Преобразователь постоянного напряжения Советский патент 1992 года по МПК H02M3/335 

Изобретение относится к искробезо- пасным источникам питания с защитой и может быть использовано для различных устройств преобразовательной техники, а также для питания светильников высокомеханизированных забоев шахт, опасных по внезапным выбросам газа и/или пыли.

Известен стабилизированный преобразователь постоянного напряжения в постоянное, содержащий широтно-импульсный модулятор, выходы которого соединены с одними входами двух селекторов, другие входы которых соединены с выходом схемы ИЛИ, а выходы - с входом усилителя мощности, выход которого соединен с выпрямителем, через фильтр соединенным с выходом для подключения нагрузки, к которому подключен вход нуль-органа, выходом соединенного с одним из входов схемы ИЛИ, между другим входом которой и выходом для подключения нагрузки включена цепь, состоящая из последовательно соединенных диода, разрядного резистора, порогового блока и формирователя импульсов, а между общей шиной и точкой соединения диода и разрядного резистора включен конденсатор.

Однако при включении напряжения питания, когда напряжение на выходе преобразователя еще отсутствует, на выходе нуль-органа устанавливается логический нуль и подача импульсов управления на усилитель мощности отсутствует, что ведет к усложнению запуска преобразователя.

VI

О

ся

чэ

00

Наличие нуль-органа, порогового блока и формирователя импульсов увеличивает трудоемкость настройки преобразователя.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является транзисторный преобразователь с защитой, содержащий инертор с блоком управления и выходным трансформатором, одна из вторичных обмоток которого подключена к входу выпрямителя, блок защиты на транзисторе, датчик выходного тока инвертора, конденсатор и генератор импульсов, причем блок защиты выполнен в виде усилителя мощности, противофазные выходы которого подключены к входам блока управления, эмиттер транзистора подключен к выходу импульсов запуска генератора импульсов, его база - к выходу треугольного напряжения генератора импульсов, а коллектор - к выходу выпрямителя, зашунтированному конденсатором, причем блок управления и инвертор подключены к общей шине через датчик выходного тока инвертора,

Известный преобразователь характеризуется небольшой искробезопасной мощностью, величина которой определяется емкостью конденсатора, подключенного к выпрямителю. При изменении напряжения питания инвертора изменяется пауза между выходными импульсами, и для обеспечения нормальной работы инвертора в широком диапазоне изменений напряжения емкость конденсатора должна быть выбрана такой. чтобы при максимальной длительности паузы не было провалов в напряжении питания усилителя мощности, т.е. чтобы не произошло срыва генерации. Но увеличение емкости конденсатора ведет к увеличению тока перегрузки в выходной обмотке инвертора, а также к увеличению мощности короткого замыкания в выходной обмотке выше искробезопасного уровня.

Кроме того, уровень искробезопасной мощности в выходной обмотке инвертора ограничен тем, что при коммутационных разрядах открытие транзисторов инвертора под действием импульсов запуска может совпадать во времени с замыканиями в выходной обмотке. Импульс тока короткого замыкания в момент действия импульса запуска может превысить искробезопасный уровень.

Недостатком известного транзисторного преобразователя является также и то, что питание блока управления осуществляется от источника питания, к которому подключен инвертор. А так как в схеме любого преобразователя основную часть энергии, необходимой для питания элементов управления преобразователя, потребляют усилители сигналов управления, то для снижения мощности потребляемой от сети, а следовательно, и снижения массы и габаритов блока управления более целесообразно запитать

блок управления от обмотки трансформатора инвертора. Особенно этот недостаток проявляется при использовании больших питающих напряжений.

Цель изобретения - повышение эксплу0 атационной надежности путем увеличения искробезопасной мощности.

На фиг.1 показана схема преобразователя; на фиг,2 -диаграммы, поясняющие его работу.

5 Преобразователь постоянного напряжения содержит инвертор 1 с блоком 2 управления, генератор 3 треугольных импульсов, выходной трансформатор 4 инвертора 1, вторичная обмотка которого под0 ключена к выпрямителю 5, к выходу которого подключен конденсатор 6. К выходной обмотке трансформатора 4 подключена нагрузка 7. Блок 2 управления и инвертор 1 подключены к общему проводу

5 источника питания через датчик 8 выходного тока инвертора 1. Диоды 9 и 10 анодами подключены к противофазным выходам генератора 3, а их катоды соединены вместе и подключены к входу детектора 11 нулевого

0 уровня, выход которого подключен к базе транзистора 12, причем его коллектор соединен с плюсовой шиной питания генератора 3, а эмиттер и выход выпрямителя 5 соединены вместе и подключены к плюсо5 вой шине блока 2 управления (фиг.1).

Устройство работает следующим образом.

При включении напряжения питания генератор 3 импульсов начинает формировать

0 импульсы треугольного напряжения, которые поступают к входам блока управления (Ui и 1)2, фиг.2).

Выпрямленные диодами 9 и 10 импульсы поступают на вход детектора 11 нулевого

5 уровня (Уз, фиг.2). Падение напряжения на диодах использовано для формирования нулевой паузы между импульсами tn (tn, фиг.2).

С выхода детектора 11 нулевого уровня

0 следуют импульсы запуска U3an {U3an, фиг.2), поступающие на базу транзистора 12. Транзистор 12, периодически открываясь на время действия импульса запуска, заряжает конденсатор 6. Конденсатор 6 заряжается

5 практически мгновенно, так как заряд происходит в паузе между импульсами управления. Емкость конденсатора выбирается из условия, чтобы его энергии разряда было достаточно для включения транзистора блока управления и силового транзистора инвертора, т.е. длительность разряда должна быть несколько больше длительности включения транзистора управления и силового транзистора.

С приходом первого импульса управления (Ui, фиг.2), транзистор блока управления открывается, на его выходе формируется сигнал управления силовым транзистором инвертора (1М, фиг.2). Силовой транзистор инвертора открывается, и на выпрямителе 5, подключенном к вторичной обмотке трансформатора 4, появляется питающее напряжение, заряжающее конденсатор б, и питающее блок управления до окончания действия импульса управления. Конденсатор 6 заряжен и готов для обеспечения включения второго транзистора блока управления и силового транзистора инвертора в следующем полупериоде импульсов управления (LJ2. Us, фиг.2).

В дальнейшем описанный процесс повторяется. На нагрузке 7 формируется пере- менное напряжение, состоящее из длительности импульсов ги и пауз tn (Ue. фиг.2). При отключенной нагрузке пауза между импульсами минимальна и определяется в сравнении треугольного напряжения DI и U2 (фиг.2) с напряжением Уэб транзисторов блока управления 2.

При подключенной нагрузке в блоке 2 управления происходит сравнение треугольного напряжения с величиной падения напряжения на резисторе-датчике 8 тока инвертора 1. Чем больше величина тока нагрузки, тем больше падение напряжения на датчике 8 тока, тем меньше длительность импульсов прямоугольных напряжений U4 и Us (фиг.2), а следовательно, и длительность открытого состояния силовых транзисторов инвертора 1. В результате на нагрузке 7 длительность импульсов t4 уменьшается, а длительность паузы tn увеличивается, т.е. при перегрузке происходит уменьшение энергии импульса, так как его длительность уменьшается. При повышении напряжения питания инвертора происходит стабилизация энергии импульса прямоугольного напряжения Ти (фиг.2), так как возрастание амплитуды импульса компенсируется уменьшением его длительности. Необходимая величина тока нагрузки устанавливается резистором-датчиком 8 тока инвертора 1.

При коротком замыкании в выходной обмотке инвертора 1 исчезает питание с выпрямителя 5, и схема работает в режиме импульсов запуска, т.е. подзаряда емкости конденсатора 6 в паузе между импульсами управления, а так как емкость в предлагаемом устройстве значительно меньше по сравнению с известным, то этим достигается повышенная искробезопасная мощность и небольшой ток короткого замыкания, т.е. длительность аварийного режима не ограничена.

Таким образом, предлагаемый преобразователь существенно отличается от известного, так как: искробезопзсная мощность не зависит от мощности импульсов запуска; мощность импульсов запуска невелика,

0 причем определенная мощность запуска нужна лишь в момент запуска и подхвата напряжения с вторичной обмотки, подключенной к выпрямителю 5, в дальнейшем конденсатор 6 подзаряжается от выпрямителя

5 5; преобразователь практически не требует настройки; изменяя резистор-датчик 8 тока, устанавливают необходимый искробезо- пасный уровень мощности в нагрузке 7; после устранения перегрузки или к.з.

0 преобразователь автоматически восстанавливает нормальную работу с приходом первого же импульса запуска; повышенная искробезопасная мощность объясняется тем, что импульсы запуска поступают в пау5 зе между импульсами управления, поэтому при коммутационных разрядах в выходной обмотке инвертора в момент действия импульса запуска транзисторы инвертора закрыты; в широком диапазоне изменения

0 питающего напряжения схема нормально работает, срыва генерации не происходит, при одновременно меньшей емкости конденсатора б, шунтирующего выпрямитель 5 (по сравнению с известным устройством).

5 Емкость конденсатора 6 не зависит от длительности паузы tn между импульсами и выбирается достаточной лишь для включения транзистора блока 2 управления и силового транзистора инвертора 1 (номинал ем0 кости значительно меньше по сравнению с известным устройством). Этим также объясняется повышенная искробезопасная мощность.

Наконец, при перегрузке транзисторы

5 инвертора 1 не выходят из режима насыщения, поэтому схема имеет хорошие массога- баритные показатели и КПД.

Формула изобретения Преобразователь постоянного напря0 жения, содержащий инвертор с блоком управления и выходным трансформатором, одна из вторичных обмоток которого подключена к входу выпрямителя цепи питания блока управления, шунтированной конден5 сатором, генератор треугольных импульсов, провотивофазные выходы которого подключены к входам блока управления, подключенного вместе с инвертором к общей шине через датчик выходного тока инвертора, о т- личающийся тем, что. с целью повышения эксплуатационной надежности путем увеличения искробезопасной мощности, в него введены транзистор, детектор нулевого уровня и два диода, аноды которых под- ключены к противофазным выходам генератора треугольных импульсов, катоды соединены вместе и подключены к входу

детектора нулевого уровня, выход которого подключен к базе транзистора, коллектор которого соединен с плюсовой шиной питания генератора треугольных импульсов, а эмиттер и выход выпрямителя соединены вместе и подключены к плюсовой шине цепи питания блока управления.

Изобретение относится к искробезопас- ным источникам питания с защитой и может быть использовано для различных устройств преобразовательной техники, а также для создания осветительных установок, работающих на повышенной частоте и имеющих искробезопасные параметры. Цель изобретения - повышение эксплуатационной надежности путем увеличения искробе- зопасной мощности. Повышенная искробезопасная мощность обеспечена тем, что импульсы запуска поступают в паузе между импульсами управления и при коммутационных разрядах в выходной обмотке инвертора исключена возможность замыкания в момент действия импульса запуска, емкость конденсатора не зависит от длительности паузы между импульсами управления. Изобретение обеспечивает также защиту от токов короткого замыкания, стабилизирует энергию импульса при изменениях напряжения питания инвертора, а также ток в цепи нагрузки вплоть до короткого замыкания, защищает от сквозных токов инвертор. 2 ил. СП С

ФигЛ