа 15 (фиг,1). Поэтому в интервале t>tz (фиг.4;а) происходит отпирание ключа 15 и заряд конденсатора 10.

Необходимо отметить, что с момента т1 (фиг,4,а) начинает работать ШИМ 17, но им- 20 пульсы управления на входе усилителя мощности 21 отсутствуют, пока присутствует нулевой уровень на одном из входов схемы

И 19, и на выходной обмотке согласующего трансформатора напряжения 22, один край- 25 ний вывод которого соединен с эмиттерами транзисторов 5, 6 преобразователя, а другой — через базовые резисторы 30, 31 соединен с базами транзисторов 5,6.

Таким образом, в интервале t> - t2 30 (фиг.4,а) транзисторы 5,6 окажутся запертыми нулевым напряжением r. выходной обмотки согласующего трансформатора 22, а ключ 4 — напряжением запирающего конденсатора 10. 35

Таким образом, устраняется возможность появления недопустимо больших токов через ключ 4 и при включении.

После окончания переходных процессов при включении на выходе логического 40 инвертора 24 устанавливается единица (фиг.4,б), на выходе логического инвертара

25 (фиг.4,д) — нуль, Это приводит к установлению низкого уровня напряжения на выходе логического элемента ИЛИ 20, 45 прекращению тока приемного элемента оптрона 23 и запиранию ключа 15. Одновременно с этим в момент tz (фиг.4,а) с выхода логического инвертора 24 поступает разрешающий сигнал (фиг.4,б) на вход элемента 50

И 19. Сигнал широтно-импульсного модулятора 17 проходит через элемент И 19, усиливается до необходимого уровня усилителем мощности 21 и через.трансформатор 22 управляет работой транзисторов 55

5,6 преобразователя.

Необходимо отметить, что в отсутствие аварийных режимов на выходе датчика перегрузки 16 присутствует логическая единица. В аварийных режимах (момент з) на выходе датчика перегрузки 16 устанавливается логический нуль (фиг.4,е), который устанавливает триггер 18 в единичное состояние по инверсному выходу (фиг,4,г), на выходе логического элемента ИЛИ 20 появляется сигнал высокого уровня, который через оптрон 23. открывает ключ 15 преобразователя и, как было указано выше, обеспечивает заряд конденсатора 10 и запирание ключа 4. Одновременно с этим (фиг.2.е) нулевой сигнал с неинвертирующега выхода триггера 18 поступает на один из входов элемента И 19, запрещает" прохождение сигналов широтно-импульсного модулятора 17 на вход усилителя мощности

31. На выходе трансформатора 22 напряжение равно нулю и транзисторы 5 и 6 преобразователя оказываются запертыми.

Преобразователь постоянного напряжения в пас1оянное позволяет резко увеличить рабочую частоту преобразователя да сотен килагерц и выше вследствие обеспечения необходимого крутого фронта и повысить ега КПД, Формула изобретения

1. Преобразователь постоянного напряжения в постоянное, содержащий трансформатор, вторичная обмотка которого соединена через выпрямитель и фильтр с выходными выводами, а первичная обмотка включена между первым входным выводом и первым силовым выводом полупронодникого ключа, второй силовой вывод которого присоединен с второму входному выводу, а вход управления подключен к точке соединения первых выходных выводов двух дополнительных ключей, управляющие входы которых присоединены с выхода блока управления, входы каторага соединены с выходными выводами и с датчиком перегрузки соответственно, второй выходной вывод первого дополнительного ключа подсоединен к первому выводу однополярного источника напряжения, а второй выходной вывод второго дополнительного ключа присоединен к первому выводу первого конденсатора, третий ключ, первый и второй резисторы. второй конденсатор и диод, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения КПД, второй вывод первого конденсатора присоединен к второму силовому выводу полупроводникового ключа и к первому выходному выводу третьего ключа, управляющий вход которого присоединен к введенному входу блока управления, второй выходной вывод третьего ключа — к первому выводу однополчрнаго источника напряжения, второй вывод которого соединен через первый резистор и второй конденсатор, шунтированный вторым резистором, с вто1665476

Фиг.2 рым силовым выводом полупроводникового ключа, при этом второй выходной вывод второго дополнительного ключа, шунтированного третьим резистором, соединен через диод с точкой соединения первого 5 резистора и второго конденсатора, при этом блок управления выполнен обеспечивающим формирование отпирающего третий ключ сигнала на введенном входе при переходных и аварийных режимах.

1665476 а

Составитель В,Ежов .

Редактор Л,Лашкова Техред М.Моргентал Корректор О.Кравцова

Заказ 2397 Тираж 390 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101