Резонансный преобразователь постоянного напряжения с защитой по току

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (и)з Н 02 Н 7/122, 3/337

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

«,1

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4760970/07 (22) 21 11.89 (46) 30.01.92. Бюл. hh 4

P l) Московский авиа ионный технологический институт им. К.Э.Циолковского (72) В.В.Мосин (53) 621.314.27(088.8) (56) Патент США И. 4587604, кл. Н 02 М 3/335. 1986.

Патент США O 4464709, кл. H 02 H 7/122, 1984. (54) РЕЗОНАНСНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ С ЗАЩИТОА ПО ТОКУ (57) Изобретение относится к электротехнике и может найти применение s системах электропитания. Цель изобретения — повышение надежности и упрощение. В преоб-!.

„>ЯХ„„17О9457 А1 разователь, содержащий резонансный инвертор на магнитно-транзисторых ключах 1 и 2 с трансформатором 3 тока. и резонансный контур 5 с выходным трансформатором.

6 и датчиком 4 тока, управляемый блоком 9 управления и узлом защиты с источником 18 опорного напряжения и пороговым усилителем 15, введены два делителя напряжения

14 и 16, два диода 22 и 24. резисторы, транзистор 28 и конденсатор 26, а трансформатор тока снабжен двумя пусковыми обмотками 7 и 8. Введение указанных злементов позволяет повысить надежность резонансного преобразователя как-путем защиты по току, так и путем упрощения схемы защиты и осуществлять независимую регулировку порогов срабатывания защиты и Я времени выдержки защиты; 1 ил. переключение транзисторов при ненулевом

Изобретение относится кэлектротехни- значении тока и наличие динамических поке и может быть использовано в системах терь. При перегрузке, когда выходное наэлектропитания. пряжение уменьшается, блок обратной

Известен резонансный преобразова- 5 связи вырабатывает импульсы с более низтель напряжения, содержащий полумосто- кой частотой, чтобы увеличить амплитуду вой инвертор, в диагональ которого резонансного тока и тем самым скомпенсивключены резонансный контур с силовым ровать падение выходного напряжения, трансформатором и датчик тока, блок уп- Г3риперегрузкепотокуаварийноснижаетсю равления, содержащий усилители обратной 30 выходное напряжение. Снижение выходносвязи по выходному напряжению и средне- ro напряжения приводит к Снижению частому току нагрузки, выходы которых через ты коммутации и росту амплитудного сумматор и узел преобразования напряже- значения резонансного тока по цепи обратния в частоту подключены к импульсному ной связи. Кроме того, снижение выходного усилителю силовых транзисторов, и узел 5 напряжения, пересчитанного в первичную контроля наличия резонансного тока на цепь,также ведет к росту амплитуды резокомпараторе, выходом подключенном к sxo- нансного тока. Ори этом коммутация транду импульсного усилителя, зисторов происходит вблизи максимальных

Построение цепи управления указанно- значений резонансного тока, что еще более го преобразователя основано на контроле .20 повышает потери на переключение. Недосуммы сигналов выходного напряжения и статком является также то, что в режиме среднего значения резонансного тока в ди- перегрузки или короткого замыкания схема агонали инвертора. При перегрузке и ава- защиты возвращается висходноесостояние рийном снижении выходного напряжения всякий раэ, когда резонансный ток в диагосреднее значение тока сначала возрастает 25 нали проходит врез ноль, т.е. при перегрузподдействиемобратнойсвязи,уменьшаю- ке транзисторы работают в наиболее щей паузы между полуволнами резонансно- неблагоприятном режиме неограниченно

ro тока, а затем — эа счет роста амплитуды долго. Кроме того, сама схема защиты являрезонансноготока,таккакпересчитанноек ется довольно сложной, так как содержит первичной обмотке выходное напряжение ЗО синхронизируемый генератор, формировауменьшается. Все это приводит к росту мак- тель длительности импульса и управляемый симальных значений тока через транэисто- узел сравнения. ры инвертора и при длительной работе на Цель изобретения — повышение надежперегрузку или короткое замыкание может ности и упрощение. вызвать выход их из строя. 35 Поставленная цель достигается тем, что

Наиболее близким по технической сущ- в резонансном преобразователе постоянности и достигаемому результату, к предла- ного напряжения с защитой по току, содергаемому является реэонайсный жащем подключенный к выходным выводам преобразователь напряжения, содержащий двухтактный инвертор на магнитно-транэиполумостовой инвертор на магнитно-тран- 40 сторных ключах, в диагональ которого вклюзисторных ключах, s диагональ которого чены последовательно соединенные включен резонансный контур с датчиком то- резонансный контур, трансформаторный каисиловымтрансформатором,блокобрат- датчик тока и первичная обмотка силового ной связи, входом соединенный с трансформатора, выходные обмотки котовыходными выводами, а выходом — с им- 45 рогочерезсиловые выпрямители ифильтры пульсным усилителем, своим выходом под- соединены с выходными выводами, блокупключенным к выключающей обмотке равления входом соединен с одним из вытрансформатора тока магнитно-транзи- ходных выводов, а выходом через первый сторныхключей,иблокэащиты, выходкото- ключевой транзистор — с выходом первого рого через импульсный усилитель 50 выпрямителя, вход которого подключен к подключен к выключающей обмотке транс- выключающей обмотке трансформатора тоформатора тока, вход импульсного усилите- ка,магнитно-транзисторных ключей, второй ляподключенк выходу,уэлавыделениятока выпрямитель входом подключен к выходу перегрузки на усилителе, генераторе и тай- трансформаторного датчика тока, источник мере, 55 опорного напряжения и узел защиты, выПрийцип регулирования известного полненный на пороговом усилителе и втопреобразователя заключается в изменении ром ключевом транзисторе, трансформатор частоты колебаний вблизи резонансной, что тока снабжен двумя пусковыми обмотками, приводит к уменьшению амплитуды резо- соединенными с дополнительными выходанансного тока. Недостатками его являются ми блока управления, в узел защиты введе1709457 ны два делителя напряжения, два диода, шесть резисторов, транзистор и конденсатор, а пороговый усилитель выполнен двухвыходным, причем первый делитель напряжения входом подключен к выходу 5 второго выпрямителя, а выходом — к неинвертирующему входу порогового усилителя, инвертирующий вход которого подключен к выходу второго делителя напряжения, а вход через первый резистор — к источнику 10 опорного напряжения, первый выход порогового усилителя через второй резистор соединен с выводом питания и через третий резистор с бзэой второго ключевого транзистора, эмиттер которого соединен с общей шиной, а коллектор через первый диод — с выходом первого выпрямителя и через вто15 рой диод и четвертый резистор с. входом второго делителя напряжения, неинвертирующий вход порогового усилителя подклю20 чен к выводу конденсатора, который другим выводом соединен с выводом питания через пятый резистор и с коллектором трзнзистора, эмиттер которого подключен к общей шине, бзэа подключена соответственно к 25 второму выходу noporosoro усилителя и через шестой резистор к общей шине.

На чертеже приведена схема предлагаемого преобразователя.

Резонзнсный преобразователь содер30 жит подключенный к входным выводам полумостовой инвертор на магнитно-трзнзисторных ключах, выполненных нз силовых транзисторах 1 и 2 и трансформаторе 3 тока. В диагональ инвар- 35 тора включены последовательно датчик 4 тока, резонансный контур 5 и силовой трансформатор 6, выходные обмотки кото-: рого через силовые выпрямители и фильтры подключены к выходным выводам, Пуско- 40 вые обмотки 7 и 8 трансформатора 3 тока подключены к дополнительным:выходам блока 9 упрзвления, вход которого подключен к одному иэ выходных выводов. Выключающая обмотка 10 трансформатора 3 тока через первый выпрямитель 11 соединена с коллектором и змиттером первого ключевого транзистора 12, баэз которого подключе45 на к выходу блока управления. Выход датчика 4 тока через второй выпрямитель 13 50 подключен к первому делителю 14 напряжения; выход которого соединен с неинвертирующим входом порогового усилйтеля 15, инвертирующим входом подключенного к выходу второго делителя 16 напряжения, 55 который своим входом через первый резистор 17 подключен к источнику 18 опорного напряжения. Первый выход порогового усилителя 15 подключен через второй резйстор

19 к выводу питания и через третий резистор 20 к базе второго ключевого транзистора 21, змиттер которого через цепь 22 смещения подключен к общей шине, а коллектор через первый диод 23 соединен с выходом первого выпрямителя 11 и через последовательно соединенные второй диод

24 и четвертый резистор 25 с входом второго делителя 16. Неинвертирующий вход порогового усилителя 15 подключен к первому выводу конденсатора 26, другой вывод которого соединен соответственно через пятый резистор 27 с выводом питания и через коллектор-эмиттер транзистора 28 с общей шиной. База транзистора 28 подключена соответственно к второму выходу порогового усилителя 15 и через шестой резистор. 29 к общей шине. Блок управления преобразователем в случае как регулируемого. так и нерегулируемого вариантов может быть выполнен по любой известной схеме, обеспечивающей противофазное управление магнитно-транзисторными ключами с нулевой паузой. Пороговый усилитель может быть выполнен нз компараторе с открытыми коллектором и эмиттером выходного транзистора, например КР5544САЗ, или любом другом усилителе, имеющем два противо- . фаэных выхода, Датчик тока может быть выполнен на трансформаторе с нагрузочным резистором.

Преобразователь работает следующим образом.

На управляющие обмотки 7 и 8 трансформатора 3 тока приходят чередующиеся импульсы, длительность которых достаточна для прохождения через соответствующий транзистор 1 (2) только одной полуволны .резонансного тока. Регулирование осуществляется длительностью паузы между управляющими импульсами, в течение которой обмотка 10 трансформатора 3 тока закорачивается через выпрямитель 11 ключевым транзистором 12, что удерживает оба транзистора 1 и 2 в закрытом состоянии.

Средний уровень выходного напряжения, пересчитанный к первичной обмотке силового трансформатора 6, определяет максимальное значение резонансного тока через силовые транзисторы 1 и 2. В номинальном режиме при отсутствии перегрузки сигнал с источника 18 опорного напряжения через резистор 17 и делитель 16 подается на инвертирующий вход порогового усилителя

15, В этом режиме сигнал с датчика 4 тока . через выпрямитель 13 и делитель 14 поступает на интегратор, образованный сопротивлениями делителя 14, резистором 27, . конденсатором 26 и транзистором 28. Последний.в номинальном режиме открыт. Поскольку в номинальном режиме среднее

1709457 значение напряжения на конденсаторе 26 и ловия выхода инвертора на номинальный на неинвертирующем входе порогового уси- режим как при устранении перегрузки, так лителя 15 меньше, чем на инвертирующем и при первоначальном включении, когда входе,еговыходнойтранзистороткрыт.На- броски резонансного тока превышают нопряжением нз резисторе 29 транзистор 28 5 минальные значения. Регулировка порога удерживается в открытом состоянии, а клю- срабатывания обеспечивается выбором дечевой транзистор 21 удерживается в закры- лителей 14 и.16, пороги отпускания — сооттом состоянии действием цепи 22 смещения ношением резисторов 17 и 25 и и не оказывает влияния на опорный сигнал соотношением резистора 27 и резистора на инвертирующем входе порогового усили- 10 нижнего плеча делителя 14. Диоды 23 и 24 теля 15. При перегрузке или коротком замы- служат для разделения цепей в номиналькаиии уменьшается пауза между ном режиме. управляющими импульсами под действием Таким образом, изобретение обеспечиблока обратйой связи и растет. амплитудное: вает повышение. надежности резонансного значение резонансного тока, так кзк умень- 15 преобразователя как путем защиты, так и шилось выходное напряжение. Кондеиса- упрощением схемы защиты, а также позвотор 26 заряжается до напряжения, ляетосуществлятьнезависимуюрегулировпревышающегоопорн в номинальном ре- ку порогов срабатывания или времени жиме. Пороговый усилитель 15 срабатывз- выдержки защиты. ет. Уровни сигналов на его выходах 20 меняются на противоположные,так как вы- . Формула и зоб ретен и я ходной транзистор порогового усилителя 15 Резонансный преобразователь постозакрывается. В результате открывается янного напряжения с защитой по току, сотранзистор21. Входделителя16подключа- держащий подключенный к входным ется к выходу вновь образованного делите- 25 выводам двухтактный иивертор иа мзгнитля на резисторах 17 и 25. Тем самым но-транзисторных ключах, вдиагональ котоуровень опорного напряжения на инверти- рого включены последовательно ющем входе порогового усилителя скач- соединенные резонансный контур, транс. ком уменьшается. 8 зто же время форматорный датчик тока и первич à обня бзакрывается транзистор 28, предотвращая 30 мотка силового трансформатора, выходные разряд конденсатора 26 на резисторы дели- обмотки которого через силовые выпрямителя 14. Таким образом, иа иеинвертирую- . тели и фильтры соединены с выходными выщем входе порогового усилителя 15 сигнал водами, блок управления входом соединен оказывается выше, чем на инвертирующем с одним из выходных выводов, а выходом входе, что надежно удерживает пороговый 35 через первый ключевой транзистор — с выусилитель в выключенном состоянии. Одно- ходом первого выпрямителя, вход которого временно открытый транзистор 21 закора- подключен к выключающей обмотке трансчивает выключенную обмотку 10 форматора тока магнитно-транзисторных трансформатора Зтока,чтосрываетколеба- ключей, второй выпрямитель входом подния инвертора независимо от наличия уп- 40 ключен к.выходу трансформаторного датчиравляющих импульсов иа обмотках 7 и 8. ка тока. источник опорного напряжения и

Инвертор выключается. Через резистор 27 узел защиты, выполненный на пороговом . и часть делителя 14 начинается перезаряд усилителе и втором ключевом транзисторе, конденсатора 26с постояинойвремеии, on- . отличающийся тем. что, с целью ределяемой, в основном, резистором 27, ко- 45 повышения надежности и упрощения, в нем торый определяет паузу между повторными трансформатор тока снабжен двумя пусковключениями инвертора. При перезаряде выми обмотками, соединенными с дополниконденсатора 26 напряжение на иеинверти- тельными выходами блока управления, в рующем входе noporoioro усилителя 15 узел защиты введены два делителя напряуменьшается и по достижении им величины 50 жения, два диода. шесть резисторов, траннапряжения на иивертирующем входе вы- эистор, конденсатор, а пороговый . ходные сигналы порогового усилителя ме- усилительвыполнендвухвыходиым. причем няются на противоположные. Схема первый делитель напряжения входом под- защиты возвращается в исходное состоя- ключен к выходу второго выпрямителя, а ние, происходит повторный запуск инверто- 55 выходом -. к неинвертирующему входу пора. Разность напряжений срабатывания и рогового усилителя, иивертирующий вход отпускания на конденсаторе 26 определяет которого подключен к выходу второго делиа конденсатора 26 до момента теля напряжения, первый выход порогового следующего срабатывания, если перегрузка усилителя через второй резистор соединен не устранена. Это время выбирается иэ ус. с выводом питания и через третий резистор

У

1709457

Составитель 8.Мосин

Редактор АЛежнина Техред M,Moðãåíòàë Корректор Н.Ревская

3экэз 433 . Тираж Подписное

ВНИИЙИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 с базой второго ключевого транзистора, змиттер которого подключен к общей шине, . э коллектор через первый диод соединен с выходом первого выпрямителя и через последовательно соединенные второй диод и 5 четвертый резистор с входом второго делителя напряжения, неинвертирующий вход

noporoaoro усилителя подключен к выводу конденсатора, который другим выводом соединен соответственно с выводом питания через пятый резистор и с коллектором транзистора, змиттер которого подключен к общей шине, а база подключена соответственно к второму выходу порогового усилителя и через шестой резистор к общей шине.