Двухтактный преобразователь постоянного напряжения Советский патент 1985 года по МПК H02M7/5375 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в источниках вторичного электропитания систем радиотехники, автоматики и вычислительной техники. Цепь изобретения - повьшение надежности преобразователя путем защи силовых транзисторов от перегрузок по току. На фиг. 1 изображена схема преобразователя постоянного напряжения; на фиг. 2 - диаграммы изменения токов коллектора и эмиттера (Ij, Ig) силовых транзисторов при изменении нагрузки преобразователя; на фиг. 3примеры выполнения порогового элемента. , . Преобразователь содержит силовые транзисторы 1 и 2, трансформатор тока 3 с обмотками 4, 5, 6и7, включенный параллельно вторичной обмотке управления трансформатора тока 3 вып рямитель 8, подключенные параллельно выпрямителю 8 фильтрующий конденсатор 9 и пороговый элемент 10, вспомогательный источник питания 11 подключенный через,цепочку из диода 12 и резистора 13 параллельно выхода выпрямителя 8, узел управления и запуска 14, связанный с выводами вто ричной обмотки 5 трансформатора тока 3. Эмиттерные обмотки 6 и 7 включены в Эмиттерные цепи силовых транзис торов 1 и 2 соответственно. Первичная обмотка 4 трансформатора тока 3 включена в цепь выходного тока. В примерах вьшолнения преобразователя (.фиг. 1, 2) показан вариант с балластными резисторами 15, 16 в эмиттерных цепях силовыхтранзисторов 1 и 2, подсоединенных к емкостному делителю 17. Пороговый элемент 10 выполнен на транзисторах 18 и 19 и резисторах 20, 21 и 22. Узел управления и запус ка состоит из генератора 23, коммутирующих транзисторов 24 и 25 и резистора 26. . Пороговьш элемент 10 может быть выполнен и по любой из схем, показан ных на фиг. 3., в виде динистора (а) тиристора (.6) или триггера на компле ментарных тралзисторах, как и на фиг. 1, но со стабилитроном в качбст ве порогового элемента вместо резисторного делителя 21 и 22. При необходимости повышения помехоустойчивости без ущерба для параметров поро гового элег)1ента в последнюю схему порогового элемента могут быть дополнительно введены инерционные звенья, например конденсаторы, как показано на фиг. 3 пунктиром. Соотношение числа витков с первичной обмотки 4 и обмотки 6 (7) в эмиттерной цепи силового транзистора определяется заданным для него током базы IP л (0,2 - 0,4) 1 и соответственно составляет 1,2 - 1,4. Число витков в обмотке 5 для, обеспечения эффективности управления должно в несколько раз превышать число витков в обмотках 6 (7). Применение трансформаторов тока в цепях возбуждения двухтактных нерегулируемых преобразователей имеет свои особенности: неидентичность параметров двух транзисторов, а именно разность надряжений база эмиттер, приводит к появлению в обмотках трансформатора тока постоянной составляющей намагничивающего тока, которая в свою.очередь может привести к на.сьщению его сердечника и к сбоям в работе преобразователя. В общем случае должны быть приняты защитные меры, напримервведение балластных резисторов (15, 16) в база-эмиттерные цепи силовых транзисторов. Это решение является самым простым и технологичным ц одновременно увеличивает стабильность зависимости напряжения от тока в цепи возбуждения, что способствует увеличению стабильности порога срабатывания защиты. Устройство работАег следующим образом (работа описана на примере .устройства, показанного на фиг. 1). При подаче входного напряжения и появления напряжения на выходе вспомогательного источника 11 начинает работать генератор 23 узла запуска и управления 14. Первой же полуволной его выходного напряжения открывается один из транзисторов 24 (25), и по цепи резистор 26 одна из полуобмотрк 5 - транзистор 24 (25) начинает протекать ток запуска, обеспечивающий по обмотке 6 (7) приоткрывание силового транзистора 1 (2), что пр водит к появлению тока в нагрузке и, соответственно, в первичной обмотке 4 (число витков в которой больше, чем в обмотке .6/7/).Следовательно, наводимый в эмнттерной обмотке 6 (7) ток превьииает ток коллектора, протекающий в обмотке 4, что и обеспечивает лавинообразное открывание транзистора 1 (2) и переход его в режим. насыще :ия. При приходе следу щей полуволны генератора 23 транзис тор 24 (25) закрывается, а транзистор 25 (24) открывается, шунтируя (для данного направления токов в обмотках) обмотку 5. Напряжение на база-эмиттерном переходе транзистора 1 (2) при. этом резко снижается и транзистор начинает закрываться. При спаде его коллекторного тока намагничивающий ток трансформатора тока вместе с токсзм запуска, протекающим в этом полупериоде в другой полуобмотка 5, включает другой тран зистор 2 (1)и процесс повторяется. При этом, если напряжение вспомогательного источника 11 меньше напряж ния, наводимого на обмотке в нормал ном режиме работы, то напряжение на конденсаторе 9 определяется напряжением на обмотке 5. Если же .напряжение источника 11 больше рабочего напряжения на обмотке 5 (но меньше напряжения срабатывания порогового элемента 10), тс напряжение на конденсаторе 9 соответствует напряжению источника 11. Рассмотрим раздельно для .этих случаев работу преобразователя при увеличении нагрузки (фиг. 2а, б) и работу защиты при перегрузке и коро ком замыкании (фиг. 2в). Первьй случай (малое напряжение вспомогательного источника, фиг. 2а Небольшое увеличение нагрузки - ска чок тока меньше, чем разность - 1„. Ток коллектора 1, , ,, J. UI л С-Л. 1 UJ- CL J-1 CK34KOMj т.е. безинерционно, возрастает до нового значения 1„. Глубина насыще о НИН ключевых транзисторов 1 и z при этом уменьшается (в пределе они могут выйти из насыщения), поскольку ток эмиттеров не может возрасти мгновенно из-за отсасывания тока на заряд конденсатора 9. Возрастание тока эмиттеров и увеличениеглубины насыщения транзисторов 1 и 2 происходит с постоянной времени, определяемой значением емкости конденсато ра 9 и приведенным сопротивлением цепи. Второй случай (большое напряжени вспомогательного источника, фиг. 26 784 Так как в этом случае во всем Диапазоне рабочих нагрузок конденсатор 9 фактически отделен от обмотки 5, изменение тока в рабочем диапазоне происходит безинерционно. При превышении же токой максимального значения диоды выпрямителя 8 открьшаются и все происходит как и в первом слу11ае. При коротком замыкании (фиг. 2в) ток коллектора скачком достигает значения, близкого к значению тока эмиттера, а транзистор 1 (2) выхо;ит из насьш1ения. Дальнейшее нарастание тока происходит уже с постоянной времени указанной цепи. При достижении тока нагрузки величины срабатывания защиты (напряжения срабатывания порогового элемента Ю) элемент 10 переходит в закороченное состояние, шунтируя обмотку 5, что- и выключает преобразоватепь. Вспомогательная цепочка - резистор 13 и диод 12, обеспечивает удержание элемента 10 в открытом состоянии при включении преобразователя. Следовательно, в рабочем интервале значений токов динамика предлагаемого инвертора ничем не ограничена, но скорость нарастания тока ограничивается до приемлемых значений при его увеличении выше заданного предела, что позволяет обеспечить его своевременное выключение, при этом в пороговом элементе можно заведомо применять сравнительно : низкочастотные элементы, например, тиристоры, или же вводить инерционные звенья - конденсаторы при условии, что вводимая задержка остается существенно меньше постоянной . времени главной цепи, ограничивающей скорость нарастания тока. Наличие фильтрующего конденсатора в схеме токовой защиты при двухполюсном вьтолнении порогового элемента позволяет повысить надежность защиты, поскольку, допуская мгновенный скачок тока в коллекторе силового ключа, дальше обеспечивается его плавное возрастание и тем самым дается время на выключение. Кроме того, благодаря выполнению и включению дополнительных вторичных обмоток трансформатора тока, последний, кроме функции защиты, выполняет и коммутирующие функции.

to

ДВУХТАКТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий .трансформатор, -тока, первичная обмотка которого включена последовательно в цепь нагрузочного тока си-: ловых транзисторов, две вторичные обмотки связаны с управляющими переходами силовых транзисторов через балластные резисторы, а вторичная обмотка управления подключена fc выходу узла, запуска и управления, состоящего из вспомогатльного источника питания, выход которого подсоединен к входу питания задающего генератора, к первому резистору и через второй резистор - к среднему выводу вторичной обмотки управления, крайние выводы которой подключены к входу выпрямителя.и к . коллекторам транзисторов управления, шунтированных обратными диодами, управляющие переходы которых подключены к выходу задающего генератора, при этом между точкой соединения элементов транзисторов управления, подключенной к выводу вспомогательного источника питания, и выходом выпрямителя подсоединен пороговый элемент, отличающийся (Л тем, что, с целью цовьшения надежности преобразователя путем защиты силовых транзисторов от перегрузок по току, введен фильтрующий конденсатор, подключенный параллельно пороговому элементу, выполненному двухполюсньт и диод, подключенный анодом к первому резистору, а катодом - к выходу выпрямителя, причем силовые транзисторы включены по схеме с общей базой.