Ограничитель пускового тока инвертора Советский патент 1987 года по МПК H02M3/335 

113

Изобретение относится к электро- .технике- и может быть использовано в системах вторичного электропитания и электропривода для преобразования постоянного напряжения.

Цель изобретения - повьш1ение надежности путем уменьшения мощности, рассеиваемой на силовых элементах,

На фиг.1 изображена схема ограни- чителя; на фиг.2 - вариант выполнения схемы; на фиг,3 - диаграммы работы ограничителя,

Ограничитель пускового тока содержит коммутирующий транзистор 1 (фиг,)) резисторы 2-6, конденсатор 7, стабилитрон 8, управляющий транзистор 9 и пусковой блок 10 управления, Нагрузкой ограничителя является входная силовая цепь инвертора 11 с внешним возбуждением, подключенная параллельно конденсатору 7.

Транзистор 1 подключен коллектором к первому входному выводу для подключения источника входного напряжения Ugjj, а эмиттером через первый резистор 2 - к эмиттеру управляющего транзис- тора 9, к первому входу блока 10 управления и к первому выводу конденсатора 7, второй вывод которого соеди- нен с вторым входным выводом для под- ключения источника входного напряжения и„„. Второй вывод для подключения

О Л

дополнительного источника питания подключен через второй резистор 5 к базе коммутирующего транзистора и к , коллектору управляющего транзистора 9, Балластный резистор 3 подключен параллельно транзистору 1. Между эмиттером транзистора 1 и базой транзистора 9 включен третий резистор 6, Последовательная цепь из четвертого резистора 4 и стабилитрона 8 включена между коллектором транзистора 1 и базой транзистора 9, Между вторым и третьим входами блока управления включен источник опорного напряжения U, Выходы блока 10 управления подключены к управляющим входам инвертора 11.

Устройство работает следуюш м об- разом,

В исходном состоянии напряжение на клеммах U,, U дор , и.л (фиг,1) равно нулю. В момент включения на клеммы и , и 0 и IJ.on подаются на- пряжения, причем и вх U jon Вследствие того, что напряжение стабилизации стабилитрона 8 намного меньше U в цепи, образованной резисторон 4,

1442

стабилитроном 3 и переходом база- эмиттер транзистора 9, потечет ток, который переведет управляющий транзистор 9 в режим насыщения. В результате транзистор 9 зашунтирует переход база-эмиттер транзистора 1, переведя его в закрытое состояние. Это соответствует началу 1-го этапа заряда конденсатора 7 (момент t на фиг.З) Зарядной цепью на этом этапе будет цепь, состоящая из резисторов 3 и2 (фиг,1), причем значение сопротивления резистора 3 намного больше, чем резистора 2, и поэтому величина тока заряда конденсатора 7 на этом этапе определяется в основном резистором 3.

На блок 10 управления подаются опорное напряжение UQ, и напряжение с положительного вывода конденсатора 7. В соответствии с алгоритмом работы блока 10 управления, начиная с момента включения и до момента нарастания напряжения на конденсаторе 7 до величины Ug (точка 3 на фиг.З), на выходах блока 10 управления отсутствуют управляющие импульсы и инвертор 1 находится в выключенном состоянии

В конце первого этапа заряда конденсатора 7 (точка 1 на фиг.З напряжение на конденсаторе превьшает, по крайней мере,, половину Ug,, падение напряжения на резисторе 4 уменьшается и ток базы транзистора 9 начинает уменьшаться. При этом ток, протекающий в резисторе 5, начинает перераспределяться между цепью базы транзистора 1 и цепью коллектора транзистора 9 Вследствие этого транзистор 1 начинает постепенно открываться и ток в нем будет расти (промежуток времени от t до tjHa фиг.З)о

С момента открывания транзистора 1 (точка 1 на фиг.З) начинается 2-й этап заряда конденсатора 7.На этом этапе ток заряда определяется внутренним сопротивлен ем транзистора 1 и резистора 2 По достижении тока, протекающего в резисторе 2, значения (точка 2 на фиг.З) на нем создается падение напряжения, достаточное для прекращения процесса перераспределения тока, протекающего в резисторе 5, между транзистором 9 и базой транзистора 1 за счет тока, протекающего в резисторе 6,

313561

Вследствие этого в момент, времени t транзистор 1 переходит в режим ограничения тока, а транзистор 9 - в линейный режим работы. В этих режимах транзисторы 1 и 9 будут находиться до 5 окончания заряда конденсатора 7.

На интервале времени t -t конденсатор 7 заряжается постоянным током, а напряжение на конденсаторе 7 (в точке 3) достигает уровня , Это W напряжение является пороговым значением, при котором блок 10 управления включается и начинает с этого момента вырабатывать на своих выходах управ- ляюпще импульсы, которые поступают 5 на инвертор 11,

Инвертор 11 в момент времени t переходит во включенное состояние и начинает потреблять ток , что приводит к снижению крутизны заряда конденса- 20 тора 7, процесс заряда которого заканчивается в точке 4, При этом напряжение на конденсаторе 7 достигает значения , В точке 4 ток заряда кон-

денсатора снижается до нуля и через транзистор 1 и резистор 2 протекает ток I ном который потребляет инвертор 11. На этом заканчивается 2-й этап заряда конденсатора 7,

Так как уровень тока, потребляемо го инвертором 11, значительно ниже уровня ограничения I , падение напряжения на резисторе в точке 4 снижается до значения, достаточного для запирания транзистора 9, и весь ток, протекающий через резистор 5, потече в цепь базы транзистора 1. Вследстви этого транзистор 1 переходит в режим насыщения. На этом заканчивается этап пуска, схема переходит в уста- новивщийся режим работы,

В этом режиме ограничитель находится пока, на входных выводах под- держивается напряжение, превышающее уровень и j,,o

При этом под Ug(,,(. следует понимать минимально возможное значение напряжения на входе инвертора 11, при котором сохраняется его нормальная работа, обеспечивающая требуемые технические характеристики.

При коротком замыкании на выводах конденсатора 7 в первый момент воз- растает ток через транзистор 1, Ограничение наступает вследствие тока, который течет в цепи резистора 6, что приводит к открыванию транзистора

5

0 5

О 5 0

.

444

9 и переходу в линейный режим транзистора 1 ,

По мере снижения напряжения на конденсаторе 7 появляется и нарастает ток в цепи резистора 4 и стабилитрона 8, что в конечном счете переведет транзистор 9 в режим насьш;ения, а транзистор 1. в закрытое состояние.

При снижении напряжения на конденсаторе 7 до значения и. (точка 6

.в Vlx-1

на фиг,3) происходит прекращение работы блока 10 управления и выключение инвертора 11, Когда напряжение на конденсаторе 7 станет равным нулю, инвертор будет потреблять ток, равный значению (фиг,3), которое определяется только сопротивлением резистора 3, Это состояние сохранится до устранения короткого замыкания на выводах конденсатора 7,

Один из возможных вариантов выполнения блока 10 управления, входящего в состав ограничителя, приведен на фиг.2, Эта схема содержит делители

12напряжений, компаратор U j,(| 13, компаратор Uj, 14 и последовательно соединенные RS-триггер 15 и формирователь 16 управляющих сигналов, .На входе детектора 17 н на выходе генератора 18 включены трансформаторы гальванической развязки. При этом выход 1 делителей I2 напряжений подключен к.входу 1 компаратора 13, выход 2 - к инверсному входу 2 компаратора 13 и к входу 1 компаратора 14,

а выход 3 - к инверсному входу 2 компаратора 14,

Выходы компараторов 13 и 14 подключены к S- и R-входам триггера 15 соответственно. Входы 2 и 3 делителей 12 подключены к источнику опорного напряжения ПОР.

Блок управления работает следующим образом.

В .исходном состоянии на входы 2 и 3 делителей 12 поступает стабилизированное опорное напряжение от ис- точника , которое после деления используется как пороговое напряжение для компараторов 13 и 14, Пока напряжение на входе 1 (фиг.2) делителей 12 (на конденсаторе.7 фиг,1) равно нулю или остается меньще значения tточка 7 на фиг,3, напряжение на выходе 2 делителей 12 остается меньше пороговых значений компараторов 13 и 14, При- этом на выходе компаратора

13- уровень 1 (фиг.Зв), а на выходе компаратора 14 - уровень О (фиг.Зг О. Триггер 13 находится в исходном состоянии, при котором на его выходе уровень О (фиг.Зд), запрещающий работу релаксационного генератора 16,

Вследствие этого на выходах блока управления отсутствуют управляющие импульсы. При достижении напряжения на входе 1 делителей 12 значения - бик/ (.точка 7 на фиг.З) срабатывает компаратор 13, на выходе которого формируется уровень О (фиг.Зв}, - подтверждающий исходное состояние триггера 15 (фиг.Зд). При достижении напряжения на конденсатора 7 значения U ji (точка 3 -на фиг.З) напряже ше на выходе 2 делителей 12 становится достаточным для срабатывания компарацепочку из последовательно соединен коммутирующего транзистора, первйго резистора и конденсатора, подключен ного к силовому входу инвертора, по следовательную цепь из второго рези тора и управляющего транзистора, тр тий резистор, включенный между эмит ром коммутирующего транзистора и ба зой управляющего транзистора, колле тор которого соединен с базой коммут рующего транзистора, отличаю щийся тем, что, с целью повьщ1е надежности путем уменьшения мощност рассеиваемой на силовых элементах, 5 введены балластный резистор, включе ный параллельно коммутирующему тран зистору, цепь из последовательно соединенных четвертого резистора и стабилитрона, включенная между колл

10

тора 14, на выходе которого формиру- тором коммутирующего транзистора и ется уровень 1 (фиг.Зг), вызывающий переключение триггера 15 по R-входу. На его выходе формируется уровень 1 (фиг. Зд), Формирователь 16 управ25

базой управляющего транзистора, а также пусковой блок управления, при этом эмиттер управляющего транзисто подключен к выводу конденсатора, со единенному с первым резистором, а также к первому входу пускового бло ка управления и к первому выводу дл подключения дополнительного источии ка питания, второй вывод которого подключен к второму резистору, межд вторым и третьим входами блока управления включен источник опорного напряжения, а выходы пускового блок управления соединены с соответствую сщми управляющими входами инвертора 2. Ограничитель по п.1, о т л и ч а ю щ и и. с я тем, что пусковой блок управления содержит делители н пряжений, компаратор включения, ком паратор выключения, а также последо вательно соединенные R-S-триггер и формирователь управляющих импульсов при .этом три входа делителей напряжений подключены к трем входным выводам пускового блока управления со ответственно, первый выход делителе напряжения подютючен к одному из входов компаратора выключения, другой вход которого подключен к второ му То гходу, делителей напряжения и к одному из входов компаратора включе ния, другой вход которого подключен третьему выходу делителей напряжения , выходы компараторов выключения и включения подключены к S- и Е-вхо дам триггера соответственно.

ляющих сигналов начинает генерировать на выходах 1 и 2 парафазные управляющие импульсы (фиг.Зе, ж), включающие инвертор 11. Это состояние блока управления сохранится при всех значениях напряжения на конденсаторе 7,

Превьщ1аюп их значение U

эым

При снижении напряжения на конденсаторе / до значения U (точка 8 на фиг.З), что может произойти в случае уменьшения напряжения при коротком замыкании на выходе ограничителя, напряжение на выходе 2 делителей 12 снижается до значения, достаточного для возвращения компаратора 14 в исходное состояние (фиг.Зг), которое, в свою очередь, подтверждает предьщу- щее состояние триггера 15. При дальнейшем снижении напряжения на конденсаторе 7 до значения и.,„. (точка 6

, о ЬJKA

Ha4 Hr.3iJ напряжение на выходе 2 делителей 12 становится достаточным для возвращения компаратора 13 в исходное состояние (фиг.Зв), при этом триггер 15 опрокидывается по S-входу и на его выходе (фиг.Зд) формируется уровень О. Формула изобретения

1. Ограничитель пускового тока инвертора с внешним возбуждением, содержащий подключенную к входным вьгоодам

цепочку из последовательно соединенных коммутирующего транзистора, первйго резистора и конденсатора, подключенного к силовому входу инвертора, последовательную цепь из второго резистора и управляющего транзистора, третий резистор, включенный между эмиттером коммутирующего транзистора и базой управляющего транзистора, коллектор которого соединен с базой коммутирующего транзистора, отличающийся тем, что, с целью повьщ1ения надежности путем уменьшения мощности, рассеиваемой на силовых элементах, введены балластный резистор, включен-, ный параллельно коммутирующему транзистору, цепь из последовательно соединенных четвертого резистора и стабилитрона, включенная между коллек

О тором коммутирующего транзистора и

5

0

5

0

5

0

базой управляющего транзистора, а также пусковой блок управления, при этом эмиттер управляющего транзистора подключен к выводу конденсатора, соединенному с первым резистором, а также к первому входу пускового блока управления и к первому выводу для подключения дополнительного источии-- ка питания, второй вывод которого подключен к второму резистору, между вторым и третьим входами блока управления включен источник опорного напряжения, а выходы пускового блока управления соединены с соответствую- сщми управляющими входами инвертора, 2. Ограничитель по п.1, о т л и - ч а ю щ и и. с я тем, что пусковой блок управления содержит делители напряжений, компаратор включения, компаратор выключения, а также последовательно соединенные R-S-триггер и формирователь управляющих импульсов, при .этом три входа делителей напряжений подключены к трем входным выводам пускового блока управления соответственно, первый выход делителей напряжения подютючен к одному из входов компаратора выключения, другой вход которого подключен к второму То гходу, делителей напряжения и к одному из входов компаратора включения, другой вход которого подключен к третьему выходу делителей напряжения , выходы компараторов выключения и включения подключены к S- и Е-вхо- дам триггера соответственно.

вх.1

8ш.1

8х.,

и

гЗ

0

ffffX.f

/,

15

16

dir/X.

(pus.Z

Изобретение относится к электротехнике. Цель изобретения - повышение надежности путем уменьшения мощности, рассеиваемой на силовых элементах. Устр-во содержит коммутирующий транзистор 1, зашунтированный резистором 3, Вход инвертора подсоединен к конденсатору 7, На начальном этапе включения транзистор 1 закрыт, а конденсатор 7 заряжается через резистор 3, По мере заряда последнего транзистор 1 постепенно открывается, переходя в режим ограничения тока. Блок управления включается при достижении напряжением на конденсаторе 7 заданного значения. Схема- переходит в установившееся состояние, соответствующее окончанию процесса пуска, при насыщении транзистора 1. 1 з.п, ф-лы, 3 ил. вХ UdOn (Л 11 MSi Входз со 01 05 4 1 Uon It- Вход - 8fO ВходЗ W Вых. 0t/e.f

Редактор Н.Слободяник

Составитель В.Моин Техред Л.Сердюкова

Заказ 5807/51Тираж 659Подписное

ВНИШШ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб, д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород ул. Проектная, 4

Корректор А.Тяско