Статический преобразователь напряжения

 

(Iц655О47

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

-, Ък 1 jr+ у. м (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 05.10,76 (21) 2410188!24-07 с присоединением заявки Ме— (23) Приоритет (43) Опубликовано 30.03.79. Бюллетень М 12 (45) Дата опубликования описания 30.03.79 (51) М. Кл.в

Н 02 М 7/515

Государственный комитет

СССР (53) УДК 621.314.572 (088.8) по делам изобретений открытий (72) Авторы изобретения

А. И. Гинзбург, Г. Е. Пикулин и А. E. Серебренник (71) Заявитель (54) СТАТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к преобразовательной тсхнике и может быть использовано в качестве источника питания радиоэлектронной аппаратуры, устройств автоматики и промышленной электроники. Оно может использовано как в транзисторных, так и в тиристорных статических преобразователях.

Известны статические преобразователи напряжения, в которых выходное напряжение стабилизировано Ilo среднему за полупериод значению. Тем самым достигается стабильность амплитудного значения индукции в сердечнике силового трансформатора и создают условия, препятствующие возникновению в нем постоянного подмагничивания. В качестве элемента, интегрирующего выходное напряжение и обеспечивающего переключение коммутирующих элементов в момент достижения средним значением (индукцией) заданной величины, может использоваться, например, дроссель насыщения (1).

Недостатками известного являются намоточные элементы, такие как трансформаторы и дроссели, не подаются микроминиатюризации современными технологическими методами, большой разброс величин индукций насыщения магнитных материалов вызывает разброс стабилизированной величины индукции в сердечнике силового

2 трансформатора, и как следствие, необходимость увеличения запаса по его индукции.

Последнее приводит к возрастанию габаритов устройства.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является инвертор, содержащий силовые транзисторы с цепями управления, трансформатор, интегрирующую RC-цепь, соединенную со вторичной

10 обмоткой трансформатора, и коммутирующую цепь, состоящую из симистора н дросселя. Выходное напряжение такого инвертора оказывается стабилизированным по стреднему значению, а частота определяет15 ся величиной поданного напряжения (2).

Недостатком известного устройства является большая мощность потребления интегрирующей RC-цепью и коммутирующим элементом, а также загрузка силовых транзисторов дополнительным током, необходимым для выхода транзисторов из режима насыщения. Такой преобразователь практически не поддается миниатюризации.

Поставленная цель достигается тем, что в статический преобразователь напряжения, содержащий силовые ключи, трансформатор, интегрирующую RC-цепь, соединенную со вторичной обмоткой трансформатора, введен пороговый элемент, первый вход

3о которого соединен с конденсатором RC-це655047 пи, второй вход — с источником опорного напряжения, а выход — co входом, блока управления ключами и со вспомогательной цепью из двух последовательно соединенных резисторов, один из которых зашунтирован диодом, и конденсатора, соединенного с базой дополнительного транзистора, переход эмиттер-коллектор которого шунтирует конденсатор RC-цепи, причем последняя подключена ко вторичной обмотке трансформатора через выпрямитель.

В тех случаях, когда необходима гальваническая развязка между нагрузкой и цепями управления, выпрямитель, выход которого подключен к интегрирующей ßC-цепи, подключается к третьей обмотке трансформатора.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема статического преобразователя; на фиг.

2 — временные диаграммы напряжения в характерных точках схемы.

Статический преобразователь содержит силовые полупроводниковые элементы 1 (транзисторы или тиристоры), коммутирующие цепь первичной обмотки однофазного трансформатора 2.

В качестве примера дана мостовая схема.

Ко вторичной обмотке трансформатора 2 параллельно нагрузке 3 подключен двухполупериодный выпрямитель 4, к выходу которого присоединена интегрирующая цепь состоящая из резистора 5 и конденсатора 6.

К конденсатору 6 подключены коллектор и эмиттер обнуляющего транзистора 7. Один из выводов конденсатора 6 соединен с первым входом порогового устройства 8. Второй его вход соединен с источником 9 опорного напряжения. Выход порогового устройства 8 соединен с последовательной цепью из двух резисторов 10 и 11 и конденсатора

12. Один из резисторов зашунтирован диодом 13. Один вывод конденсатора 12 подключен к общей точке схемы, другой соединен с базой транзистора 7. Кроме того, выход порогового устройства 8 соединен со входом устройства 14управления силовыми коммутирующими элементами 1.

На фиг. 2 обозначено напряжение 15 на интегрирующем конденсаторе 6, напряжение 16 опорного источника 9, напряжение 17 на выходе порогового элемента 8, напряжение 18 на конденсаторе 12, уровень 19 переключения транзистора 7, напряжение 20 на нагрузке 3; ti — момент включения порогового устройства 8, / — момент; включения транзистора 7, t> — момент выключения порогового устройства 8, /4 — момент выключения транзистора 7.

Преобразователь работает следующим образом.

После включения коммутирующими элементами 1 напряжения на первичную обмотку трансформатора 2, на нагрузке 3 появляется прямоугольное напряжение 20.

Выпрямитель 4 детектирует его и напряже10

55 б0

65 ие интегрирующего конденсатора 6 нарастает по закону, близкому к линейному.

В момент 1ь когда напря>кение 15 интегрирующего конденсатора сравняется с уровнем напряжения 16, срабатывает пороговое устройство 8 и на его выходе появляется напряжение 17, которое поступает в устройство управления и вызывает переключение коммутирующих элементов преобразователя. На нагрузке напряжение меняет полярность.

Появившееся на выходе порогового устройства напря>кение вызывает заряд конденсатора 12 через диод 13 и резистор 10.

Через некоторое время, определяемое постоянной времени заряда, напряжение 18 на конденсаторе 12 достигает уровня 19 переключения транзистора 7 (момент tq), который, насыщаясь, обеспечивает разряд интегрирующего конденсатор а 6. В момент когда снижающееся напряжение 15 конденсатора 6 сравняется с уровнем опорного напряжения 16 источника 9, пороговый элемент 8 переключится и снимет напряжение

17 со входа устройства 14 управления и зарядной цепи конденсатора 12. Последний начинает разряжаться через последовательно включенные резисторы 10 и 11. Резистор

11 установлен для ограничения разрядного тока конденсатора 12. В момент t4 транзистор 7 переходит в режим отсечки, К этому моменту интегрирующий конденсатор 6 оказывается полностью разряженным и начинается следующий цикл его заряда.

Таким образом, в преобразователе обеспечивается стабилизация амплитудного значения напряжения на интегрирующем конденсаторе, которое пропорционально среднему значению выходного напряжения преобразователя. Последнее, в свою очередь, пропорционально амплитудному значению индукции в сердечнике трансформатора 2.

Вся обработка информации производится в маломощных управляющих цепях с помощью полупроводниковых элементов, позволяющих использовать методы гибриднопленочной технологии. Тем самым существенно снижаются габариты устройства и потери в преобразователе. Коммутация силовых элементов происходит при номинальных значениях токов, поэтому надежность предлагаемого преобразователя выше. На повышение надежности сказывается также сокращение мощности потребляемой схемой.

Формула изобретения

Статический преобразователь напряжения, содержащий силовые ключи, связанные с блоком управления, интегрирующую

RC-цепь, связанную со вторичной обмоткой трансформатора, и источник опорного напряжения, отличающийся тем, что, с

655047

7b

7.5 п

77

7В

Wue 2

Vuc 1

Составптсль А. Сытин

Редактор Ю. Челюканов

Техред Н. Строганова

Корректор E. Хмелева

Заказ 185/14 Изд. ¹ 216 Тираж 865 Подписное

НПО Государственного ком:7тстп по делам пзобрстсппй и открытий

113035, Москва, >К-35, Раушская наб., д. 4/5

Тппографпя, пр. Сапунова, 2 целью снижения потерь и уменьшения габаритов, он снабжен пороговым элементом, псрвый вход которого соединен с конденсатором RC-цепи, второй вход — с источником опорного напряжения, а выход — со входом блока управления и со вспомогательной цепочкой из двух последовательно соединенных резисторов, один пз которых зашунтирован диодом, и конденсатора, соединенного с базой дополнительно введенного транзнстора, переход эмиттер — коллектор которого подключен параллельно конденсатору

RC-цепи, причем последняя соединена со вторичной обмоткой трансформатора через

5 выпрямитель.

Исто 7ники информации прннятыс во внимание прп экспертизе

1. Авторское сгидетсльстго СССР

¹ 352355, кл. Н 02 М 7/12, 1975.

lo 2. Патент Англии ¹ 1322009, Н3Т, 1974.