Устройство для управления транзисторным преобразователем Советский патент 1990 года по МПК H02M7/12 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в стабилизированных источниках питания

Цель изобретения увеличение надежности и расширение области применения устройства для управления.

На фиг. 1 показана принципиальная схема устройства; на фиг. I - временные диаграммы, поясняющие его работу

Устройство содержит импульсный генератор 1, источник 2 управляющего напряжения, компаратор 3, один вход которого подключен к выходу источника 2, а второй вход соединен с выходом интегратора 4, состоящего из резистора 5 и накопительно о конденсатора 6, заиунтированног- ключами 7 и 8. Вход интегратора 4 соединен с датчиками 9 выходного напряжения преобразователя, а выход компаратора 3 соединен с ключом 7 и первым входом первого элемента II 10., выход которого подключен к R-входу US-триггера 11, ,а второй вход соединен с инверсным выходом импульсного генератора 1 и первыми входами элементов ШШ-НЕ 1 и 13, выход элемента ПШ-НЕ 13 под-, ключей к управляющему входу ключа 8. Второй вход элемента ШП1-НЕ 13 соединен с выходом элемента Ш1И-НЕ 12 и S-входом KLJ-триггера 1 1 , выход которого через HCU-цепочку 14 задержки соединен с вторым входом элемента 1ШИ-НЕ 12 и непосредственно - с первыми входами второго и третьего элементов И 15 и 16, вторые входы которых через вторую и третью RCU-цеиоч- ки 17 и 1В задержки подключены к прямому и инверсному выходам Т-триг- гера 19, вход которого соединен с прямым выходом импульсного генератора 1 .

Двухтактный транзисторный преобразователь может быть выполнен например, по полумостов ой схеме, включающей в себя источник 20 питания, конденсаторы 21 делителя напряжения, силовой трансформатор 22, к вторичной обмотке которого подключена нагрузка 23, диоды 24 обратного тока, силовые транзисторы 25 и усилители 26 мощности для управления силовыми транзисторами.

Устройство работает следующим образом.

Задающий генератор 1 вырабатывает две взаимно инверсные последовательности импулъгов. Прямая иоследова0

5

тельность импульсов (диаграмма 27 на фиг. 2) поступает на счетный вход Т-триггера 19, вызывая две противо- , фазные последовательности импульсов на прямом и инверсном выходах Т-триг- геров. Проходя через UCD-цепочки 17 и 18 задержки, преобразованные импульсы (диаграммы 28 и 29, фиг. 2)

Q поступают каждый на один из входов элементов И 15 и 16. Таким образом, в каждый момент времени сигнал на выходе может быть только у из элементов И 15 и 16. За счет цепочек

5 и 1 8 задержки в течение времени 1г (диа раммы 28 и 29, фиг. 2) сигнал на выходе элементов И 1э и 16 появиться не может независимо от сш- нала на друаом входе элементов И 15 и 16. Это исключает возможность возникновения сквозных токов в двухтактных преобразователях.

Выходные CHI налы элементов И 15 и 1Ь (.диаграммы 37 и 38, фиг. 2), поступая через усилители 26 мощности на силовые транзисторы 2.5 (токи баз транзисторов 25 показаны на диаграммах 39 и 40, фш . 2), управляют работой преобразователя. Наибольшее влияние на работу преобразователя оказывают инерционные свойства силовых транзисторов, проявляющиеся в задержке выключения , необходимой для рассасывания избыточного заряда в базе. Поэтому условном отсутствия сквозных токов в преобразователе является выражение .(ч которое легко выполняется для всех режимов работы преобразователя .

Устройство может работать в двух различных режимах в зависимости от величины входного напряжения. Рассмотрим случай, когда величина входного напряжения меньше нижнего уровня диапазона допустимых величин входных напряжений, например, при пуске преобразователя. Импульс с второго выхода задающего генератора 1 (диаграмма 30, фиг. 2) через элемент ШШ- НЕ 12 поступает на S-вход US-триггера 11 и,- если он находится в сброшен- ном состоянии, переводит его в состояние с высоким потенциалом на выходе (диаграмма 34 фиг. 2).

Высокий потенциал- с выхода RS-триг- гера поступает на входы элементов И 15 и 16, поэтому на выходе одного из них, например 15 (диаграмма 37, фиг.2), появляется сигнал, вызывающий

0

5

0

5

0

5

ток базы силового транзистора 25 (диаграмма 39, фи. 2) и появление напряжения на вторичной обмотке силового трансформатора 22 (диаграмма 41, фиг. 2), а следовательно, и напряжение Uj на выходе датчика 9 выходного напряжения преобразователя (диаграмма 31 , фиг. 2).

Напряжение Ug, поступая на вход интегратора 4, начинает заряжать накопительный конденсатор 6. Напряжение на конденсаторе (диаграмма 32, фиг. 2) до момента времени t возочередного импульса -задчющр о генератора (диаграммы 27 и 30). При этом Т-триггер 19 иереходнч в другое ус- тойчивое состояние, переводя cm нал управления силовым транзистором с выхода элемента И 15 на вход элемента И 16 (диаграмма 39, фиг. 2). Таким образом, если входное напряжение не 10 достаточно для того, чтобы обеспечить необходимую величину среднего значения выходного напряжения преобразователя, силовые транзисторы переключаются с максимальным коэффициентом растает до величины меньшей, чем опор-j5 заполнения импульса, включаясь с ми- ное напряжение Uy источника управляю- нимальной задержкой, необходимой для

исключения сквозных токов преобразователя, а накопительный конденсатор 6 разряжается в моменты поступления

щего напряжения. Поэтому компаратор 3 остается в состоянии с нулевым потенциалом на выходе и сигнал на включение ключа 7 для разряда конденсатора 20 импульсов задающего генератора 1. 6 в этом полунериоде не поступает. Если величина входного напряжения

В известном устройстве такая ситуация приводит к аварии преобразователя,

становится больше минимального уровня, при котором уже возможно получение номинального значения выходного

так как конденсатор 6 продолжает заряжаться до тех пор, пока напряжение на нем не достигнет величины управляющего напряжения Uy. Этот момент времени неконтролируем, и это, как правило, приводит к несимметричному режиму перемагничИвания силового тран сформатора.

В момент времени t( с инверсного выхода импульсного генератора 1 (диаграмма 30, фиг. 2) на один вход элемента ШШ-11Е 13 поступает в виде импульса низкий потенциал от задающего генератора, а с выхода элемента ИЛИ- НЕ 12 на другой вход - также низкий потенциал, так как с выхода RS-триг- гера 11 на входе элемента ИЛИ-НЕ 12 присутствует (диаграмма ЗЬ, фиг.2) высокий потенциал. Поэтому с выхода элемента Ш1И-НЕ 13 на вход ключа 8 поступает положительный импульс (диаграмма 33, фиг. 2), вследствие чего в момент времени t происходит разряд конденсатора 6 (диаграмма 32, фиг.2), Таким образом, в следующем полуперио- де заряд накопительного конденсатора 6 начинается с нулевого значения.

Если среднее значение выходного напряжения преобразователя в следующем полуиериоде опять меньше установленной величины, заданной величиной

становится больше минимального уровня, при котором уже возможно получение номинального значения выходного

25 напряжения преобразователя, вступает в работу система стабилизации среднего значения выходного напряжения. На фиг. 2 начиная с третьего полупериода заряд конденсатора 6 интеграто30 Ра 4 до величины управляющее напряжения Ь у происходит -раньше, чем поступит следующий импульс импульсного генератора. Например, в момент t2 (диаграмма 32, фиг. 2) с выхода компаратора 3 на вход ключа 7 и вход элемента И 10 поступает положительный импульс напряжения, что приводит к разряду конденсатора 6 и поступлению импульса на К-вход RS-триггера 11, так как на другом входе элемента И 10 в этом время присутствует положительный потенциал. Триггер 11 переходит J3 состояние с нулевым потенциалом на выходе (.диаграмма 34, фиг. 2), запрещая прохождение сигнала на выходах элементов И 15 и 16 (диаграмма 37, фиг. 2), что приводит к выключению работавшего силового транзистора (диаграмма 39 тока базы, фиг. 2).

CQ Через некоторое время , определяемое временем рассасывания избыточного заряда в базе, в момент времени I,,. падает до нуля напряжение на вторичной обмотке силового трансформатора

35

40

45

управляющего напряжения Uу, то выклю- (диаграмма 41, фиг. 2) и на выходе чение силового транзистора 25 (диа- датчика выходного напряжения преобра- граммы 40 и 41) и разряд конденсате-, ра 6 (диаграмма 32, фиг. 2) опять

происходят в момент (t2) поступления

зователя (диаграмма 31, фиг. 2). За это время до момента Ц напряжение на конденсаторе 6 интегратора 4 успеочередного импульса -задчющр о генератора (диаграммы 27 и 30). При этом Т-триггер 19 иереходнч в другое ус- тойчивое состояние, переводя cm нал управления силовым транзистором с выхода элемента И 15 на вход элемента И 16 (диаграмма 39, фиг. 2). Таким образом, если входное напряжение не достаточно для того, чтобы обеспечить необходимую величину среднего значения выходного напряжения преобразователя, силовые транзисторы переключаимпульсов задающего генератора 1. Если величина входного напряжения

становится больше минимального уровня, при котором уже возможно получение номинального значения выходного

напряжения преобразователя, вступает в работу система стабилизации среднего значения выходного напряжения. На фиг. 2 начиная с третьего полупериода заряд конденсатора 6 интегратоРа 4 до величины управляющее напряжения Ь у происходит -раньше, чем поступит следующий импульс импульсного генератора. Например, в момент t2 (диаграмма 32, фиг. 2) с выхода компаратора 3 на вход ключа 7 и вход элемента И 10 поступает положительный импульс напряжения, что приводит к разряду конденсатора 6 и поступлению импульса на К-вход RS-триггера 11, так как на другом входе элемента И 10 в этом время присутствует положительный потенциал. Триггер 11 переходит J3 состояние с нулевым потенциалом на выходе (.диаграмма 34, фиг. 2), запрещая прохождение сигнала на выходах элементов И 15 и 16 (диаграмма 37, фиг. 2), что приводит к выключению работавшего силового транзистора (диаграмма 39 тока базы, фиг. 2).

Через некоторое время , определяемое временем рассасывания избыточного заряда в базе, в момент времени I,,. падает до нуля напряжение на вторичной обмотке силового трансформатора

(диаграмма 41, фиг. 2) и на выходе датчика выходного напряжения преобра-

зователя (диаграмма 31, фиг. 2). За это время до момента Ц напряжение на конденсаторе 6 интегратора 4 успевает возрасти до некоторой величины, которая сохраняется на нем до начала заряда в следующем полупериоде, внося поправку в систему стабилиза- ции, учитывающую инерционные свойства транзисторов.

Следующий импульс 27 с прямого выхода задающего генератора 1 приводит триггер 19 в другое устойчивое состояние, поэтому через время tt к передаче сигнала включения на силовой транзистор буде т готов снова элемент И 15. Одновременно импульс ЗР с второго выхода задающего генератора 1 проходит через элемент ШШ-НЕ 12 (диаграмма 36, фиг.2), так как напряжение 35 на выходе цепочки 14 задержки, поступающее с выхода RS-триг- гера 11 (диаграмма 34) с задержкой, некоторое время меньше нижнего уровня логического нуля. Импульс 36, поступающий на Ы-вход триггера 11, переводит его в состояние с высоким потенциалом, разрешая прохождение сигнала включения СИЛОВОЕО транзистора через элементы И 15 и 16. Это приводит к включению в момент t0 силового транзистора и появлению напряжения на выходах преобразователя и дат чика выходного напряжения. Затем процесс повторяется, приводя к выключению силового транзистора в момент t чере з время Ј, после срабатывания компаратора 3 в .момент tfe. Таким об- разом осуществляется точная стабилизация выходного напряжения на заданном уровне.

В устройстве осуществляется автоматическое включение и отключение системы стабилизации выходного напряжения преобразователя при переходе входного напряжения через границу диапазона минимально допустимых входных напряжений без применения измерителя мгновенных значений входного напряжения. Это обеспечивает увеличение функциональной надежности устройства при работе в переходных режимах и расширение его функциональных возмож- ностей по сравнению с известным устройством, так как появляется возмож ность управления двухтактным преобразователем, исключив возможность возникновения сквозных токов силовых транзисторов.

Предлагаемое техническое решение обеспечивает увеличение надежности работы устройства в переходных режимах, а также упрощение и уменьшение трудоемкости первоначальной отладки преобразователя, так как имеется возможность плавного увеличения входного напряжения при ненастроенной системе стабилизации и даже при неисправностях в петле обратной связи системы стабилизации. Формула изобретения

Устройство для управления транзисторным преобразователем, содержащее импульсный генератор, компаратор, первый вход которого подключен к выходу источника управляющего напряжения, второй вход соединен с выходом интегратора, накопительный элемент которого шунтирован ключом, выход соединен с управляющим входом ключа, вход интегратора соединен с выходом датчика выходного напряжения преобразователя, RS-триггер, о т л и ч а ю- щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности и расширения области использования, оно снабжено Т-триггером, двумя элементами И, тремя элементами задержки, элементом ШШ, двумя элементами ШШ-НЕ и вторым ключом, шунтирующим накопительный элемент интегратора, причем управляющий вход второго ключа соединен с выходом первого элемента ШШ-UE, первый вход которого соединен с инверсным выходом импульсного генератора и первыми входами второго элемента ШШ-НЕ и первого элемента И, второй вход которого соединен с выходом компаратора, выход - с R-входом КЗ-триггера, второй вход первого элемента ШШ-НЕ соединен с выходом второго элемента ШШ-НЕ и S-входом RS-триггера, выход которого соединен с первыми входами второго и третьего элементов ШШ и через первый элемент задержки с вторым входом второго элемента ШШ-НЕ, вторые входы второго и третьего элементов И через второй и третий элементы задержки соединены с прямым и инверсным выходами Т-триггера, выходы предназначены для подключения транзисторов преобразователя, выход

f

Т-триггера подключен к прямому выходу импульсного генератора,

W

Изобретение относится к электротехнике. Цель изобретения - повышение надежности и расширение функциональных возможностей. Устройство содержит импульсный генератор 1, источник 2 управляющего напряжения, компаратор 3, интегратор 4, состоящий из резистора 5 и накопительного конденсатора 6, зашунтированного ключами 7 и 8. Вход интегратора 4 соединен с датчиками 9 выходного напряжения преобразователя, а выход компаратора 3 соединен с ключом 7 и первым входом первого элемента И 10, выход которого подключен к R-входу RS-триггера 11. Устройство содержит также элементы ИЛИ-НЕ 12 и 13, RCD-цепочки 14,17,18, элементы И 15 и 16, T-триггер 19. Устройство автоматически переходит из режима стабилизации напряжения в режим ограничения предельных углов регулирования. 2 ил.