Регулируемый преобразователь постоянного напряжения Советский патент 1984 года по МПК H02M3/145 

11 Из(1бретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в различного рода системах электроснабжения для преобразова ния напряжения первичного источника электроснабжергия в постоянное регулируемое (либо стабилязированное) напряжение требуемого уровня. Известны регулируемые преобразова,тели простоянного напряжения, содерждщие регулирующий транзистор, сглаживающий фильтр, обратный диод, а также блок управления 1 ,2 и З В регулируемых преобразователях постоянного напряжения Cl и 2 для снижения динамических потерь, возникающих при включении регулирующего транзистора, последовательно с ним включен вспомогательный дроссель, шунтированньш диодом и гасящим резистором. Недостатком известных регуляторов является пониженный КПД за счет допол .нительного падения напряжения на вспо могательном дросселе и потерь мощноети в гасящем резисторе. В регулируемом преобразователе постоянного напряжения С31 вспомогательный дроссель, шунтированный диодом и гасящим резистором, включен в цепь обратного диода. Недостатком указанной схемы является также пониженньш КПД за счет до полнительных потерь мощности в гасящем резисторе. В регулируемом преобразователе по стоянного напряжения С 2 для уменьше ния коммутационных токов в силовой схеме последовательно с регулируюищм транзистором используется включение двухобмоточного дросселя, одна из об моток которого через диод подключена к источнику входного напряжения. Недостатком известньгх регуляторов постоянного напряжения является возникновение перенапряжений на вспомогательнок дросселе и элементах схемы в переходных режимах, что приводит к увеличению рассеиваемых мощностей на элементах гасящей цепи, на регули рующем транзисторе, в цепи обратного диода, к тепловому перегреву схемы и как следствие, к снижению надежности функционирования регуляторов. Кроме того, динамические потери, возникающие при включении регулирующ го транзистора и вызванные током короткого замыкания через проводящий в это же время обратньй диод, устра02йены не полностью, а лишь незначительно уменыпеиы. В этом случае ток короткого замыкания ограничен величинами индуктивного и активного сопротивхпгний вспомогательного дросселя, которые выбираются с учетом энергетики схемы и не могут быть достаточно б(ЗЛЬШИМИ, Наиболее близким к предлагаемому является регулируемый преобразователь постоянного напряжения, содержащий последовательно соединенные транзистор и сглаживающий фильтр, вход которого зашунтирован обратным диодом, причем вывод свободного электрода транзистора соединен с одним из входных выводов, а фильтр включен параллельно выходным выводам, один из которых является общим с другим входным выводом, например, включенный в прямом направлении относительно источника питания, а также систем, управления, выходами подключенную к цепям управления транзистора и тиристора 41. Недостатком указанного регулируемого преобразователя постоянного напряжения является пониженная надежность функционирования из-за невозможности запирания тиристора при перегрузках по току в аварийных режимах. Т(ри перегрузках по току и аварийного снятия отпирающих импульсов с.регулирующего транзистора тиристор остается открытым, так как в первом случае энергия, накопленная в дополнительной обмотке дросселя, не позволяет уме.ньишться его току и соответственно току тириЙ тора ниже тока удержания и последний останется открытым, а во йтором случае тиристор также будет открытым, так как не откроется регулирующий транзистор, что приведет либо к повышению напряжения на нагрузке до напряжения источника питания, либо к В1з1ходу из строя тиристора,. Цель изобретения - повыщение надежности функционирования регулируемого преобразователя постоянного напряжения путегб принудительного выключателя тиристора при перегрузках по току в аварийных режимах. Поставленная цель достигается тем, чго в регулируемый преобразователь постоянного напряжения, содержащий последовательно соединенные регулирующий транзистор и сглаживающий фильтр, вход которого зашунтирован обратньм основным диодом, причем вывод свободкого электрода транзистора соединен одним из входных выводов, а фильтр включен параллельно выходным выводам один из которых являетсяобщим с дру гим входным выводом, тиристор, включенный в прямом направлении относительно источника питания, а также си тему управления, выходами подключенную к цепям управления транзистора и тиристора, введены конденсатор, допо нительный диод и резистор, причем ко денсатор и тиристор, дополнительный диод и резистор образуют соответственно две последовательные цепи, пер вая из которых включена параллельно транзистору, а вторая образует встречно-параллельное соединение с тиристором. На фиг,1 показана структурная схема регулируемого преобразователя постоянного напряжения; на фиг.2временные диаграммы, поясняющие принцип работы преобразователя; на фиг.З - один из возможных вариантов выполнения структурной схемы системы управления с конкретной реализацией ее отдельных узлов. Регулируемый преобразователь постоянного напряжения (фиг.1) содержи последовательно соединенные регулиру ющий транзистор 1 и сглаживающий фильтр 2, вход которого защунтирован обратным диодом 3, а выходы 4 и 5 образуют выход регулируемого преобразователя постоянного напряжения. Параллельно регулирующему транзистор 1 установлены последовательно соединенные между собой тиристор 6 и конденсатор 7, причем тиристор включен в прямом направлении относительно .входного напряжения. Встречно-параллельно тиристору 6 подключены последовательно соединенные между собой диод 8 и резистор 9. Регулируемый преобразователь постоянного напряжения содержит также систему 10 управления, выходами подключенную к цепям управления регулирующего транзистора 1 и тиристора 6. Преобразователь работает следующи образом. При работе в режиме непрерывного тока дросселя фильтра 2 обеспечивает ся такая очередность работы силовых ключей, при которой вначале открывается тиристор 6 на время, достаточно для восстановления запирающих свойст обратного диода 3, принимая в свою анодную цепь ток нагрузки и ток коро кого замыкания обратного диода 3, выключающегося на этом этапе. При этом током тиристора 6 заряжается конденсатор 7. Величина конденсатора 7 выбирается из условия его заряда до напряжения 2...5 В на интервале коммутации обратного диода 3 и определяется величиной тока нагрузки и временем восстановления запирающих свойств обратного диода 3.После выключения обратного диода 3 включается регулирующий транзистор 1 и принимает на себя ток нагрузки и разрядный ток конденсатора 7. При этом ток разряда конденсатора 7 протекает вначале через регулирующий транзистор 1 и тиристор 6, обеспечивая его форсированное запирание, а после восстановления тиристором 6 запирающих свойств в обратном направлении - через регулирующий транзистор, 1, диод 8 и резистор 9, который ограничивает величину тока разряда. Процесс включения регулирующего транзистора 1 происходит в облегченном режиме благодаря малому напряжения на нем в момент включения, которое равно сумме напряжений на открытом тиристоре 6 и конденсаторе 7. В аварийных режимах (короткое замыкание в нагрузке, выход из строя обратного диода 3, случайное снятие импульсов управления на регулирующем транзисторе 1, когда регулирующий транзистор 1 не обеспечивает выключения .тиристора 6) происходит заряд конденсатора 7 до напряжения источника питания и тиристор выключается. После устранения аварийной ситуации и повторном включении регулируемого преобразователя постоянного напряжения конденсатор 7 разряжается ерез диод 8, регулирующий транзистор 1 и ограничивающий резистор 9, обеспечивая нормальное функциониррвание преобразователя. Система 10 управления регулируемого преобразователя постоянного напряжения (фиг.2) обеспечивает формирование на выходе двух последовательностей управляющих импульсов: последовательности управляющих импульсов 11 неизменной длительности, поступающих в цепь управления тиристором 6j последовательности управляю1цих импульсов 12 с изменяемой скважностью, поступающих в цепь управления регулирующего транзистора 1. В момент tg открывается тиристор 6и принимает в свою цепь импульс 13 тока, представляющий собой сумму тока нагрузки и тока короткого замыкания обратного диода 3, При этом током тиристора 6 заряжается конденсат 7(диаграмма 14). В момент t включа ется регулирующий транзистор 1, приг нимая на себя ток нагрузки и разрядный ток конденсатора (диаграмма 15), а тиристор 6 выключается за.счет ответвления его анодного тока через регулирующий транзистор 1 (t на диа рамме 13) и протекания через него в обратном направлении разрядного тока конденсаторе 7 (интервал на ди аграмме 13), способствующего ускорен ному запиранию тиристора 6. После уменьшения обратного тока тиристора до нуля конденсатор 7 продолжает раз ряжаться через диод 8, резистор 9 и регулирующий транзистор 1 .(диаграмма 16). На фиг.З представлен возможный схемотехнический вариант выполнения системы 10 управления, реализующий вы шеприведенный алгоритм функционирования предлагаемого преобразователя. Она состоит из задающего генератора 17э широтно-импульсного модулятора 18, схемы 19 совпадения и двух усилителей 20 и 21 мощности. Широтноимпульсньш модулятор 18 содержит последовательно соединенные генератор 22пилообразного напряжения и схему 23сравнения. Схема 19 совпадения вы полнена в виде последовательно соединенных элементов 2И-НЕ 24 и 25. Один из входов элемента 24 через инвертор на элементе И-НЕ 26 соединен с выходом задающего генератора 17, а второй вход соединен с выходом широтно-импульсного модулятора 18. мотехническая реализация задающих генераторов, усилителей мощности, reiнераторов п 1лообразного напряжения и схем сравнения широко известна из литературы, поэтому подробно останавливаться на них не будем. Задающий генератор 17 формирует последовательность импульсов 1 1 (фиг,2), которые через усилитель 21 поступают на управляющий, электрод тиристора 6, Последовательность импульсов 11 поступают также на вход генератора пилообразного напряжения 22 широтно-импульсного модулйтора 18, на выходе которого вырабатывается линейно изменяющееся напряжение 27. В результате сравнения этого напряжения с управляющим напряжением 28,, которое (в режиме стабилизации) является результатом измерения выходного напряжения преобразователя относительно эталонного напряжения, на вьпсоде схемы 23 сравнения формируется имтульсное напряжение 29, скважность которого зависит от величины управляющего напряжения 28. Импульсное напряжение 29 поступает на один вход схемы 19 совпадения, на второй вход которой подается последовательность импульсов 11. На выходе схемы 19 совпадения формируется последователь- : ность импульсов 12, которая через усилитель 20 поступает в управляющую цепь регулирующего транзистора 1. Использование предлагаемого преобразователя по сравнению с прототипом позволяет повысить надежность функц онирования преобразователя благодаря принудительному выключению тиристора в аварийных режимах, уменьшить время выключения тиристора более чемJB 2 раза расщирить диапазон регулирования,а также увеличить частотный диапазон преобразования напряжения.

РЕГУЛИРУЕМЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий последовательно соединенные транзистор и сглаживающий фильтр, вход которого зашунтирован обратным основным диодом, причем вывод свободного электрода транзистора соединен с одним из входных выводов, а фильтр включен параллельно выходным выводам, один из которых является общим с другим входным выводом, тиристор, включенный в прямом направлении относительно источника питания, а также систему управления, выходами подключенную к цепям управления транзистора и тиристора, отличающийся тем, i что, с целью повышения надежности путем принудительного выключения тиристора при перегрузке по току в аварийных режимах, введены конденсатор, дополнительный диод и резистор,причем конденсатор и тиристор, дополнительный диод и резистор образуют соответственно две последовательные цепи, лервая из которых включена параллельно транзистору, а вторая образует 00 встречно-параллельное соединение с со тиристором. 00

2

-ia

ff

tt гз

.l

I/I

УФи,.3