Стабилизированный конвертор Советский патент 1985 года по МПК H02M3/335 

Изобретение относится к преобразовательной электротехнике, может быть использовано во вторичных источниках питания, По основному авт,св.№ 944018 известен стабилизированный конверто содержащий усилитель мощности на транзисторах, входом соединенный с выводами для подключения входного напряжения, а выходом - с первичной обмоткой выходного трансформатора, вторичная обмотка которого через выпрямитель и фильтр подключена к выводам для подключения нагрузки и входу широтно-импульсного модулятора, другими входами .соединенного с источником опорного напряжения и выходом генератора пилообразного напряжения, а выходом - с одним входом формирователя управляющих импульсов, выходом подключенного к управляющим входам усилителя мощности, а другим входом к выходу узл защиты от перегрузки, одним входом соединенного с источником опорного напряжения, датчик тбка перегрузки, входом включенный ,в силовые цепи транзисторов усилит.еля мощности, выход датчика тока перегрузки зашунтирован последовательной цепью состоящей из диода, конденсатора и резистора, причем общая точка диод и конденсатора соединена с другим входом узла защиты, а общая точка конденсатора и резистора - с выходом генератора пилообразного напря жения. Стабилизированный конвертор, ис пользующий усилитель мощности с широтно-импульсной модуляцией, обыч но содержит индуктивно-емкостной сглаживающий фильтр. При В1 лючении стабилизированног конвертора, когда его выходное напряжение еще не достигло номинального значения , транзисторы усилите ля мощности работают со скважностью два, поскольку широтно-импульсный дулятор еще не работает. Переменно напряжение на вторичной обмотке вькодного трансформатора имеет форму меандра и после его вьшрямления получается постоянное напряж ние, поступающее на вход сглаживаю го фильтра. При этом возникает пер ходный процесс колебательного хара тера. При этом имеет место максиму зарядного тока дросселя, когда 27 , 2 амплитуда тока внесколт ко раз превышает ток в дросселе в установившемся режиме. С такой же кратностью возрастает коллекторный ток транзисторов усилителя мощности. Дополнительное возрастание тока дросселя и, как следствие, токов силовых транзисторов возможно за счет насыщения сердечника дросселя большим зарядным током riJ. Поскольку при включении коллекторный ток силовых транзисторов с кратностью вьппе двух пр€;вьпиает его величину в установившемся режиме, имеет место превышение предельно допустимого коллекторного тока силовых транзисторов, что, как известно, существенно снижает надежность устройства. Таким образом, недостатком известного стабилизированного конвертора является низкая надежность за счет перегрузки по коллекторному току силовых транзисторов усилителя мощности при включении. Цель изобретения - повьгаение надежности стабилизированного конвертора путем защиты силовых транзисторов усилителя мощности от перегрузок по току при включении. Указанная цель достигается тем, что в стабилизированный конвертор введен вспомогательный источник питания плавно нарастающего напряжения, входом соединенный с выводами для подключения входного напряжения, а выходом - со входом введенного узла контроля напряжения, выход которого через введенньй дополнительный диод подключен к указанной общей точке конденсатора и диода. На чертеже представлена принципиальная электрическая схема стабилизированного конвертора в полумостовом варианте для случая вьшолнения датчика тока перегрузки на трансформаторе тока с первичной обмоткой, включенной последовательно с первичной обмоткой выходного трансформатора, и вторичной обмоткой через вьтрямитель подключенной к резистору. Стабилизированный конвертор содержит усилитель 1 мощности с силовыми транзисторами 2 и 3, управ ляющими с помощью трансформаторов 4 и 5 тока. К выходу усилителя 1 мощности подключена первичная обмотка выходного трансформатора 6, вторичная обмотка которого через вьтрямитель 3 7 и фильтр 8 соедннепп с выводами для подключения нагру:зки, соединенными также с входом широтно-иниульсного Модулятора 9, другими входами подключенного к выходу генератора 10 пилообразного напряжения и источнику 11 опорного напряжения, а выходом - к входу формирователя 12 управляющих импульсов, выходы которого соединены с управляюпшми обмотками 13 и 14 трансформаторов 4 и 5 соответственно. Узел 15 защиты от перегрузки входом А соединен с источником 11 опорного напряжения, а выходом - с одним из входов формирователя 12 управляющих импульсов. Датчи 16тока перегрузки входом включен в коллекторные цепи силовых транзисторов 2 и 3 последовательно с первич ной обмоткой выходного трансформатора 6 и состоит из трансформатора 17тока, выпрямителя 18 и резистора 19. Выход Датчика 16 тока перегрузки зашунтирован дополнительно введенной последовательной цепью, состоящей из диода 20, конденсатора 21 и резистора 22. Общая точка диода 20 и конденсатора 21 соединена со входом Б узла 15 защиты, а общая точка конденсатора 21 и резистора 22 соединена с выходом генератора 10 пилообразного напряжения через резистор 23. Вспомогательный источник 24 питания плавно нарастающего напря жения входом соединен с выводами для подключения входного напряжения, а выходом - со входом узла 25 контро ля напряжения, выход которого через дополнительный .диод 26 подключен к общей точке конденсатора 21 и диода 20, Узел 25 контроля напряжения может состоять из делители напряжения на резисторах 27 и 28, включенного на выходе вспомогательного источника 24 питания, один из выходных выводов последнего соединен с эмиттером транзистора 29, переход база эмиттер которого зашунтирован резистором 30, база через последовательно включенные стабилитрон 31 и резистор 32 подключена к другому выходному выводу источника 24, а коллектор сое динен со средней точкой резистивного делителя напряжения (27, 28), являющейся выходом узла 25 контроля напря жения. Стабилизированный конвертор работает следующим образом. 274 В гаиротно-импульсноммодуляторе 9 происходит сравнение опорного нлпряжения источника 11 с суммой пилообразного напряжения и выходного напряжения стабилизированного конвертора. Выходные сигналы щиротноимпульсного модулятора 9 трапецеидальной формы поступают на вход формирователя 12 управляющих импульсов, формирующего два последовательно широтно-модулированных импульса с крутыми фронтами, сдвинутые по фазе друг относительно друга на 180 . Эти импульсы посредством управляющих обмоток 13 и 14 трансформаторов 4 и 5 тока обеспечивают переключение силовых транзисторов 2 и 3 усилителя 1 мощности со скважностью, необходимой для поддержания выходного напряжения стабилизированного конвертора на заданном уровне, т.е. имеет .. место режим стабипизации выходного напряжения. При этом импульсы датчика 16 тока перегрузки, пропорциональные импульсам коллекторных токов транзисторов 2 и 3, через диод 20и резистор 22 заряжают до амплитудного значения импульсов конденсатор 21. Сумма напряжения на конденсаторе 21 и пилообраяиого напряжения на резисторе 22, поступающая на вход К узла 15 защиты от перегрузки, в качестве которот-о может быть использован операционный усилитель или компаратор, меньше опорного, напряжения на входе Л последнего. При этом отсутствует воздействие узла 15.защиты на формирователь 12 управляющих импульсов. При возникновении перегрузки по току на вьсходе стабилизированного конвертора амплитуда импульсов напряжения на выходе датчика тока перегрузки 16 увеличивается. Конденсатор 21через диод 20 и резистор 22 заряжается до наиболыие амплитуды этих импульсов. -В результате сумма пилообразного напряжения на резисторе 22 и напряжения на конденсаторе 21 на части полупериода провынгает опорное напряжение. При этом на выходе узла 15 защиты появляются импульсы, воздействующие на форм1грователь 12 та- КИМ образом, что скв;1ж ость управляющих импульсов, а следовательно, и импульсов коллекторного тока силовых транзисторов 2 и 3 возрастают. Выходное напряжение стабилизированного конвертора падает, а выходной ток определяется порогом огра1гичения узла 15 защиты и остается неизменным при дальнейшем уменьшении сопротивпения нагрузки вплоть до полного КО роткОго : замыкания,т.е. имеет место режим стабилизации выходного тока.

После снятия перегрузки нормальный режим стабилизации выходного напряжения автоматически восстанавливается. Малая постоянная времени заряда конденсатора 21 и большая постоянная времени его разряда на входную цепь узла 15 защиты обеспечивают значительно меньшую амплитуду переменного напряжения на конденсаторе 21, чем амплитуда пилообразного напряжения на резисторе 22. Это обуславливает в режиме перегрузки симметричной воздействие узла 15 защиты на формирователь 12 и-длительность импульсов транзисторов 2 и 3 уменьшается симметрично при уменшении сопротивления нагрузки. Даже при значительном разбросе времен рас сасывания транзисторов 2 и 3 насыщения вьтходного трансформа-тора не происходит, а максимальная амплитуда коллекторньтх токов этих транзисторов определяется порогом ограничения узла 15 защиты.

ПОСКОЛЬКУ конденсатор 21 подключен на выход датчика 16 тока перегрузки через резистор 22, сопротивление которого может быть значйтельно больше выходного сопротивления датчика 16 тока, при скачкообразном уменьшении сопротивления нагрузки, коротком замыкании или аварийном возрастании коллекторного тока силового транзистора 2 или 3 весь выходной сигнал датчика 16 тока независимо от емкости конденсатора 21 мгновенно поступает на вход Б узла 15 защиты от перегрузок, т.е. имеет место быстродействующее токоограничение. Диод 20 предотвращает разряд конденсатора 21 на выходные цепи датчика 16 тока перегрузки.

При включении стабилизированного конвертора выходное напряжение вспомогательного источника 24 питания плавно нарастающего напряжения поступает на вход узла 25 контроля напряжения. Когда его величина еще не достигла установившегося значения, поступающий через резистор 32 и стабилитрон 31, не созда-;

ет па резисторе 30 напряжения, достаточного для отпирания транзистора 29, который при этом,закрыт, Падение напряжения на резисторе 28 через дополнительный диод 26 и резистор 22 заряжа.ет ):онденсатор 21 до напряжения, значительно превьпиающего напржение источника 11 опорного напряжения. На выходе узла 15 защиты устанавливается уровень, воздействующий на формирователь 12 управляющих импульсов таким образом, что силовые транзисторы 2 и 3 усилителя мощности остаются закрытыми.

При дальнейшем повьшении выходног напряжения вспомогательного источника 24 напряжения транзистор 29 открывается током, поступающ в его базу через резистор 32 и стабилитрон 31, и шунтирует резистор 28 делителя напряжения. Диод 26 запирается, в результате чего прекращается заряд конденсатора 21 с выхода узла 25 контроля напряжений. Начинаетс медленный разряд конденсатора 21 чере;з входную цепь узла 15 защиты. По мере разряда конденсатора 21 в интервалы времени, когда сумма постоянного напряжения на конденсаторе 21 и пилообразного напряжения на резисторе 22 становится меньше выходного напряжения источника 11 опорного напряжения, на выходе узла 15 защиты устанавливается уровень, обеспечивающий путем воздействия на формирователь 12 отпирание одного из силовых транзисторов 2 или 3 усилителя мощности. В результате медленного снижения напряжения на конденсаторе 21 продолжительность открытого состояния транзисторов 2 и 3 плавно увеличивается. Транзисторы 2 и 3 пропускают рабочие импульсы тока с медленно уменьшающейся скважностью до достижения ее величины, определяемой широтно-модулированным импульсным управляюпщм сигналом. В результате на вход индуктивноемкостного фильтра 8 с выхода выпр.ямителя 7 поступает импульсное напряжение с медлэнно уменьшающейся скважностью от весьма большой до рабочей, определяемой широтно-импульсным модулятором 9. Большие длительности пауз по сравнению с длительностями импульсов в начале процесса включения обеспечивает такой | разряд дросселя фильтра 8 в паузе каж7 1143 дого полупериода рабочей частоты, что ток дроссели нарастает медленно без превышения его установившейся величины в пусковом режиме. Пропорционально току дросселя нарастаютj амплитуды импульсов коллекторного тока силовых транзисторов 2 и 3. Их величины при включении не превышагот значений установившегося режима. В дальнейшем конденсатор 21 раз- ю ряжается до уровня, определяемого напряжением на, выходе датчика 16 тока перегрузки. Сумма этого напря4278жения и пилообразного напряжения на / резисторе 22 станогштся при этом ниже напряжения опорного источника 11 и на вькоде узла 15 защиты устанавливается уровень, не оказывающий влияния на установившийся режим работы стабилизированного конвертора. Таким образом, изобретение обеспечивает повьппенйе надежности стабилизированного конвертора путем защиты силовых транзисторов усилителя мощности от перегрузок по току при включении.

СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ КОНВЕРТОР по авт. св. № 944018, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности путем защиты силовых транзисторов усилителя мощности от перегрузок по току, в него введен вспомогательный источник плавно нарастающего напряжения, входом соединенный с выводами для подключения входного напряжения, а выходом - со входом введенного узла контроля напряжения, выход которого через введенный дополнительный диод подключен к указанной общей точке конденсатора и диода. СО 4 ел 4: tc «-J