Устройство для защиты преобразователя Советский патент 1985 года по МПК H02H7/12 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в . устройствах питания радиоэлектронной аппаратуры, содержащих транзисторные двухтактные преобразователи постоянрого тока. Известен преобразователь напряжения, для защиты которого от перегрузки по току в вьцсодную цепь включен датчик тока, сипйш с которого через порйговое устройство и усилитель управляет нспрлнительщ 1м органом защиты, выполненн1ым на двух элементах И, прерывакяцим подачу сигналов возбуждения усилителей мощности в условиях перегрузки по току 03. Использование датчика тока позволяет получить требуемую чувствительность устройства защиты к перегрузкам преобразователя по току. Существенными недостатками преобразователя с таким устройством защиты являются пониженный КЦД, невысокая надежность и ограниченные функциональные возможности. Пониженный КПД является результатом потерь мощности на да:тчшсе тока, включенном в выходную цепь преобразователя , по- которому постоянно протекает ток нагрузки преобразователя.. Ограниченные функциональные ВОЗМОЖНОСТИ и недостаточная надеж-; ность такого устройства защиты обусловлены тем, что устройство защиты реагирует только на те перегрузки, которые приводят к увеличению тока, протекающего по датчику тока (появление межвитковых замыканий В трансформаторе , появление короткого замыкания какой-либо обмотки силового трансформатора или ее шунтирова:ние вследствие неисправности в монтаже вызывает перегрузку транзисторов преобразователя , но на эти неисправности устройство защиты не может реагировать, таю как ток, протекающий по датчику в этих условиях, не только не возрастает, а уменьшается), Многоэлементность устройства также является причиной HeKOTOiJoro снижения надежности преобразователя. Многоэлементность такого устройства защиты, как недостаток, особенно проявляется в случае использования устройства для защиты преобразователя, имекяцего несколько выходнь« цепей В этом случае по каждой из них необходима установка датчика тока,, повышающего трансформатора, выпрямителя и порогового устройства. Наиболее близким к предлагаемому техническому решению по средствам ,и достигаемому результату является устройство для защиты преобразователя, выполненного на двух транзисторах, эмиттеры которых соединены с первым выводом источника питания, коллекторы подключены к крайним выводам первичной обмотки трансформатора, средним выводом соединенной с вторьш выводом источника питания, а базы связаны с выходами задающего генератора, содержащее два элемента Иj первые входы которых предназначены для подключения к в1аходам задакмцего генератора, выходы - к базам соответствующих транзисторов, а вторые входы соединены с первыми выводами первого резистора и конденсатора, второй резистор и диод С2 . Недостатком известного устройства является невысокая надёжность вследствие недостаточной чувствительности исполнительного органа защиты к перегрузкам преобразователя по . В рассматриваемом устройстве исполнительный орган защиты отперегрузок, выполненный на двух элементах И, разрывает цепи возбуждения транзисторных усилителей мощности преобразователя. Это происходит только в случае, если напряжение на вторых входах элементов И становится близким к уровню логического О, что возможно только при значительньрс перегрузках по току, когда за счет выхода транзисторов усилителей мопцюсти из режима насыщения происходит значительное (в 2 и более раз) снижение напряжения на половинах первичной обмотки трансформатора. Очевидно, что при такой низкой чувствительности преобразойатель имеет значительную зону перегрузокj которые устройство защиты не воспринимает, как аварийные. Однако перегрузки в той части зоны нечувствительности, при которых транзисторы усилителей мощности выходят из режима насыщения, опасны, так как при этом значительно возрастает рассеиваемая транзисторами мощность и в случае достаточной продолжительности действия таких перегрузок возможен тепловой пробой транзисторов. Цель изобретения - повьш1ение надежности путем увеличения чувствительности.

Поставленная цепь достигается гетг, что в устройство для защиты преобразователя, вьшолнёиное на двух транзисторах, эмиттеры которых соединены с первым выводом источника питания, коллекторы подключены к крайним вьюодам первичной обмотки трансформатора, средним выводом соединенной с вторым выводом источника питания, а базы связаны с выходами задающего генератора, содержащее два элемен,та И, первые входы которых предназначены для подключения к выходам задающего генератора, выхода|1 - к базам соответствующих транзисторов, а вторые входы с.оединены с первыми вьшодамипервого резистора и конденсатора, второй резистор и диод, введены третий резистор, элемент И-НЕ и интегрирующая цепь, при этом второй вывод первого резистора, соединенный с шиной нулевого потенциала элемента И-НЕ, предназначен для подключения к эмиттерам транзисторов преобразователя, второй вывод конденсатора предназначен для подключения к среднему вьшоду первичной обмотки трансформатора, входы элемента И-НЕ предназначены для подключения через второй и третий резист.оры к коллекторам транзисторов преобразователя, а выход элемента И-НЕ через интегрирующую цепь и диод соединен с вторыми входами элементов И.

Кроме того, в устройство может быть введен источник напряжения смещения, включенный между вторым выводом первого резистора и шиной нулевого потенциала элемента И-НЕ.

На фиг.1 представлена схема транзисторного, преобразователя с устройством для защиты; на фиг.2 - вариант выполнения преобразователя с дополнительным источником смещения элемента И-НЕ.

Транзисторный преобразователь содержит задающий генератор 1, трансформатор 2, выводы выходной обмотки которого являются выходом преобразователя, усилители 3 и 4 мощности, элементы И 5 и 6, элемент И-НЕ 7, ин.тегрирующую цепь 8, резисторы 9 и 10 конденсатор 12 и резистор 13, вторые выводы которых соединены с клеммами 14 и 15 для подключения источника 16 питания . В варианте вьтолнения преобразователя в цепь нулевой шины элемента И-НЕ включен источник 17 смещения (фиг.2).

Устройство работает следующим образом.

После подключения источника 16 питания к.клеммам14 и 15 задающий генератор 1 обеспечивает подачу на входы элементов И 5 и 6 противофазных сигналов. Одновременно иа резисторе 13 вьщеляется напряжение положительной полярности вследствие протекания зарядного тока конденсатора 12, которое подается на вторые входа элементов И 5 и 6, в результате чего на входы усилителей 3 и 4 мощности, выполненных на транзисторах, поступают сигналы управления, сдвинутые по фазе на 180°.

При отсутствии перегрузки по току транзисторы усилителей 3 и 4 мощности поочередно.включаются и выключаются, включенный транзистор работает в режиме насыщения, а выключенный - в режиме отсечки, так что к половинам первичной обмотки трансформатора 2 поочереднЗ прикладывается напряжение источника 16 питания.Противофазные импульсные напряжения на транзисторах усилителей мощности 3 и 4 подаются на входа элемента И-НЕ 7 через гасящие резисторы 9 и 10. Высокое напряжение ограничивается до безопасного уровня встроенными к элемент И-НЕ 7 элементами ограничения напряжения, а низко.е напряжение практически без потерь на резисторах 9 и 10 подается на входы элемента И-НЕ 7.

При нормальной работе преобразователя на входы элемента И-НЕ 7 поочередно подаются уровни логического О и логической 1, причем в течение каждого по Упериода работы преобразователя на одном входе поддерживается уровень логической 1, а на другом - Уровень логического О, вследствие чего на выходе элемента И-НЕ 7 удерживается уровень логической 1, который через интегрирующую цепь 8 и диод 11 поступает .на вторые входы элементов И 5 и 6, а сигналы управления от задакяцего генератора 1 поступают на базы транзисторов ус шителей 3 и 4 мощности.

Влияние паразитных емкостей входов элемента И-НЕ 7 и коиечиое время переключения транзисторов усилителей 3 и 4 приводят к тому, что при каждом переключении транзисторов усилителей мощности происходит кратковременное переключение элемента И-НЕ 7 с кратковременным появлением на его вькоде уровня логического О. Для предотвращения воздействия на ис полнительный орган защиты этих крат- ковременных импульсов служит интегри рукицая цепь 8. При появлении перегрузки по току преобразователя, при которой транзис торы усилителей 3 и 4 в открытом сое тоянии выходят из режима насыщения, падение напряжения на открытом транзисторе увеличивается, и в тот момент, когда напряжение на открытом транзисторе достигает порогового уровня, определяемого по переходной характеристике элемента И-НЕ 7 происходит переключение элемента Й-НЕ 7 напряжение на его выходе соответству ет уровяю логического О, что приводит к прекращению подачи сигналов управления на базы транзисторов усилителей 3 и 4, преобразователь выключается и. удерживается в вьвключенЯом состоянии, так как в этом состоя НИИ на оба входа элемента И-НЕ 7 подаются напряжения, равнь е напряжению источника 16 питания. Повторное вкпю чение преобразователя возможно после отключения источника 16 питания и разряда конденсатора 12. В настоящее время в преобразбвате лях применяются различные транзисторы, падение напряжения между коллектором и эмиттером которых может быть в пределах от долей вольта до нескольких вольт в зависимоати от ти па применяемых транзисторов. Значени напряжения на входе элемента И-НЕ 7, при котором происходит его переключе ние, должно быть выбрано большим, чем максимально возможное значение напряжения между коллектором и эмиттером транзистора используемого типа в режиме насьщения, т.е. требуется изменять чурствительность исполнительного органа защиты преобр зовате ля. Изменение чувствительности испол нительного органа защиты преобразователя от перегрузок достигается изменением напряжения питания элемента И-НЕ 7, так как при изменении питающего напряжения изменяется положе, 1ие точек перегиба переходной харакге1)истики логического элемента. В случае необходимости получения такого изменения чувствительности toe полнительного органа защиты, которое изменением напряжения питайия логи- ческого элемента получить невозможно, а также в случае использования элементов, для которых изменение питающего напряжения не допускается требуемое изменение чувствительности может быть получено введением дополнительного источника 17 смещения в цепь питания элемента И-НЕ 7 (фиг.2) Полярность включения источника смещения определяется тем, в каком направлении должна быть изменена чувствительность исполнительного органа защиты. Если необходимо, чтобы переключение элемента И-НЕ 7 происходило при напряжениях меньших, чем напряжение переключения, определяемое по переходной характеристике, поляриость вкшрчения источника смещений должна быть противоположной полярности подключения источника питания логического элемента. Напряжение источника смещения определяется разностью напряжения, при котором происходит переключение логического элемента при конкретном значении напряжения источника питания элемента и тем значением напряжения, при ко- . тором должно происходить переключение элемента., В устройстве могут быть использованы элементы И-НЕ любых серий. Однако наиболее приемлемыми с точки зрения достижения поставленной цели при использовании наименьшего числа элементов являются элементы, вьтолненные на КМОП структурах с встроенными элементами ограничения напряжения на входе, например, микросхемы серий 564, К561. При использовании элементов других видов, например серий 133, 155, необходимо в схему дополнительно вводить элементы для ограничения напряжения на входе и дпя згuslьпcaния входного тока при подаче на вход элемента И-НЕ уровня логического О, что усложняет схему. Предлагаемый преобразователь по сравнению с прототипом обладает улзгчшенной защищенностью от перегрузок по току, поэтому характеризуется повьш1енной функциональной надежностью. Устройство защиты срабатывает при увеличении падения напряжения на открытом транзисторе в 1,5-2 раза по 7 11 отношению к падению напряжения на транзисторе при отсутствии перегрузки, при этом рассеиваемая транзисторами мощность увеличивается в 22,5 раза. Устройство защиты известного преобразователя срабатывает при перегрузках, близких к короткому замыканию, при этом падение напряжения на открытом транзисторе увеличивается не менее, чем до значения, равного половине напряжения источника пита28 НИН, а рассеиваемая мощность возрастает в десятки раз. Преобразователь может быть вьшолнен с улучшенными- массо-габаритными показателями, с использованием меньших радиаторов и меньшего количества силовых транзисторов, так как не требуется иметь запас по рассеиваемой мощности с целью обеспечения надежноц работы при длительных перегрузках которые не вызывают срабатьгааиия устройства защиты.

Г6 74 -Х ЛГ

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ, выполненного на двух транзисторах, эмиттеры которых соединены с первым вьшодом источника питания , коллекторы подключены к крайним выводам первичной обмотки трансформатора, средним выводом соединенной с вторым вьщодом источника питания, а базы связаны с выходами задакщего генератора, содержащее два элемента И, первые входы которых предназначены для подключения к выходам задающего генератора, выходы - к.базам соответствующих транзисторов, а вторые входы соединены с первыми выводами первого резистора и конденсатора, второй резистор и диод, отличающееся тем, что, с целью повьшения надежности путем уёеличения чувствительности защиты, введены третий резистор, элемент И-НЕ и интегрирующая цепь, при этом второй вьшод первого резистора, соединенный с шиной нулевого потенциала элемента И-НЕ, предназначен для подключения к эмиттерам транзисторов преобразователя, второй вывод конденсатора предназначен для подключения к среднему выводу первичной обмотки трансформатора, входы элемента И-НЕ предназначены для подключения через второй и третий резисторы к коллекторам транзисторов преобразователя, а выход сл элемента И-НЕ через интегрирующую цепь и диод соединен с вторыми входами элементов И. 2. Устройство ПОП.1, отличающееся тем, что введен источник, напряжения смещения, включен- ньш между вторым выводом первого ре05 зистора и шиной нулевого потенциала о сл элемента И-НЕ.

Фиг. 2