Резонансный преобразователь постоянного напряжения с защитой по току Советский патент 1992 года по МПК H02H7/122 H02M3/337 

Изобретение относитсй к электротехнике и может быть использовано в системах электропитания.

Известен резонансный преобразователь напряжения, содержащий полумостовой инвертор, в диагональ которого включены резонансный контур с силоа ым трансформатором и датчик тока, блок управления, содержащий усилители обратной связи по выходному напряжению и среднему току нагрузки, выходы которых через сумматор и узел преобразования напряжения в частоту подключены к импульсному усилителю силовых транзисторов, и узел контроля наличии резонансного тока на компараторе, выходом подключенном к входу импульсного усилителя.

Построение цепи управления указанного преобразователя основано на контроле суммы сигналов выходного напряжения и среднего значения резонансного тока в диагонали инвертора. При перегрузке и аварийном снижении выходного напряжения среднее значение тока сначала возрастает под действием обратной связи, уменьшающей паузы между полуволнами резонансного тока, а затем - за счет роста амплитуды резонансного тока, так как пересчитанное к первичной обмотке выходное напряжение уменьшается. Все это приводит к росту мак симальных зна4енйй тока через транзисторы инвертора и при длительной работе на перегрузку или короткое замыкание может вызвать выход их из строя.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату, к предлагаемому является резонансный преобразователь напряжения, содержащий полумостовой инвертор на магнитно-транзисторных ключах, в диагональ которого включен резонансный контур с датчиком тока и силовым трансформатором, блок обратной связи, входом соединенный с выходными выводами, а выходом с импульсным усилителем, своим выходом подключенным к выключающей обмотке трансформатора тока магнитно-транзисторных ключей, и блок защиты, выход которого через импульсный усилитель подключен к выключающей обмотке трансформатора тока, вход импульсного усилителя подключен к выходу узла выделения тока перегрузки на усилителе, генераторе и таймере.

Принцип регулирования известного преобразователя заключается в изменении частоты колебаний вблизи резонансной, что приводит к уменьшению амплитуды резонансного тока. Недостатками его являются

переключение транзисторов при ненулевом значении тока и наличие динамических потерь. При перегрузке, когда выходное напряжение уменьшается, блок обратной

связи вырабатывает импульсы с более низкой частотой, чтобы увеличить амплитуду резонансного токд и тем самым скомпенсировать падение выходного напряжения. При перегрузке потоку аварийно снижается

0 выходное напряжение. Снижение выходного напряжения приводит к снижению частоты коммутации и росту амплитудного значения резонансного тока по цепи обратной связи. Кроме того, снижение выходного

5 напряжения,пересчитанного в первичную цепь, также ведет к росту амплитуды резонансного тока. При зтом коммутация транзисторов происходит вблизи максимальных значений резонансного тока, что еще более

0 повышает потери на переключение. Недостатком является также то, что в режиме перегрузки млм короткого замыкания схема защиты возвращается в исходное состояние всякий раз, когда резонансный ток в диагонали проходит через ноль, т.е. при перегрузке транзисторы работают в наиболее неблагоприятном режиме неограниченно долго. Кроме того, сама схема защиты является довольно сложной, так как содержит

0 синхронизируемый генератор, формирователь длительности импульса и управляемый узел сравнения.

Цель изобретения - повышение надежности и упрощение.

5 Поставленная цель достигается тем, что в резонансномпреобразователе постоянного напряжения с защитой по току, содержащем подключенный к выходным выводам двухтактный инвертор на магнитно-тракзи0 сторных ключах, в диагональ которого включены последовательно соединенные резонансный контур, трансформаторный датчик тока и первичная обмоткз силового трансформатора, выходные обмотки которого через силовые выпрямители и фильтры соединены с выходными выводами, блок уп равления входом соединен с одним из вы-ходных выводов, а выходом через первый ключевой транзистор - с выходом первого

0 выпрямителя, вход которого подключен к выключающей обмотке трансформатора тока магнитно-транзисторных ключей, второй выпрямитель входом подключен к выходу трансформаторного датчика тока, источник

5 опорного напряжения и узел защиты, выполненный на пороговом усилителе и втором ключевом транзисторе, трансформатор тока снабжен двумя пусковыми обмотками, соединенными с дополнительными выходами блока управления, в узел защиты введены два делителя напряжения, два диода, шесть резисторов, транзистор и конденсатор, а пороговый усилитель выполнен двухвыходным, причем первый делитель напряжения входом подключен к выходу второго выпрямителя, а выходом - к неинвертирующему входу порогового усилителя, ин вертирующйй вход которого подключен к выходу второго делителя напряжения, а вход через первый резистор - к источнику опорного напряжения, первый выход порогового усилителя через второй резистор соединен с выводом питания и через третий резистор с базой второго кл ючевого транзистора, эмиттер которого соединен с общей шиной, а коллектор через первый диод - с выходом первого выпрямителя и через второй диод и четвертый резистор С входом второго делителя напряжения, неинвертирующий 8ХОД порогового усилителя подклк) чен к выводу конденсатора, который другим выводом соединен с выводом питания через пятый резистор и с коллектором транзисто ра, эмиттер которого подключен к общей шине, база подключена соответственно к второму выходу порогового усилителя и через шестой резистор к общей шине.

На чертеже приведена схема предлагаемого преобразователя.

Резонансный преобразователь содержит подключенный к входным выводам полумостовойинверторнамагнитно-транзисторных ключах, выполненных на силовых транзисторах 1 и 2 и трансформаторе тока. В диагональ инвертора включены последовательно датчик 4 тока, резонансный контур 5 и силовой трансформатор 6, Выходные обмотки которого через силовые выпрямители и фильтры подключены к выходным выводам. JflycKOвые обмотки 7 и 8 трансформатора 3 тока подключены к дополнительным выходам блока 9 управления, вход которого подключен к одному из выходных выводов, выключающая обмотка 10 трансформатора 3 тока через первый выпрямитель 11 соединена С коллектором и змитгером первого ключевого транзистора 12, база которого подключена к выходу блока управления. Выход датчика 4токачерез второй выпрямитель 13 подключен к первому делителю 14 напряжения, выход которого соединен с неинвертирующим входом порогового усилителя 15, инвертирующим входом подключенного к выходу второго делителя 16 напря кёния, который СВОИМ входом через первый резистор 17 подключен к источнику 18 опорного капря кения. Первый выход порогового усилителя 15 подключен через второй резистор 19 к выводу питания и через третий резистор 20 к базе второго ключевого транзистора 21, эмиттер которого через цепь 22 смещения подключен к общей шине, а коллектор через первый диод 23 соединен с выходом первого выпрямителя 11 и через последовательно соединенные второй диод 24 и четвертый резистор 25 с входом второго делителя 16. Неинвертирующий вход порогового усилителя 15 подключен к первому выводу конденсатора 26, другой вывод которого соединен соответственно через пятый резистор 27 с выводом питания и через коллектор-эмиттер транзистора 26 с общей шиной. База транзистора 28 подключена соответственно к втррому выходу порогового усилителя 15 и через шестой резистор 29 к общей шине. Блок управления преобразователем в случае как регулируемого, так и нерегулируемого вариантов может быть выполнен по любой известной схеме, обеспечивающей противофазное управление магнитно-транзисторными ключами с нулевой паузой. Пороговый усилитель может быть выполнен на компараторе с открытыми коллектором и эмиттером выходного транзистора, например КР5544САЗ, или любом другом усилителе, имеющем два противофазных выхода. Датчик тока может быть выполнен на трансформаторе с нагрузочным резистором.

Преобразователь работает следук1щим образом.

На управляющие обмотки 7 и 8 трансФорматора 3 тока приходят чередующиеся импульсы, длительность которых достатЬч на для прохождения через соответствующий транзистор 1 (2) только одной полуволны резонансного тОка. Регулирование осуществляется длительностью паузы между управляющими импульсами, в течение которой обмотка 10 трансформатора 3 тока закорачивается .через выпрямитель 11 ключевым транзистором 12, что удерживает оба транзистора 1 и 2 в закрытом состоянии. Средний уровень выходного напряжения, пересчитанный к первичной обмотке силового трансформатора 6, определяет максимальное значение резонансного тока через силовые транзисторы 1 и 2. В номинальном режиме при отсутствии перегрузки сигнал с источника 18 опорного напряжения через резистор 17 и делитель 16 подается на инвертирующий вход порогового усилителя 15. В этом режиме сигнал с датчика 4 тока через выпрямитель 13 и делитель 14 поступает на интегратор, образованный сопротивлениями Делителя 14, резистором 27, конденсатором 26 и транзистором 28. Последний.в номинальном режиме открыт. Поскольку в номинальном режиме среднее

значение напряжения на конденсаторе 26 и на неинвертирующем входе порогового усилителя 15 меньше, чем на инвертирующем входе, его выходной транзистор открыт. Напряжением на резисторе 29 транзистор 28 удерживается в открытом состоянии, а ключевой транзистор 21 удерживается в закрытом состоянии действием цепи 22 смещения и не оказывает влияния на опорный сигнал на инвертирующем входе порогового усилителя 15. При перегрузке или коротком замыкании уменьшается пауза между управляющими импульсами под действием блока обратной связи и растет амплитудное значение резонансного тока, так как уменьшилось выходное напряжение. Конденсатор 26 заряжается до напряжения, превышающего опорное в номинальном режиме. Пороговый усилитель 15 срабатывает. Уровни сигналов на его выходах меняются на противоположные, так как выходной транзистор порогового усилителя 15 закрывается. В результате открывается транзистор 21. Вход делителя 16 подключается к выходу вновь образованного делителя на резисторах 17 и 25. Тем самым уровень опорного напряжения на инвертирующем входе порогового усилителя скачком уменьшается. В это же время закрывается транзистор 28. предотвращая разряд конденсатора 26 на резисторы делителя 14. Таким образом, на иеинвертирующем входе порогового усилителя 1В сигнал оказывается выше, чем на инвертирующем входе, что надежно удерживает пороговый усилитель в выключенном состоянии. Одновременно открытый транзистор 21 закорачивает выключенную обмотку 10 трансформатора 3 тока, что срывает колебания инвертора независимо от наличия управляющих импульсов на обмотках 7 и 8. Инвертор выключается. Через резистор 27 и часть делителя 14 начинается перезаряд конденсатора 26 с постоянной времени, определяемой, в основном, резистором 27, который определяет паузу между повторными включениями инвертор. При перезаряде конденсатора 26 напряжение на неинвертирующем входе порогового усилителя 15 уменьшается и по достижении им величины напряжения на инвертирующем входе выходные сигналы порогового усилителя меняются на противоположные. Схема защиты возвращается в исходное состояние, происходит повторный запуск инверто ра. (азность напряжений срабатывания и отпускания на конденсаторе 26 определяет время заряда конденсатора 26 до момента следующего срабатывания, если перегрузка не устранена. Это время выбирается из условия выхода инвертора на номинальный режим как при устранении перегрузки, так и при первоначальном включении, когда броски резонансного тока превышают номинальные значения. Регулировка порога срабатывания обеспечивается выбором делителей 14 и 16, пороги отпускания - соотношением резисторов 17 и 25 и соотношением резистора 27 и резистора

0 нижнего плеча делителя 14. Диоды 23 и 24 служат для разделения цепей в номинальном режиме..

Таким образом, изобретение обеспечивает повыш ение надежности резонансного

5 преобразователя как путем защиты, так и упрощением схемы защиты, а также позволяет осуществлять независимую регулировку порогов срабатывания или времени выдержки защиты.

Формул а изобретёния Резонансный преобразователь постоянного напряжения с защитой по току, содержащий подключенный к входным

5 выводам двухтактный инвертор на магнитно-транзисторных ключах, в диагональ которого включены последовательно соединенные резонансный контур, трансформаторный датчик тока и первичная обмотка силового трансформатора, выходные обмотки которого через силовые выпрямители ифильтры соединены с выходными выводами, блок управления входом соединен с одним из выходных выводов, а выходом

5 через первый клк)чевой транзистор - с выходом первого выпрямителя, вход которого подключен к выключающей обмотке трансформатора тока магнитно-транзисторных ключей, второй выпрямитель входом подключен к выходу трансформаторного датчика тока. Источник опорного напряжения и узел защиты, выполненный на пороговом усилителе и втором ключевом транзисторе, о т л и ч а ю щ и и с я тем. что, с целью

5 повышения надежности и упрощения, в нем трансформатор тока снабжен двумя пусковыми обмотками, соединенными с дополнительными выходами блока управления, в узел защиты введены два делителя напряжения, два диода, шесть резисторов, транзистор, конденсатор, а пороговый усилитель выполнен двухвыходным, причем первый делитель напряжения входом подключен к выходу 8т(хрого выпрямителя, а

5 выходом-к неинвертирующёму входу порогового усилителя, инвертирующий вход которого подключен к выходу второго делителя напряжения, первый выход порогового усилителя через второй резистор соединен с выводом питания и через третий резистор

9 170945710

С базой второго ключевого транзистора,конденсатора, который другим выводом соэмиттер которого подключен к общей шине,единен соответственно с выводом питания

а коллектор через первый диод соединен счерез пятый резистор и с коллектором транвыходом первого выпрямителя и через по-зистора, эмиттер которого подключен к обследовательно соединенные второй диод и5 щей щине, а база подключена

четвертый резистор с входом второго дели-соответственно к второму выходу пороговотеля напряжения, неинвертирующий входго усилителя и через шестой резистор к обпорогового усилителя подключен к выводущей шине.