Преобразователь постоянного напряжения Советский патент 1987 года по МПК H02M3/335 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитания для преобразования постоянного напряжения и регулирования его значения ,

Цель изобретения - повышение надежности путем уменьшения динамических потерь в транзисторном ключе.

На фиг. 1 приведена принципиальная электрическая схема устройства; на фиг. 2 - функциональная схема блока управления преобразователя; на фиг. 3 - временные диаграммы, поясняющие работу преобразователя и его схемы управления, где индексы при переменных соответствуют номерам элементов устройства.

Преобразователь (фиг. 1) содержит транзисторный ключ 1, сглаживающий LC-фильтр 2 с замыкающим вентилем 3. Параллельно дросселю 4 фильтра 2 подключена первая цепочка 5, состоящая из последовательно соединенных первого вентиля 6 и коммутирующего конденсатора 7, при этом ком мутируюищй конденсатрр 7 соединен с конденсатором 8 фильтра 2. Вторая цепочка 9, состоящая из последовательно соедийенных второго вентиля 10 и дополнительного дросселя 11, подключена к выводам комкутирую1чего конденсатора 7, Третий вентиль 12 включен последовательно с транзисторным ключом 1, При этом первый 6 и второй 10 вентили указанных цепочек и замыкаюи1 1й вентиль 3 фильтра

2 выполнены управляемыми. i

Блок управления содержит (фиг. 2)

четыре резистивных делителя (датчика напряжения. Первый делитель 13 подключен к входу преобразователя (точг ка а), второй делитель 14 - к точке соединения конденсатора 7 и вентиля 6 первой цепочки 5 (точка ), третий 15 и четвертый 16 делители - к выходу преобразователя (точка S). Выход делителя 16 соединен с входом сравнивающего усилителя 17, второй вход которого подключен к источнику 18 опорного (эталонного) напряжения Выход усилителя 17 подключен к входу модулятора 19 ширины импульсов, второй вход которого подключен к выходу формирователя 20 пилообразного напряжения, соединенного входом с задающим генератором 21. Выходы первого 13 и второго 14 Делителей подключены к входам первого компарато ра 22, выходом соединенного с вхо-/ дом первого логического элемента

2И 23, второй вход которого соединен с выходом модулятора 19. Выход элемента 23 через первый усилитель 24 подключен к управляющему переходу первого вентиля 26 преобразователя

и через первый элемент 25 задержки и второй усилитель 26 к управляющему переходу транзисторного ключа 1, Кроме того, выход второго делителя 14 подключен к входам первого нульоргана 27 инвертора 28 аналогового сигнала. Выходы первого 13 и третьего 15 делителей подключены к сравнивающему элементу 29, соединенному выходом с вторым нуль-органом 30 и

с первым входом второго компаратора 31, второй вход которого соединен с выходом инвертора 28, а выход - с третьим входом 32(ХЗ) трехвходового селектора 33, реализующего логическую функцию У XlAX2VX UX3, Второй вход 34(Х2) селектора 33 соединен с выходом первого нуль-органа 27, а первый вход 35(Х1) - с выходом нуль- органа 30. Выход 36(У) селектора 33

через третий усилитель 37 подключен к управляющему переходу замыкающего вентиля 3 и через второй элемент 38 задержки и четвертый усилитель 39 к управляющему переходу второго вентиля 10.

Преобразователь и блок управления работают следующим образом.

Тактовые .импульсы (фиг. 3, Uj,) с задающего генератора 21 поступают

на вход формирователя 20.пилообразного напряжения, выходной сигнал Ujjj которого подается на первый вход модулятора 19. На входь 1 срав- ни.вающего усилителя 17 подаются выходное напряжение UH преобразователя через делитель 16 и эталонное напряжение с источника 18 опорного напряжения, Полученный сигнал рассогласования поступает на второй

вход модулятора 19 / В интервалах времени, когда пилообразный сигнал превышает сигнал рассогласования (ошибки) MJ, на выходе модулятора 19 формируется сигнал U,, соответствующий логической единице и его длительность пропорциональна сигналу А и, Под действием единичного сигнаша, поступающего через логический элемент 2И 23, элемент 25 задержки и усилитель 26, транзисторны ключ 1 преобразователя открыт. Энерги от первичного источника Е поступает в нагрузку и частично накапливается в дросселе 4 сглаживающего фильтра 2. Конденсатор 7 цепочки 5 заряжён с полярностью напряжения, указанной на фиг. 1 без скобок, причем сумма напряжений конденсатора 7 и конденсатора 8 фильтра 2 равна напряжению Е первичного источника. Суммарное напряжение () конденсаторов 7 и 8 и входное напряжение Е через делители 13 и 14 подаются на входы первого компаратора 22, В результат сравнения этих напряжений на выходе компаратора 22 пр11сутствует сигнал, со.ответствующий логической единице, разрешающий прохождение единичных сигналов с модулятора 19 через -логический элемент 23,

В момент времени t, на выходе модулятора 19 появляется нулевой сигнал, который через усилитель 26 запирает транзисторный ключ 1, (Элементы 25 и 38 задержки осуществляют задержку только передних фронтов импульсных сигналов). Ток дросселя 4 начинает замыкаться через открытый вентиль 6 и коммутирукмций конденсатор 7, вследствие чего происходит разряд и последующий перезаряд кон- денсатора 7, Выбором соответствующей величины емко.сти конденсатора задают необходимую скорость нарастания напряжения на запираемом транзисторе и ограничивают импульсную мощность потерь на фронте его выключения на допустимом уровне. Значение напряжения, до которого осуществляется перезаряд конденсатора 7, зависит от соотношения входного Е и выходного U|, напряжений преобразователя. Для контроля этик соотношений предназначен нуль-орган 30 и сравнивающий элемент 29, на входы которого подаются входное Е и выходное и напряжения через делители 13 и 15, причем коэффициент передачи делителя 15, подключенного к выходу преобразователя, в два раза больше коэффициента передачи делителя 13,

При выходном напряжении IJ преобразователя, большем половины входного Е, , результирующий сиг,нал ill на выходе сравнивающего элемента 29, пропорциональный величине (E-2Un),

имеет отрицательное значение и формирует на входе второго нуль-органа 30 сигнал логической единицы. Сформированный сигнал разрешает прохождение через селектор 33 сигнала с первого нуль-органа 27, поступающего на второй вход 34 селектора 33. При перезарядке конденсатора 7 с поляр Q ностью, указанной в скобках, до напряжения, превышающего выходное U°, потенциал точки и становится отрицательным. В момент времени с на выходе первого нуль-органа 27 появляет g ся сигнал и логиг-еской единицы, который, проходя через селектор 33 и.третий усилитель 37, преобразуется в импульсный сигнал и,.„р5, отпирающий замыкающий вентиль 3. В резульQ тате частичного разряда -конденсатора 7 по цепи: конденсатор 8 - вентиль 3 - вентиль 6 осуществляется запирание вентиля 6, и ток дросселя 4 начинает протекать через вентиль 3.

25 Через интервал времени дг,, определяемый элементом 38 задержки, на выходе усилителя 39 появляется импульсный сигнал Uynpio, отпирающий вентиль 10, и происходит обратный

2Q колебательный перезаряд конденсатора 7 по цепи: конденсатор 7 - вентиль 10 - реактор II, В процессе перезаряда конденсатора 7 потенциал точки S становится положительным и

на выходе первого нуль-органа 27 35

появляется сигнал логического нуля,

снимающий сигналы управления пръ и 10 вентилей 3 и 10,

По окончании перезаряда конден „ сатора 7 в момент времени tj вен- п

0

45

0

тиль 10 запирается, при этом напряжение на конденсаторе 7 примерно равно напряжению на нагрузке и суммарное напряя:ение конденсаторов 7 и 8 (потенциал точки S) превьшгает входное напряжение Е (потенциал точки а ). На выходе первого компаратора 22 появляется сигнал логической единицы, который разрешает прохождение сигнала с модулятора 19 через логический элемент 2И -23,

В момент времени tj тактовым импульсом и, с задающего генератора 21 выходной сигнал формировате- gg ля 20 пилообразного напряжения воз- вращается в исходное состояние и на выходе модулятора 19 появляется сигнал логической единицы, который, проходя через логический элемент

2И 23 и второй усилитель 24, преобразуется в управляющий импульс отпираю1ций вентиль 6. В результате частичного разряда конденсатора 7 по цепи: вентиль 6 - вентиль 3 - конденсатор 8 - конденсатор 7 осуществляется запирание вентиля 3 и ток дросселя 4 замыкается через конденсатор 7 и открытый вентиль 6, Через интервал времени bt, определяемый первым элементом 25 задержки, на выходе второго усилителя 26 формируется импульс управления ,, который отпирает транзисторный ключ 1. Но через транзисторный ключ 1 ток не протекает, так как потенциал точки S превышает потенциал точки а и вентиль 12 заперт. Б момент времени t потенциал точки 5 становится равным потенциалу точки а (без учета падений напряжений на вентилях 6 и 12 и ключе 1), В результате вентиль 12 отпирается и ток дросселя 4 начинает замыкаться по цепи: источник Е - вентиль 12 - транзисторный ключ 1 - дроссель 4 - конденсатор 8 - источник Е,

С появлением в момент времени t на выходе модулятора 19 нулевого сигнала опис&нные процессы в схемах повторяются.

Таким образом, включение транзисторного ключа осуществляется при запертом замыкающем вентиле 3 фильтра, при нулевом напряжении, приложенном к этому ключу и нулевом первоначальном значении протекающего Через него тока, что исключает динамические потери в ключе в интервале времени его вютючения.

При выходном напряжении U преобразователя, меньшего половины входного, результирующий сигнал uu на выходе сравнивающего элемента 29, пропорциональный величине (-211), имеет положительное значение и формирует на выходе второго нуль-орган 30 сигнал логического нуля, который запрещает прохождение через селектор 33 сигнала с выхода первого нул органа 27 и разрешает прохождение сигнала через селектор 33 с выхода второго компаратора 31. В процессе перезаряда конденсатора 7 с полярностью, указанной в скобках, после достижения потенциала точки S нулевого значения на выходе первого нульОргана 27 появляется сигнал U логической единицы.

После достижения потенциала точки

о значения (E-U), т.е. когда напряжение на конденсаторе 7 превысит величину (E-U(,) , появляется сигнал логической единицы и на выходе второго компаратора 31. Этот сигнал, проходя через третий усилитель 37, отпирает вентиль 3, Далее процессы в схеме протекают аналогично описанному дпя случая, когда и„ 0,ДЕ.

После колебательного перезаряда.

конденсатора 7 с полярностью указанной на фиг. 1 без скобок, потенциал точки S превыщает потенциал точки 0 и включение транзисторного ключа также осуществляется без динамичесloix потерь.

При запуске преобразователя первоначальный заряд коммутирующего кон- денсатора 7 может осуществляться через пусковую цепочку, показанную на

фиг, 1 пунктиром, которая подключена между плюсовой клеммой первичного источника и точкой соединения реактора 11 и вентиля 10. Это позволяет зарядить конденсатор 7 до напряжения,

превышающего входное напряжение, ускорить процесс заряда и запереть тиристор пусковой цепочки.

Формула изобретения

1, Преобразователь постоянного

напряжения, содержащий Транзисторный ключ, сглаживающий LC-фильтр с замы- какнцим вентилем, соединенный с выходными выводами, первую цепочку, состоящую из последовательно соединенных первого вентиля и коммутирующего конденсатора,. вторую цепочку состоящую из последовательно соединенных второго вентиля и дополнительного дросселя, третий вентиль и блок управления с задающим генератором, модулятором ширины импульсов и измерительным органом выходного напряжения, отличайщийся тем, что, с целью повьппения надежности уменьшения динамических потерь в транзисторном ключе, замыкаюший вентиль фильтра, первый и второй вентили указанных цепочек выполнены управляемыми, первая цепочка подключена параллельно дросселю фильтра, причем коммутирующий конденсатор соединен с конденсатором фильтра и зашунтирован второй цепочкой, а третий вентиль включен { е жду входным выводом и транзисторным ключом,

2, Преобразователь по п, 1, о т - ли чающийся тем, что в блок управления введены три делителя напряжения, сравнивающий элемент, два компаратора, два нуль-органа, логический инвертор, два элемента задержки, три усилителя, трехвходовой селектор, реализующий логическую функцию У XiA X2VX UX3, и логический . элемент 2И, при этом первый делитель напряжения подключен к входному выводу преобразователя, второй делитель напряжения точке соединения коммутирующего конденсатора и первого вентиля преобразователя, а третий делитель напряжения - к выходным выводам преобразователя, выход первого делителя напряжения соединен с соот- ветствуклцими первыми входами сравнивающего элемента и первого компаратора, выход второго делителя соединен с вторым входом первого компаратора и с входами первого нуль-органа и логического инвертора, выход

третьего делителя соединен с вторым входом сравнивающего элемента, выходом соединенного с первым входом второго компаратора и входом второго нуль-органа, выходом подключенного к первому входу трехвходового селектора, выход первого нуль-органа подключен к второму входу трехвходового

0 селектора выход логического инвертора соединен с вторым входом второго компаратора, выходом подключенного к третьему входу трехвходового ceneijTopa, выход первого компаратора

5 соединен с первым входом логического элемента 2И, второй вход которого соединен с выходом модулятора ширины импульсов, а выход элемента 2И соединен через первый усилитель с уп0 равляювщм входом первого вентиля преобразователя и через первый элемент задержки и второй усилитель с управляющим входом транзисторного ключа, - выход трехвходового селектора соеди5 нен через третий усилгуель с управ- , ляющим входом замыкающего вентиля и через второй элемент задержки и четвертый усилитель с управляющим входом второго вентиля

Изобретение относится к электротехнике . Цель - повьшение надежности путем уменьшения динамических потерь в транзисторном ключе. Устр-во содержит транзисторный ключ через сглаживающий LC-фильтр 2 с замыкающим вентилем подсоединенный к нагрузке. При запуске заряд коммутирующего конденсатора 7 осуществляется через пусковую цепь, включенную между одним из входных выводов и точкой соединения дросселя 11 и вентиля 10. Это позволяет зарядить конденсатор 7 до напряжения, превы-. шающего входное напряжение, ускорить процесс заряда и запереть тиристор пусковой цепочки. 1 з.п. ф-лы, 3 ил. IL l 4/Л/ 00 о: оо IO5

.6

Ж-

Uynjo.t

.

нэнз-

ilijnfi. Ю

Риг.г

t

t

t

Редактор Н, Лазаренко

Составитель В. Моин Техред М.Ходанич

Заказ 6301/55Тираж .659Подписное

ВНИИПИ 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

Фиг,3

Корректор О, Кравцова