Статический преобразователь напряжения

 

Союз Советскнх

Соцнапнстнческнх

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (Я04155 (61) Дополнительное к ввт. свид-ву 9 65504 (22) Заявлено 190680 (21) 2942475/24-07 (511М. Nn.з с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Н 02 М 7/515

Государственный комитет

СССР ио делам изобретений и открытий

Опубликовано 0702.82, Бюллетень № 5

Дата опубликования описания 070282 (53) УДК 621. 314..572(088.8) (72) Авторы изобретения

А.И. Гинзбург и Л.И.Свительман (71) Заявитель (54) СТАТИЧЕСКИЙ ПРЕОВРАЗОВАТЕЛЬ

НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть исполь-зовано в качестве источника питания радиоэлектронной аппаратуры, устройств автоматики и промышленной электроники, в частности, в транзисторных и тирнсторных ститических преобразователях.

По основному авт.св. ь. 655047 известен статический преобразователь напряжения, содержащий силовые ключи, связанные с блоком управления, генератор пилообразного напряжения, состоящий иэ интегрирующей RC-цепи, подключеиной к выпрямителю, соединен. ному со вторичной обмоткой выходного трансформатора, и транзистор, переход эмиттер-коллектор которого подключен параллельно конденсатору

RC-цепи, который,в свою очередь, подключен к первому входу порогового элемента, выходом соединенным со входом блока управления и со вспомогательной .цепочкой из двух последовательно соединенных резисторов, один из которых зашунтирован диодом, и конденсатора, соединенного с базой транзистора генератора пилообразного напряжения, а также источник опорно го напряжения, связанный со вторым входом порогового элемента C11.

Выходное напряжение такого преоб. разователя стабилизировано по среднему значению, что приводит к стабилизации амплитудного значения рабочей индукции в сердечнике выходного транзистора. Однако стабилизация амплитудного значения, индукции не гарантирует защиту от возникновения режима одностороннего подмагничивания сердечника, при котором через транзисторы преобразователя протекают экстра-токи, что снижает надежность устройства. Для исключения это. го режима либо снижают амплитудное значение индукции в сердечнике, либо вводят воздушный зазор в сердечник, либо используют материалы с по" логики петлями гистерезиса . Во всех этих случаях возрастают габариты трансформатора.

Цель изобретения — повышение надежности.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь введен элемент суммирования, первый вход которого подключен к выходу датчика тока подмагнивания, включенного в первичную и вторичную обмотки вы904155

20 ходного трансформатора, второй вход к источнику опорного напряжения, а ,выход - к второму входу порогового элемента., .

На фиг.1 показана электрическая схема устройства с мостовйм 1усилителем мощности ;на фиг. 2 — временные диаграммы в характерных точках схемы. Преобразователь содержит силовые ключи, 1, выходной 10 трансформатор 2, параллельно нагрузке 3 подключен выпрямитель 4, генератор 5 пилообразного напряжения, состоящий из интегрирующей ,RC-цепи на резисторе б и конден- 15 саторе 7 и синхронизнрующего транзистора 8, переход эмиттер-коллектор которого подключен параллельно конденсатору, который подключен через резистор 9 к первому входу порогового элемента 10, выходом подключенным со входом блока 11 управления и со вспомогательной цепочкой иэ двух последовательно соедидиненных резисторов 12 и 13, один из которых зашунтирован диодом 14, и конденсатора 15, соединенного с базой синхронизирующего транзистора генератора пилообразного напряжения.

Второй вход порогового элемента подключен к выходу суммирующего элемента 16 на резисторах 17 и 18,первый вход которого подключен к источнику

19 опорного напряжения, а второй к выходу датчика 10 тока намагничивания, состоящему из выпрямителя 21, выход которого зашунтирован резистотором 22, а вход подключен к выходной

,обмотке токового трансформатора 23, первичные обмотки которого включени последовательно с первичной и вторич-40 ной обмотками выходного трансформатора 2.

На фиг. 2 приняты следующие обозначения: 24-выходное напряжение генератора 5 пилообразного напряжения; 45

25-напряжение источника 19", 26-напряжение выпрямителя 21; 27-выходное напряжение порогового элемента 10;

28-уровень переключения синхронизирующего транзистора 8 генератора 5 50 пилообразного напряжения ; 29-напряжение на конденсаторе 15; 30-напряжение на нагрузке 3; t„ -момент подключения порогового элемента;

tg-момент включения синхронизирующего транзистора.8 генератора 5;

55 8-момент выключения порогорого элемента 10; t -момент выключения синхронизирующего транзистора 8 генератора 5, tz-момент включения порогового элемента 10 при возникновении подмагничивания.

На фиг. 1 показан вариант схемы, когда полярность напряжения выпрямителя.21 противоположна полярности источника 19 опорного напряжения и 65 генератора 5 пилообразного напряжения. Если же полярность выпрямителя

21 та же, что и источника 19 и гейератора 5, то подключение последних двух элементов должно поменяться местами, т.е. источник 19 опорного напряжения должен быть подключен к резистору 9, а генератор 5 пилообразного напряжения — к узлу суммирования.

Преобразователь работает следующим образом.

После включения соответствующих ключевых элементов 1 на нагрузке 3 появляется переменное напряжение, которое детектируется выпрямителем

4 и подается на генератор 5 пилообразного напряжения. В некоторый момент (t4 )сннхронизирующий транзистор

8 этого генератора выключается н начинается нарастание выходного генератора 5 по закону, близкому к линейному.

После переключения ключевых элемеитов 1 но цепям первичной н вторичной обмоток трансформатора 2 протекают токи, которые создают в сердечнике трансформатора 23 датчика 20 намагничивающего тока встречные магнитные полн. Разность их в выходной обмотке этого трансформатора создаст ток, пропорциональный току намагничивания трансформатора 2. Выпрямитель 21 детектирует этот ток н на резисторе

22 создается униполярное напряжение, пропорциональное намагничивающему току трансформатора 2. Элемент 16 суммирования подает алгебраическую сумму напряжения резистора 22 и источника 19 на вход порогового элемента 10. Так как в случае, изображенном на фиг. 1,онн имеют разную полярность, то элемент 16 суммирования подает на вход порогового элемента 10 их разность.

В момент слпилообразное напряжение 24 достигает величины суммы этих напряжения 25 и 26, пороговый элемент формирует на своем выходе импульс напряжения 27, который вызывает переключение блока 11 управления и силовых ключей 1. Одновременно с этим начинается процесс заряда конденсатора 15. В момент t,когда напряжение 29 конденсатора 15 достигает уровня 28 срабатывания транзистора 8, включается синхронизирукщий транзистор 8 генератора 5 и начинается спад пилообразного напряжения.

В момент t пилообразное напряжение

24 оказывается равным сумеее напряжений 25 и 26 и пороговый элемент 10 выключается. Начинается разряд конденсатора 15. В момент t+ запирается синхронизирующий транзистор 8 генератора 5 и начинается нарастание пи лообразного напряжения. Если имеет место подмагничиванне, то нарастаю904155 щий ток намагничивания снижает сумму напряжений 25 и 26 и момент ts равенства их пилообразному напряже,нию 24 наступает раньше, чем при от. сутствии подмагничивания. Поэтому момент переключения силовых ключей также наступает раньше, при этом сокращается длительность импульса напряжения, прекращается намагничивание сердечника трансформатора 2.

В последующий полупериод ток намагничивания спадает и длительность

его оказывается близкой к нормальной величине. Сердечник выводится в режим симметричного перемагничивания. 15

Чувствительность устройства к отклонению режима перемагничивания от нормального может быть сделана очень высокой, так как датчик

20 намагничивающего тока позволяет 20 легко согласовать его сигнал с уровнями напряжений опорного источника

19 и генератора 5. Поэтому предлагаемое устройство препятствует процессу .намагничивания, начиная с самых ранних стадий его развития.

Если полярность выпрямителя 11 совпадает с полярностями опорного источника 19 и генератора 5, то сумма напряжений 24 и 26 генератора З0

5 и выпрямителя 21 возрастает в случае подмагничивания быстрее, чем в нормальном процессе. Поэтому возникающее подмагничивание также вызовет более ранее переключение силовых ключей 1.

На низких частотах, где процессы подмагничивания происходят много медлеинее, высокая чувствительность устройства к возникновению подмагничивания может оказаться не обязатель-40 ной. В этом случае вместо датчика тока намагничивания можно использовать датчик тока первичной обмотки трансформатора 2.Схема преобразователя в этом случае оказывается нес- 45 колько проще. Это обстоятельство весьма полезно в случае многоканального выхода, когда трансформатор 2 имеет не одну, а несколько вторичных обмоток. При построении датчика намагничивакщего тока каждой нз этих обмоток должна соответствовать отдельная обмотка на датчике. В случае же датчика тока первичной обмотки в него заводится только цепь этой обмотки.

Использование предлагаемого ïðåобразователя практически исключает режим подмагкичиваиня трансформатора н тем самым повышает надежность устройства, так как пблностью исключается протекание в схеме экстратоков и коммутация силовых ключей преобразователя всегда происходит при номинальных токах. Отпадает необходимость во введении воздушного зазора в сердечник. Все это приводит к сокращению габаритов выходного трансформатора и преобразователя в целом.

Формула изобретения

Статический преобразователь напряжения по авт. св. 9 655047, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения надежности за счет уменьшения подмагничивания выходно.— го трансформатора, в него введен элемент суммирования, первый вход которого подключен к выходу датчика тока подмагничивания, включенного в первичную и вторичную обмотки и выходного трансформатора, второй вход подключен к источнику опорного напряжения, а выход — к второму Ьходу порогового элемента.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свйдетельство СССР

9 655047, кл. Н 02 М 7/515, 1976.