Стабилизированный конвертор Советский патент 1984 года по МПК H02M3/335 G05F1/64 

Изобретение относится к преобразовательной электротехнике и может .найти применение во вторичных источ никах электропитания. Известен стабилизированньй преобразователь, содержащий ключевой усилитель мощности, схему управления, узел защиты, состоящий из датчика силовох о тока ключевого усилителя мощности, выполненного на трансформаторе тока, дополнительног выпрямителя, вход которого подключе к вторичной обмотке трансформатора тока, а выход связан с пороговым элементом, подключенным к схеме управления С JНедрстатком этого устройства является ограниченное использование перегрузочных возможностей транзисторов ключевого усилителя мощности. Наиболее близким к изобретению является стабилизированный конверто содержащий транзисторный ключевой усилитель мощности, к выходу которого подключен силовой трансформатор, вторичная Ьбмотка которого через выпрямитель и.фильТр подключена к выходным зажимам конвертора, схему управления, связанную с указанным усилителем мощности, узел защиты, состоящий из датчика силового тока усилителя мощности, выполненного на трансформаторе тока и дополнительном выпрямителе, вход ко торого подключен к вторичной обмотке трансформатора тока, а выход свя за с первым входом порогового элемента, к второму входу которого подключен источник опорного напряже ния, а выход порогового элемента подключен к схеме управления. В дан ном Конверторе на входе порогового элемента, образующего первый канал срабатывания защиты, включена ин-/ тегрирующая цепочка, обеспечивающая задержку его срабатывания, кро не того, узел запситы имеет безынерционный канал, воздействующий на схему управления усилителя мощноетиС23. Недостатком данного инвертора яв ляетсЯ практически одинаковый порог срабатывания обоих каналов защиты, что ограничивает использование перегрузочных способностей транзисторов усилителя мощности, заключающееся в том, что перегрузки большой кратности транзисторы способны выдерживать кратковременно, а перегру ки с малой кратностью длительно. Это в свою очередь ограничивает область применения конвертора. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей конвертора путем более полного использования перегрузочных способностей транзисторов. . Поставленная цель достигается . тем, что в стабилизированном конверторе, содержащем транзисторный ключевой усилитель мощности, к выходу которого подключен силовой трансформатор , вторичная обмотка которого через выпрямитель и фильтр подключена к выходным зажимам конвертора, схему управления, связанную с указанным усилителем мощности, узел защиты, состоящий из датчика силового тока усилителя мощности, выполненного на трансформаторе тока и дополнительном выпрямителе, вход которого подключен к вторичной обмотке трансформатора тока, а выход связан с первым входом порогового элемента, к второму входу которого подключен источник опорного напряжения, а выход порогового элемента подключен к схеме управления, к вькоду дополнительного выпрямителя подключен делитель напряжения на п резисторах, образующих п выходов указанного делителя, каждый из которых связан с первым входом порогового элемента через сЬответствующие развязывающие диоды и интегрирующие цепочки, причем постоянные времени интегрирующих цепочек с увеличением коэффициента передачи резистивного делителя возрастают . С целью исключения режима повторных включений конвертора при перегрузках пороговой элемент может быть выполнен с самоблокировкой. С целью повышения помехоустойчивости конвертора между интегрирующими цепочками и первым входом порогового элемента могут быть включены дополнительные транзисторы в режиме эмиттерных повторителей с дополнительным резистором в общих эмиттерных цепях, а общая точка соединения интегрирующих цепочек может быть подкйючена к источнику опорного напряжения. На чертеже представлена принципиальная электрическая схема стабилизированного конвертора. Конвертор содержит транзисторный ключевой усилитель мощности 1, трансформатор 2, выпрямитель 3, фильтр 4, схему управления 5, источ ник опорного напряжения 6, узел защиты 7, датчик силового тока усилителя мощности 8, датчик выходного напряжения 9, трансфбрматоры импуль сов управления 10 и 11. Усилитель мощности 1 содержит два силовых транзистора 12 и 13. Датчик силового тока 8 выполнен на трансформаторе тока 14, дополнитель ном выпрямителе 15 и резисторе 16. Узел защиты 7 состоит из порогового элемента 17, вьшолненного на операц онном усилителе tS с целью самоблокировки на диоде 19, а также из делителя напряжения на резисторах 20-23, первой интегрирующей RC-цепочки на резисторе 24 и конденсатор 25, второй интегрирующей RC -цепочк на резисторе 26 и конденсаторе 27 и двух змиттерных повторителей на транзисторах 28 и 29, развязывающих диодах 30-32 и дополнительном резис торе 33. Кпючевой усилитель мощности 1, трансформатор 2, выпрямитель 3, фильтр 4 составляют силовую цепь конвертора. Усилитель мощности 1 пр образовывает постоянное входное питающее напряжение в серию импульсов повыщенной частоты, которые далее трансформируются трансформатором 2 в импульсы необходимой амплитуды, выпрямляются выпря1 итепем 3 и далее сглаживаются tiC -фильтром 4. Таким образом, на выходе конверт ра полз ается постоянное напряжение необходимой величины, гальванически изолированное от входного питающего напряжения. Схема управления 5 вырабать вает две сдвинутые на 180® последователь ности широ т но-модулир (рванных импуль сов, одна из которых через трансфор матор импульсов упра:вления 10, а другая через трансформатор импульсов управленияЦ поступают на входы тр1анзисторов 12 и 13 усилителя мощности 1 соответственйо. Скважность импульсов автоматически изменяется широтно-импульсным модулятором схемы управления 5 в зависимост от отклонения выходного напряжения конвертора от заданного значения, определяемого напряжением источника опорно-го напряжения источника 6 и коэффициентом деления, входящего в состав схемы управления 5 делителя дат-чика выходного напряжения конвертора 9. В итоге транзисторы 12 и 13 усилителя мощности t работают в двухтактовом ключевом режиме, включаясь по одному один раз в полпериода со скважностью, обеспечивающей стабилизацию выходного напряжения конвертора при изменениях входного питающего напряжения, тока нагрузки или других факторов. Первичная обмотка трансформатора тока 14 датчика 8 включена последовательно с первичной обмоткой выходного трансформатора 2. Ток вторичной обмотки трансформатора тока 14 выпрямляется дополнительным выпрямителем 15 и поступает, на резистор . 16. В результате напряжение на резисторе 16 пропорционально току первичной обмотки выходного трансформато- . ра 2. Выходной сигнал датчика 8с резистора 16 поступает на вход делителя напряжения 20-23 и через элементы 24-33 воздействует на вход порогового элемента 17. , - В качестве первого входа порогового элемента 17 используется неинвертирующий вход операционного усилителя 18 (СУ). Между,выходом и неннвертирующим входом ОУ 18 включен диод 19 однонаправленной глубокой положительной обратной связи. Инвертирующий вход ОУ 18 подключен к источнику опорного напряжения 6. В нормальном рабочем режиме напряжение на первом входе порогового элемента 17 меньше опорного напряже-. ния источника 6. На выходе ОУ 18 imeется низкий уровень напряжения,не оказывающей влияния на работу схемы управле1шя 5. В зтом режиме диод 19 находится в непроводящем состоянии Когда напряжение на входе порогового элемента 17 превьпиает уровень опорного напряжения источника 6, что происходит в аварийной ситуации, на выходе ОУ t8 появляется высокий уровень напряжения который, воздействуя на схему управленкя 3, мгновенно запрещаете прохождение из нее , сов для открывания транзисторов 12 и 13. Высокий уровень выходного напряжения ОУ через ;а1иод 19 поступает на неинвертирующий вход ОУ 18, и этим обеспечивает пребывание ОУ. в состоянии высокого выходного наt . 11 пряжения независимо от входных сигналов, т.е. происходит самоблокировка. Транзисторы 12 и 13 усилителя мощности 1 запираются и продолжают оставаться в запертом состояни что и защищает конвертор. Сигнал, поступающий от датчика токовых перегрузок 8 на вход узла запщты 7, вначале поступает на дели тель напряжения, образованный резисторами 20-23. Этот делитель имее три выхода: первый - имеющий наибол ший коэффициент передачи (точка сое динения резисторов 20 и 21), второй имеющий средний коэффициент передачи (точка соединения резисторов 21 и 22), третий - именмций минималь ный коэффициент передачи (точка соединения ре;зисторов 22 и 23). Вхо ды первой и второй интегрирующих R -цепочек подключена (соответ ственно 24, 25 и 26, 27) к педвому и второму выходам делителя 20-23. Базы транзисторов 28 и 29 этедатерных повторителей подключены к Вводам первой и второй интегрирукщкх PC-цепочек соответственно 24, 25 . и 26j 27. Эммитеры транзисторов 28 и 29 соединены параллельно и через резистор 33 подключешл к входу порогового элемента 17, куда же через диод 32 подюпочен третий выход делителя. Последовательно резистора 24 и 26 включены диоды 30 и 31 соответственно. Переходы база - эммитер транзис торов 28 и 29 и 30-32 используются в качестве элементов однонаправленной проводимостиi которые необходимы для исключения взаимного влияния выходшлс импедансов конденсаторов 25 и 27 и резистора 23 друг на G сохранением возмржности прохождения на вход порогоВОго элe 4eнтa 17 напряжений от того и элементов 25, 27, 23, на котором оно в данный момент максимальное. Включение транзисторов 28 и 29 во схеме эмиттер1алх повторителей позво ляет выбрать сопротивление резисторов 24 и 2&, превышающее по крайней мере на порядок величину сб1фотивления резисторов 21-, что прак тически исклктает шшяние токов заряда кондеясаторов 25 и 27 яа коэффициенты передачи по всем трем выходам делителя на резисторах 2023. Наличие диодов 30 и 31 ис ючает возможность разряда конденс%т6-ров 25 и 27 через резистооы 24 и 26 соответственно на р«зисто ы 21-23 делителя во время пауз между импуль-сами выходного сигнала датчика 8. Включение резистора 33 в эммитере цепи транзисторов 28 и 29 обеспечивает отрицательную обратную связь по току этих транзисторов, что повышает помехоустойчивость узла защиты 7 к внешним импульсным помехам. Повышение помехоустойчивости к внешним помехам способствует также включение общей точки конденсаторов 25 и 27 в цепь источника опорного напряжения 6, так как это исключает попадание на вход порогового элемента 17 сигналов, наводимых внешними импульсными помехами. Прохождение выходного сигнала датчика токовых перегрузок 8 через элементы 20-33 к входу порогового элемента 17 в целом зависит от кратности перегрузки (т.е. от соотношения значения тока при наличии перегрузки с значением тока при номи- нальной нагрузке), и от длительности перегрузки с определенной кратнос:тью. Выходной сигнал датчика токовых перегрузок 8 может проходить на выход порогового элемента 17 по трем каналам: по первому каналу (от первого выхода делителя на резисторах 2023 через диод 30, резистор 24 первой RC-цепочки 24 и 25, транзистор 28, резистор 33), по второму каналу (от второго .выхода делителя на резисторах через диод 31, резистор 26 второй ftC -цепочки 26 и 27, транзистор 29, резистор 33), по третьему каналу- (от третьего выхода делителя на резисторах 20-23 через диод 32). В третьем канале, как показано на схеме, интегрирующая цепочка может вообще отсутствовать, поскопысу канал вызывает срабатывание защиты при максимальных перегруз Ьсах и матлмапъном времени воздействия. Коэффициенты передачи ступеней делителя напряжения, образованного резисторами 21-23, и постоянные времени соответствукяцих интегрируюпщх цепочек 24, 25 и 26, 27 выбираются исходя из допустимых перегрузочных возможностей транзисторов 12 и 13 усилителя мощности 1. В нормальном установившемся рабочем режиме на выходе датчика 8 напряжение таково, что на всех трех выходах делителя на резисторах 20-23 напряжения недостаточны для того, чтобы через хотя бы один из каналов прошло на первый вход порогового элемента 17 напряжение, достаточное для срабатывания защиты. Потенциалы баз- транзисторов 28 и 29 близки к амплитудным значениям напряжений на первом и втором выходах делител на резисторах 20-23 соответственно. Так как напряжение на первом выходе делителя максимальное, то в этом ре жиме проводящим является транзистор 28, а транзистор 29 и диод 32 запер ты обратным смещением. В случае перегрузки усилителя мощности 1 напряжение на выходе 8, а также напряжения на всех выходах делителя на резисторах 20-23 одновременно возрастают пропорционально кратности перегрузки. При этом одновременно начинается подзаряд. конденсаторов 25 и 27 через резисто ры 24 и 26 и ДИОДЫ 30 и 31 соответственно. Напряжение с третьего выхода делителя через диод 32 проходи на вход порогового элемента 17 прак тически мгновенно ввщу отсутствияконденсаторов в этом канале. Предположим, что кратность перегрузки менш1е кратности срабатывани защиты по второму каналу, но превышает кратность срабатывания по первому каналу. При этом величина сигн ла, практически мгновенно проходяще го через третий канал, недостаточна для срабатывания порогового элемента 17 независимо от длительности перегрузки. При прохождении через датчик 8 каждого импульса тока усилителя мощности 1 сигналами первого и второго выходов делителя через последователыше диоды 30 и резистор 24, а также через последовательные диод 31 и резистор 26 соответственно происходит подзаряд соответствующих конденсаторов 25 и 27. Токи заряда конденсаторов 25 и 27 проходят также и через стабилитрон источника опсфного напряжения 6. Во время каждой паузы мезвду импульсами, тока усилителя мощности 1 либо вообще не происходит разряда конденсаторов 25 и 27, если соот ветствующе транзисторы 28, 29 нахо дятся еще в запертых состояниях, Л1:бо происходит частичный разряд на входное сопротивление соответств кяцих транзисторов 28 и .29, если оии 1 8 находятся в проводящем состоянии. Так как-входные сопротивления транзисторов 28 и 29, работающих в режиме эмиттёрных повторителей, немного больше сопротивлений резисторов 24и 26, то экспоненциальные приращения напряжений на конденсаторах 25и 27 в сторону увеличения напряжения за время импульса трка значительно превышают величины приращений напряжений на соответствующих конденсаторах в сторону понижения во время паузы между импульсами. В итоге за каждый полупериод работы усилителя мощности 1 потенциалы баз транзисторов 28 и 29 повьш1аются. Если при этом длительность перегрузки превышает постоянную времени интегрирующей цепочки 24 и 25 первого канала, то через заданное этой цепочкой время. .задержки напряжение на входе операционного усилителя 18 по цепи: транзистор 28 - резистор 33 - пороговый элемент 17, достигает порога сраба- тывания операционного усилителя 18, который, воздействуя на схему управления 5, прекращает подачу управляющих импульсов на транзисторы 12 и 13, а сам операционнь усилитель за счет обратной связи через диод 19 самоблокируется. Если кратность перегрузки превышает кратность срабатывания satoftTbi по третьему каналу, то величина напряжения, проходящего без временной задержки через диод 32, является достаточной для срабатывания порогового элемента 17 и время срабатывания защиты определяется лишь быстродействием операционного усилителя 18 порогового элемента, которое может быть порядка 1 мкс. Если кратность перегрузки средняя между срабатываниями второго и третьего каналов и длительность перегрузки превышает постоянную времени цепочки 26 и 27, срабатывание защиты проис ходит по второму каналу. Таким образом, введение выходную цепь датчика силового тока усиителя мощности делителя напряжения на резисторах и соответствующих интегрирую1цих цепочек позволяет сочетать кратность перегрузки с ее лительностью и более полно использовать перегрузочные возможности транзисторов силового контура конвер.9112705410 .

TopSf так как соответствующим выбо- кратности перегрузочного тока и ран номиналов элементов узла защиты соответствующее им время срабатывамогут быть получены любые желаемые ния защиты.

1. СТАБШШЗИРОВАННЫЙ КОНВЕРТОР, содержап й транзисторный ключевой усилитель мощности, к которого подкжочен силовой трансформатор, вторичная обмотка которого через вьтрямитель и шьтр подключена к выходньм зажимам конвертора, схему управления, связанную с указанный усилителем мощности, узел защиты, состоящий из датчика .силового тока усилителя мощности, зшюлненяого на трансформаторе тока и дополнительном выпря штеле, вход которого подключен к вторичной обмотке трансформатора тока, a выход связан . с первьм входом порогового элемента, к второму входу которого подключен источник (игорного напряжения, a вы,ход порогового з лемента подключен к схеме управления, о т л и ч a ю . ,1 щ и и с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей конвертора путем более полного использования перегрузочных способностей транзисторов, к выходу дополнительного выпрямителя подключен делитель напряжения на л резисторах, образующих h выходов указанного делителя, каждый из которых связан с первым входом порогового элемента Через соответствуишдае развя.зываюп е диоды и интегрируювдае цепочки, причем постоянные времени интегрирукмдах цепочек с увеличением коэффициента передачи резистивного делителя возрастают. 2.Конвертор по п. 1, отличающийся тем, что, с целью исключения режима повторных включений конвертора при перегрузках, пороговый элемент выполнен с самобдо1сировкой. 3.Конвертор по п. 1, о т л ич a ia щ и И с я тем, что, с целЬю повышения помехоустойчивости, между, интегрирующиьт цепочками и первьм входом порогового элемента включены дополнительные транзисторы в режиме эшттерных повторителей с дополнительным резистором в общих цепях, a общая точка соединения интегрирующих цепочек подключена к источнику опорного напряжения.

- о