Квазирезонансный преобразователь постоянного напряжения с переключением при нулевом напряжении

 

Использование: системы электропитания различных электронных устройств. Сущность изобретения: повышение надежности за счет введения зависимости длительности формируемой паузы в работе силового транзисторного ключа 1 преобразователя , соединенного последовательно с дросселем 2 и первичной обмоткой 3 силового трансформатора 4, вторичная обмотка 5 которого через выпрямительный диод б и фильтр 7 соединена с выходными выводами, от.момента его закрытия и формы напряжения на нем в закрытом состоянии. Это обеспечивается за счет соединения катода диода 9, соединенного встречно-параллельно силовому транзисторному ключу 1 и конденсатору 8, с дополнительным входом 12 блока управления 11, При этом блок управления содержит первое 15, второе 16 и третье 17 реле времени, а также усилительно-согласующее устройство 14 соединенное выходом с управляющим входом силового транзисторного ключа 1. 1 з.п. ф-лы. 6 ил. СО

сика сОВетских

СОЦИАЛИСТИЧГСКИХ

РГСПУВЛИК (я)с Н 02 М 3/335

ГОСУДАРСТВЕ П-ОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР

{ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К ПАТЕНТУ )> ! ю (21) 5027651/07 (22) 18.02.92 (46) 23.08.93. Бюл, ¹ 31 (76) А.П,Пономарев (56) Заявка Японии ¹ 1-194867, кл, Н 02 М 3/28, 1989.

Патент США № 4720668, кл, G 05 F 1/40, 1988. (54) КВАЗИРЕЗОНАНСНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ С

ПЕРЕКЛЮЧЕНИЕМ ПРИ НУЛЕВОМ НАПРЯЖЕНИИ (57) Использование: системы электропитания различных электронных устройств.

Сущность изобретения; повышение надежности за счет введения зависимости длительности формируемой паузы в работе

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в системах электропитания различных электронных устройств.

Задача, на решение которой направлеНо заявляемое изобретение — повышение надежности зэ счет введения зависимости длительности формируемой паузы в работе силового транзисторного ключа преобразователя от момента его закрытия и формы напряжения на нем в закрытом состоянии.

Поставленная цель достигается тем; что в квэзирезонансном преобразователе Iloстоянного напряжения с переключением при нулевом напряжении содержащем подЯЫ 1836795 А3 силового транзисторного ключа 1 преобразователя, соединенного последовательно с дросселем 2 и первичной обмоткой 3 силового трансформатора 4, вторичная обмотка

5 которого через выпрямительный диод 6 и фильтр 7 соединена с выходными выводами, от момента его закрытия и формы напряжения на нем в закрытом состоянии. Это обеспечивается за счет соединения катода диода 9, соединенного встречно-параллельно силовому транзисторному ключу 1 и кон-. денсатору 8, с дополнительным входом 12 блока управления 11, При этом блок управления содержит первое 15, второе 16 и третье 17 реле времени, э также усилительно-согласующее устройство 14 соединенное выходом с управляющим входом силового транзисторного ключа 1, 1 з,п, ф-лы. 6 ил. ключенные к входным выводам последовательно соединенные силовой транзисторный ключ, дроссель и первичную обмотку силового трансформатора, вторичная обмотка которого через выпрямительный диод и фильтр соединена с выходными выводами, конденсатор и первый диод, подключенные встречно-параллельно силовому транзисторному, ключу, управляющий вывод которого соединен с выходом блока управления, причем катод первого диода соединен <ерез введенный второй диод с дополнительным входом блока управления.

При этом блок управления содержит первое. второе, третье реле времени и уси1836795

30

40

45 задержки выключения силового транзи-. сторного клЮча, так и изменения длительности полупериода собственной частоты 50

55 лительно-согласующее устройство, выходам соединенное с выходом блока управления, а входом — с выходом первого и входом второго реле времени, выходом соединенного с первым входом третьего реле времени, выход которого соединен с первым входом первого реле времени, у которого второй вход соединен с выводом для подачи управляющега сигнала:включения — выключения преобразователя, а третий вход — с выводом для подачи сигнала, управляющего формируемой им длительностью, при этом второй вход третьего реле времени соединен С дополнительным входом блока управления.

Использование дополнительной связи блока управления с электродом силового транзисторного ключа через введенный диод обеспечивает синхронизацию начала формирования блоком управления паузы с моментом начала поста напряжения на силовомтранзисторном ключе после егозакрытия. При этом длительность формируемой паузы зависит также от формы и величины напря>кения на закрытом силовом транзисторном ключе. Большей амплитуде напряжения должна соответствовать меньшая длительность паузы, Эта обеспечивается введенным соединением через

1 дополнительный диод, при котором напряжение на закрытом силовом транзисторном ключе воздействует на реле времени блока управления, формирующее длительность паузы. Более высокое, круче нарастающее напряжение воздействует на реле времени таким образом, что оно формирует более короткие временные интервалы. Причем соответствующим выбором времязадающих элементов реле времени, формирующего длительность паузы добиваются требуемой

0 точности компенсации изменения длительности импульса напряжения на закрытом силовом транзисторном ключе, Таким образом в предложенном преобразователе, работающем с внешним возбуждением обеспсчена компенсация как а контура, что существенно повышает его надежность .исключая - возмо>кность коммутации силового транзисторного ключа при ненулевом напряжении.

На фиг.1 представлена электрическая схема преобразователя; на фиг,2 — то >ке, на с вариантом исполнения блока управления; на фиг.3 — временные диаграммы, поясняю- щие работу" преобразователя;

15 на фиг. 4,5,6 — пример конкретнога выполнения преобразователя, схема электрическая принципиальная.

Преобразователь (фиг,1) содержит подключенные к входным выводам последовательно соединенные силовой транзиcTopHblA ключ 1, дроссель 2 и первичному обмотку 3 силового трансформатора 4, вторичная обмотка 5 которого через выпрямительный диод 6 и фильтр 7 соединена с выходными выводами, конденсатор 8 и первый диод 9, подключенные встречно-параллельному силовому транзисторному ключу

1, управляющий вывод которого соединен с выходом 10 блока управления 11, дополнительным входом 12 соединенного через второй диод 13 с катодом первого диода 9.

При этом блок управления 11 (фиг,2) содер>кит усилительно-согласующее устройство 14, выходом соединенное с выходом 10 блока управления, а входом — с выходом первого 15 и входом второго 16 реле времени, выходом соединенного с первым входом третьего реле времени 17, выход которого, соединен с первым входом первого реле времени 15, у которого второй вход соединен с выводом 18 для подачи управляющего . сигнала включения — выключения преобразователя, а третий. вход — с выводом 19 для подачи сигнала. управляющего формируе.мой им длительностью, причем вторбй вход третьего реле времени 17 соединен с дополнительным 12 входом блока управления, В качестве силового транзисторного ключа 1 может использоваться биполярный, полевой или со статической индукцией транзистор, например типа КП 934. Дроссель 2, как отдельный дискретный элемент может отсутствовать, а в его качестве использоваться например индуктивность рассеяния силового трансформатора 4, выполненного с ослабленной связью между первичной 3 и вторичной 5 обмотками. В качестве фильтра

7 можно применить например просто конденсатор большой емкости. Реле времени

15, 16, 17 можно выполнить по известным схемам, например на базе логических элементов 561 серии с RC — времязадающими цепями. Реле времени 15 — реле формирующее длительность открытого состояния силового транзисторного ключа 1 с дополнительнь(м входам блокировки и входом управления длительностью. Реле времени 17 — реле формирующее длительность паузы с дополнительным входом, от формы и величины напряжения на котором зависит формируемая длительность(чем круче и больше величина напряжения, тем короче длительность). Усилительно-согласующее устройство 14 можно выполнить на базе

1836795 гранзисторэ. работающего на согласующий трансформатор.

Преобразователь работает следующим образом. 8 исходном состоянии первое реле времени 15 находится в состоянии отработанной выдержки. но блокировано по второму входу, соединенному с выводом 18, сигналом лог" 1" (диаграмма 20, фиг.3). На выхо,це первого реле времени 15 — сигнал лог,"1" (диаграмма 21, фиг.3). На выходе второго реле времени 16 — сигнал лог. "0" (диаграмма 22, фиг,З), а на выходе третьего реле времени 17 — сигнал лог, "1" (диаграмма 23, фиг.3). На выходе усилительно-согласующего устройства 14 — сигнал отсутствует (диаграмма 24, фиг,3) силовой транзисторный ключ 1 — закрыт, напряжение на нем равно входному напряжению преобразователя (диаграмма 25. фиг.З), При подаче в момент времени То на вывод для подачи управляющего сигнала включения-выключения преобразователя

18 сигнала включения лог."0" (диаграмма

20, фиг.З), снимается блокировка с первого реле времени 15, и на его выхоце устанавливается сигнал лог."0" (диаграмма 21, фиг.3), а на выходе усилительно-согласующего устройства 14 начнет формироваться запирающий импульс (диаграмма 24, фиг.3), силовой транзисторный ключ остается в закрытом состоянии. Через задержку Ti-Т,, определяемую вторым реле времени 16, на его выходе установится сигнал nor "1" (в момент времени Т), диаграмма 22, фиг.3), который разрешает отсчет времени третьему реле времени 17. Через время выдержки Тг-Т третьего реле времени 17, определяемое напряжением на выводе 12, на его выходе установится сигнал лог, "0" (момент времени Тг, диаграмма 23, Фиг.З). По этому сигналу взведется первое реле времени 15, на выходе которого установится сигнал лог. "1" (диаграмма 21, фиг.3), а на выходе усилительно-согласующего устройства 14 начнет формироваться открывающий импульс (диаграмма 25, фиг.3), силовой транзисторный ключ переходит в открытое состояние (диаграмма 25. фиг.3). Через задержку Тз-Т2, определяемую вторым реле времени 16, на его выходе установится сигнал лог. "0" (момент времени Тз, диаграмма 22, фиг.3). По этому сигналу взведется третье реле времени 17, на выходе которого установится сигнал лог.

"1" (диаграмма 23, фиг,3), который в свою очередь разрешит отсчет времени первому реле времени 15.

Через время Т4-1g, определяемое первым реле времени 15, на его выходе установится сигнал лог. "0" (момент времени Т4, диаграмма 21. фиг.З). при этом на выходе усилительно-согласующего устройства 14 начнет формироваться запирающий импульс (диаграмма 24, фиг.3). Через задержку, определяемую вторым реле времени 16

Т5-Т4, в момент времени Т5, на eto выхадЕ установится сигнал лог."1" (диаграмма 22, фиг.3), который разрешит отсчет времени третьим реле времени 17. Однако реально отсчет времени начнется только после за10 крытия силового транзисторного ключа 1 в момент времени Тв, (диаграмма 25, фиг.3), когда начнется рост напряжения на нем, то есть после задержки выключения Тв-Т4 силового транзисторного ключа 1. Энергия, накопленная в индуктивных элементах за время открытого состояния силового транзисторного ключа 1, через выпрямитель 6 и

55 фильтр 7 передается на выход преобразователя.

После окончания в момент времени Т7 выдержки Тт-Тб третьего реле времени 17, которое выбирается таким, чтобы напряжение на силовом транзисторном ключе 1 достигло нулевого значения (диаграмма 25, фиг.3), на выходе третьего реле времени 17 установится сигнал лог. "0" (диаграмма 23, фиг,3). Далее через задержку, определяемую вторым реле времени 16Тэ-Т7, в момент времени Тв (соответствует моменту времени Тз) на его выходе установится сигнал лог."0" (диаграмма 22, фиг.3) и процесс повторится.

Допустим в момент времени Tg изменилась нагрузка преобразователя (уменьшилась), Тогда задержка выключения силового транзисторного ключа 1 относительно момента времени T>o — прихода запирающего импульса, увеличится. Однако так кэк третье реле времени 17 начнет отсчет времени только с момента Т вЂ” когда начнется рост напряжения на силовом транзисторном ключе, это увеличившееся время будет скомпенсировано(см. фиг,3). При этом из-за снижения нагрузки снизится амплитуда и крутизна импульса напряжения нэ закрытом силовом транзисторном ключе (диаграмма 25, фиг.3), что в свою очередь приведет к увеличению времени выдержки третьего реле времени 17 и следовательно очередное включение силового транзисторного ключа 1 в момент времени T>z проиэой; дет при нулевом напряжении на нем (диаграмма 25, фиг.3).

Конкретный преобразователь постоян-. ного напряжения, разработанный на базе предлагаемого изобретения содержит (см. фиг,4. 5, 6) силовой транзисторный ключ 1, в качестве которого использован транзистор

КП 934 Л, дроссель 2, как отдельный элемент отсутствует, но его роль выполняет индч 1836795

10

40

45 тивность рассеяния силового трансформатора 4, индуктивность подводящих проводников, Выпрямительный диод 6 — типа КД

2998 Г, фильтр 7 — С-1:C типа. конденсатор

8- К78 — 2, первый диод 9 — КД226Д, второй . диод 13 — КД 510 А.

В блоке управления 11 усилительно-согласующее устройство 14 выполнено на осйове транзисторного усилителя с транзистором КТ 646А, управляемого чеоез

КМОП-инвертор 26.1 (К 561 ЛА7), нагруженного на согласующий трансформатор 27.

Первое реле времени 15, выполнено на базе двухвходового 26,2 (см, фиг.5) логического элемента 2И-НЕ {K 561 ЛА7), первый вход которого через оптрон (например

АОТ101АС) соединен с выводом 18, а второй — с времязадающей RC-цепью, резистор 28 которой шунтирован обратно-включенным диодом для быстрого разряда времяэадающего конденсатора 29 при взводе реле времени и управляемым сопротивлением — на основе резистора и оптрона, светодиод ко-, торого соединен с выводом 19. Вывод 19 соединен через выход-вход блока обратной связи 30 с выходом преобразователя. При изменении сигнала на выводе 19 — изменяется ток заряда конденсатора 29 и следовательно формируемая первым реле времени

15 выдержка. 3а счет чего и осуществляется стабилизация выходного напряжения. Второе реле времени 16 выполнено на КМОПинверторе 26.3 {К 561 ЛА7) с резистором 31, и обеспечивает задержку распространения логического сигнала за счет времени своего переключения и заряда входной емкости микросхемы через резистор 31. Третье реле времени 17 выполнено на КМОП-инверторе

26.4 (К 561 ЛЛ7) к входу которого подключена времязадающая RC-цепь, конденсатор

32 которой через диод 33 соединен с первым входом реле времени, соединенным с выходом второго реле времени 16, для обеспечения его быстрого разряда при взводе реле времени. При этом. напряжение на времязадающую RC-цепь подается с ORC-цепи, образованной резистором 34, конденсатором 35 и внешним для блока управления диодом 13, Чброс ее в исходное состояние (раэряд конденсатора 35) осуществляется через диод 36, соединенный с первым входом реле времени.

Преобразователь рассчитан на входное напряжение 27 В и обеспечивает на выходе напряжение 5 В при токе нагрузки до 5А.

Средняя частота преобразования 0,5 МГц.

Формула изобретения

1. Квазирезонансный преобразователь постоянного напряжения с переключением при нулевом напряжении, содержащий подключенйые к выходным выводам и последовательно соединенные силовой транзисторный ключ.. дроссель и первичную обмотку силового трансформатора, вторичная обмотка которо о через выпрямительный диод и фильтр соединена с выходными выводами, конденсатор и первый диод, подключенные встречно-параллельно силовому транзисторному ключу, управляющий вывод которого соединен с выходом блока управления, выполненного с входом управляющего сигнала включения-выключения преобразователя и входом сигнала, управляющего формируемой им длительностью, отличающийся тем, что катод первого диода соединен через введенный второй диод с дополнительным входом блока управления, обеспечивающим управление длительностью паузы.

2. Преобразователь по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что блок управления содержит первое, второе и третье реле времени и усилительно-согласующее устройство, выходом соединенное с выходом блока управления, а входом — с выходом первого и входом второго реле времени, выходом соединенного с первым входом третьего реле времени. выход которого соединен с первым входом первого реле времени, второй вход когорого соединен с входом управляющего сигнала включения-выключения преобразователя, а третий вход — с входом сигнала, управляющего формируемой им длительностью, при этом второй входтреть. его реле времени соединен с дополнительным входом управления длительностью паузы.

ОЬ .

Фег.1

ЫХ.

Фа.2

Ф г.3!!

Та 1! 1. "Тэ

ll 1

1! ,4 б

1836795

ll т 11т Р 8 е 1 ! 1 !

9 Т! д !! 1

1836795

50, Ф I !

1

Фпг.б

Составитель А. Пономарев

Редактор А. Мельникова Техред М.Моргентал Корректор Н, Ревская

Заказ 3026 Тираж Подписное

БНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. ужгород, ул.Гагарина, 101