Преобразователь постоянного напряжения Советский патент 1985 года по МПК H02M3/335 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано во вторичных источниках питания, преимущественно в транзисторных преобразователях постоянного напряжения, имеющих на выходе индуктивно-емкостной фильтр. Одним из основных вопросов при разработке транзисторных преобразователей является обеспечение высокой надежности, для обеспечения которой необходимы быстро действующая защита преобразователя от перегрузок и короткого замыкания на выходе, а также ограничение тока через силовые транзисторы и исключение превыщения напряжения над допустимым на нагрузке преобразователя при его включении. Известен полупроводниковый преобразователь постоянного напряжения, содержащий пусковой узел, задающий генератор, усилитель мощности с выходным трансформатором, выпрямитель и выходной LC фильтр. В этом преобразователе при включении напряжение поступает на задающий генератор, который начинает работать, возбуждая колебания в усилителе мощности, вследствие чего появляется напряжение на выходе преобразователя 1. Недостатками устройства являются значительное превышение напряжения над номинальным на выходе преобразователя при его включении и низкая надежность, связанная с наличием броска тока через силовые транзисторы усилителя мощности при включении преобразователя, а также с отсутствием защиты от перегрузок и коротких замыканий на выходе. Превыщение напряжения на нагрузке и броски тока обусловлены переходными процессами при включении преобразователя. Напряжение может достигать удвоенного значения по сравнению с номинальным, и ток в десятки раз превышать номинальное значение в зависимости от соотнощения между нагрузкой и параметрами фильтра. Наиболее близким к изобретению техническим решением является преобразователь постоянного напряжения, содержащий транзисторный коммутирующий узел, LC фильтр, датчик тока, одновибратор, транзисторный ключ и формирователь управляющих импульсов, при этом силовой вход коммутирующего узла подключен к входным выводам, силовой выход через последовательно соединенные датчик тока и дроссель LC фильтра сое динен с выходными выводами, а управляющий вход соединен с выходом формирователя управляющих импульсов, входом подключенного к выходу транзисторного ключа, соединенного входом с выходом одновибратора. Принцип действия преобразователя основан на переводе устройства в режим повторно-кратковременной работы при превыщении током в силовой цепи порогового значения, продолжающийся до исчезновения перегрузки. Пауза в работе конвертора задается одновибратором 2. Недостатком известного преобразователя является пониженная надежность, связанная с увеличением тока при его включении до начала работы защиты от короткого замыкания. Цель изобретения - повыщение надежности путем исключения бросков тока при включении преобразователя постоянного напряжения. Поставленная цель достигается тем, что преобразователь постоянного напряжения, содержащий транзисторный коммутирующий узел, Ьф-фильтр, датчик тока, одновибратор, транзисторный ключ и формирователь управляющих импульсов, при этом силовой вход коммутирующего узла подключен к входным выводам, силовой выход через последовательно соединенные датчик тока и дроссель LQ-фильтра соединен с выходными выводами, а управляющий вход соединен с выходом формирователя управляющих импульсов, входом подключенного к выходу транзисторного ключа, соединенного управляющим входом с выходом одновибратора, снабжен источником плавно нарастающего напряжения, а одновибратор выполнен в виде компаратора, первый вход которого соединен с выходом источника плавно нарастающего напряжения и через введенный первый диод - с выходом введенной времязадающей цепи, состоящей из первого конденсатора и первого резистора, защунтированного введенным вторым диодом, а второй вход - с выходом датчика тока и выходом введенного первого резистивного делителя, зашунтированного силовой цепью введенного первого транзистора, управляющий вход которого соединен с выходом компаратора, причем внешние выводы времязадающей цепи и первого резистивного делителя соединены параллельно и через введенный второй резистор соединены с силовым входом транзисторного ключа, причем источник плавно нарастающего напряжения состоит из введенных последовательно соединенных третьего резистора и стабилитрона, подключенных к силовому входу транзисторного ключа, и введенной интегрирующей цепи из четвертого резистора и второго конденсатора, защунтированного введенным вторым резистивным делителем и подключенного к силовому входу транзисторного ключа через введенный третий диод, вход интегрирующей цепи подключен к стабилитрону, а выход второго резистивного делителя - к выходу источника плавно нарастающего напряжения. Кроме того, для расширения функциональных возможностей преобразователя параллельно второму конденсатору источника плавно нарастающего напряжения подключена цепь из последовательно соединенных введенного пятого резистора и силового перехода введенного второго транзистора, управляющим входом соединенного с введенным входом синхронизации. На фиг. 1 изображена принципиальная схема предлагаемого преобразователя постоянного напряжения; на фиг. 2 - диаграмма изменения тока в силовой цепи преобразователя при запуске. Преобразователь постоянного напряжения (фиг. 1), содержит формирователь 1 управляющих импульсов (задающий генератор с трансформаторным выходом), питание на который подается через транзистор«ый ключ 2, а выход соединен с управляющим входом транзисторного коммутирующего узла 3. Коммутирующий узел 3 нагружен на трансформатор 4, последовательно с первичной обмоткой которого включен вход датчика 5 тока, выход которого через разделительный диод 6 подключен к инвертирующему входу компаратора 7 одновибратора, неинвертирующий вход которого подключен к катоду первого диода 8, анод которого подключен к точке соединения первого резистора 9 и первой обкладки первого конденсатора 10, а также к аноду второго диода 1, катод которого соединен с другим выводом резистора 9 и вторым резистором 12 второй выход которого соединен с плюсом цепи питания, который в общем случае может быть соединен с входным выводом. Вторая обкладка первого коденсатора 10 соединена с минусом цепи питания. Параллельно время задающей цепи из первого резистора 9 и первого конденсатора 10 подсоединены силовые электроды первого транзистора 13, а также первый резистивный делитель напряжения из последовательно соединенных резисторов 14 и 15, точка соединения которых подключена к инвертирующему входу компаратора. Управляющий электрод транзистора 13 нерез токоограничивающий резистор 16 подключен к выходу компаратора 7 Выход компаратора 7 подключен также к входу ключа 2. Кроме того, между плюсовой и минусовой клеммами цепи питания установлены последовательно соединенные третий резистор 17 и стабилитрон 18, точка соединения которых через четвертый резистор 19 подключена к одной из обкладок второго конденсатора 20и аноду третьего диода 21. Катод диода 21подключен к плюсовой, а другая обкладка второго конденсатора 20 - к минусовой клеммам цепи питания управлением конвертора соответственно. Параллельно конденсатору 20 подключен второй делитель нат пряжения из последовательно соединенных резистороа 22 и 23, точка соединения которых является выходом источника плавно нарастающего напряжения и соединена с неинвертирующим входом компаратора 7. Параллельно второму конденсатору 20 подключена также цепь из силового перехода второго транзистора 24 и пятого резистора 25, а управляющий переход транзистора 24 подключен к входу 26 синхронизации. Вторичная обмотка трансформатора 4 через выпрямитель 27 и L -фильтр 28 подключена к выходным выводам 29. Преобразователь работает следующим образом. При подаче напряжения на входные выводы ключ 2 открыт, формирователь 1 выдает импульсы в базы транзисторов усилителя 3 мощности, в первичной обмотке трансформатора 4 появляется ток, скорость нарастания которого ограничивается дросселем LQ-фильтра 28. Одновременно начинает заряжаться конденсатор 20 через резисторы 17 и 19. Конденсатор заряжается медленнее, чем увеличивается напряжение на выходе датчика 5 тока, поэтому напряжение на инвертирующем входе компаратора 7 становится выще, чем на неинвертирующем. На выходе компаратора появляется запирающее напряжение, транзистор 13 запирается, к инвертирующему входу прикладывается напряжение, равное падению напряжений на резисторе 15. Ключ 2 запирается, и в импульсах на выходе усилителя 3 мощности образуется пауза. Одновременно с запиранием транзистора 13 начинает заряжаться конденсатор 10, и как только напряжение на нем превысит напряжение на резисторе 15, компаратор 7 переключается, транзистор 13 открывается, ключ 2 также открывается, на выходе усилителя 3 мощности появляется напряжение. В первичной обмотке трансформатора снова нарастает ток. За время паузы конденсатор 20 успевает зарядиться, поэтому теперь ток нарастает до больщого уровня, прежде чем компаратор 7 закроет ключ 2 и транзистор 13. Далее процесс повторяется аналогично описанному. Диод 11 служит для разряда времязадающего конденсатора 10 через транзистор 13. Элементы 7-15 выполняют роль устройства, совмещающего фукнции порогового элемента и одновибратора, выдающего сигнал запрета на ключ 2 при превышении сигналом на выходе датчика 5 тока уставки, равной напряжению на выходе делителя из резисторов 22 и 23, а элементы 17-20 выполняют роль источника плавно нарастающего напряжения, которое подается на цепь уставки из резисторов 22 и 23. В результате ток в транзисторах усилителя мощности при включении модулируется по амплитуде в соответствии с нарастанием напряжения на конденсаторе 20 (фиг. 2} Благодаря плавному нарастанию тока, исключаются перенапряжения на выходе фильтра 28. Диод 21 служит для быстрого разряда конденсатора 20 и приведения схемы в

1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий транзисторный коммутирующий узел, LCфильтр, датчик тока, одновибратор, транзисторный ключ и формирователь управляющих импульсов, при этом силовой вход коммутирующего узла подключен к входным выводам, силовой выход через последовательно соединенные датчик тока и дроссель LCфильтра соединен с выходными выводами, а управляющий вход соединен с выходом формирователя управляющих импульсов, входом подключенного к выходу транзисторного ключа, соединенного управляющим входом свыходом одновибратора, отличающийся тем, что, с целью повыщения надежности Путем исключения бросков тока при включении преобразователя постоянного напряжения, он снабжен источником плавно нарастающего напряжения, а одновибратор выполнен в виде компаратора, первый вход которого соединен с выходом источника плавно нарас тающего напряжения и через введенный первыи диод - с выходом введенной времязадаюш,ей цепи, состоящей из первого конденсатора и первого резистора, зашунтированного введенным вторым диодом, а второй вход с выходом датчика тока и выходом введенного первого резистивного делителя, зашунтированного силовой цепью введенного первого транзистора, управляющий вход которого соединен с выходом компаратора, причем внещние выводы времязадающей цепи и первого резистивного делителя соединены параллельно и через введенный второй резистор соедине1 1с силовым входом транзисторного ключа, причем источник плавно нарастающего напряжения состоит 3 введенных последовательно соединенных третьего резистора и стабилитрона, подключенных (g к силовому входу транзисторного ключа, и (Л введенной интегрирующей цепи из четвертого резистора и второго конденсатора, защуис: тированного введенным вторым резистивны.м делителем и подключенного к си,товому входу транзисторного ключа через введенный третий диод, вход интегрирующей цени подключен к стабилитрону, а выход второго резистивного делителя - к выходу источ05 ника плавно нарастающего напряжения. со 2. Преобразователь по п. 1, отличающийся те., что параллельно второму конденсао 00 тору источника плавно нарастающего напряжения подключена цепь из последовательно соединенных введенного пятого резистора и силового перехода введенного второго транзистора, управляющим входом соединенного с введенным входом синхронизации.