Двухтактный преобразователь напряжения Советский патент 1992 года по МПК H02M3/337 

Изобретение относится к электротехни ке, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано для питания радиоэлектронной и электрофизической аппаратуры, чувствительной к высокочастотным помехам, а также для построения на его основе высоковольтных стабилизирующих преобразователей или регуляторов постоянного напряжения с вы соким качеством электромагнитной совместимости.

Известен двухтактный преобразователь напряжения, содержащий включенные последовательно между входными выводами управляемый высокоомный двухполюсник н,а регулирующем транзисторе с резистором в цепи его эмиттера, подсоединенным своим свободным выводом к первому входному выводу, .и усилитель мощности с трансформаторным выходом, построенный по схеме со средней точкой, подключенный к.второму входному выводу, на полупроводниковых ключах, объединенных одноименными силовыми выводами, а также источник переключающего сигнала, состоящий, в частности, из задающего генератора синусоидального напряжения с трансформаторным выходом и источника постоянного напряжения, выполненного на диоде, смещенном в прямом направлении и включенном встречно по отношению к полярности напряжения входного питания между объединенными силовыми выводами ключей усилителя мощности и Средней точкой выходного обмотки трансформатора задающего генератора, а противофазные выводы указанной обмотки подсоединены к управляющим выводам ключей, источник однополярного управляющего напряжения, выполненный на другой выходной обмотке

трансформатора задающего генератора и двухполупериодНом выпрямителе, выходные выводы которого подключены к выводам управляющего входа регулирующего элемента, и выпрямительно-фильтрующее устройство.

Наиболее близким устройством является двухтактный преобразователь напряжения, содержащий включенные последовательно между входными выводами управляемый высОкромный двухполюсник на регулирующем транзисторе с резистором в цепи его эмиттера, подсоединенным С8;оим свободным выводом к первому входному выводу, и усилитель мощности с трансформаторным выходом, построенный по схеме со средней точкой, подключенной к второму входному выводу, на полупроводниковых ключах, объединенных силовыми выводами, а.также источник переключающего сигнала, включающий в себя задающий, генератор прямоугольных и мпульсов, источник переключающего сигнала, включающий в себя задающий генератор .прямоугольных импульсов, источник однополярного управляющего напр(1жения и выпрямительно-фильтрующее устройство, причем объединенные силавые выводы ключей подсоединены к общему выходному, а их управляющие выводы - к противофазным выходным выводам указанного источника переключающего сигнала, выходные выводы источника управляющего напряжения подключены к входным выводам регулирующего элемента.

Цель изобретения - является повышение надежности путем предотвращения аварийного перенапряжения на выходе при увеличении управляющего напряжения и сопротивления нагрузки, i

На фиг. 1 представлена функциональная схема преобразователя с защитой; на фиг. 2 - вариант реализации схемы защиты преобразователя.

Двухтактный Преобразователь напряг жения содержит включенные последовательно между входными выводами 1 и 2 управляемый высокоомнЫй двухполюсник 3 на регулирующем транзисторе 4 с резистором 5 в цепи его эмиттера, подсоединенным своим свободным выводом к входному выводу 1. и усилитель мощности 6 на транзисторах 7 и 8, объединенных эмиттерами, с выходным трансформатором 9, средняя точка первичной обмотки которого подключена к входному выводу 2. Источник переключающего сигнала, являющийся задающим ге; нератором 10, обеспечивает поочередный противофазный перевод ключей из проводящего состояния в непроводящее и наоборот. Противофазные выходные выводы

генератора 10 подсоединены к базам транзисторов 7 и 8 соответственно, а общий выходной вывод - к их объединенным одноименным эмиттерам. Между выходом

усилителя мощности 6 и вь)ходными выводами преобразователя включен выпряМительно-фильтрующий блок 11. Источник однополяр 1ого управляющего напряжения 12 своим выходным выводом 13, полярность

0 напряжения на коротком совпадает с полярностью напряжения на входном выводе 2, подсоединен к базе регулирующего транзистора 4, а другим выходным выводом 14 - к общей точке дмода 15 и резистора 16 введенной защитной цепи, свободный вывод Диода 15 которой подключен к входному вы воду 1, а свободный вывод резистора 16 либо к входному выводу 2 (фиг. 1), либо к общей точке двухполюсника 3 и усилителя

Q мощности (фиг.2),К выходным выводам преобразователя подсоединена нагрузка.

Предлагаемый преобразователь работает следующим образом.

Под действием выходного однополяр5 ного напряжения источника 12 выходной ток управляемого двухполюсника 3, переключаемый ключами транзисторами 7 и 8 с частотой выходного сигнала генератора 10, формирует напряжение на первичных полу0 обмотках ВЫХОДНОГОтрансформатора 9. Частота выходного сигнала генератора 10 выбирается равной резонансной частоте параллельного контура, образованного емкостью Си индуктивностью первичной

5 полуобмотки трансформатора 9. При этом напряжение на полуобмотках последнего представляет собой либо совокупность отрезков параболы, либо синусоиду. Через диод 15 под действием напряжения входного

0 питания У вх преобразователя протекает ток

IT, равный h Uex/Rie {Ri6 - сопротивление

резистора 16) в случае реализации по фиг. 1,

. или li (Uex-UBbiK/n9)/Ri6 (Увых - выходное

напряжение преобразователя, ng - коэффициент трансформации трансформатора 9) в случае реализации по фиг. 2.

Одновременно через указанный диод в противоположном направлении под действием выходного напряжения источника 12

0 протекает ток 12, являющийся базовым током транзистора 4, величина которого определяется номинальным выходным Током преобразователя, коэффициентом трансформации трансформатора 9 и типом транзистора 4 (в частности, его/3).

Для обеспечения нормальной работы преобразователя и надежной его защиты от перенапряжения на выходе выбирают практически М 1,512ном (I2HOM - значение тока 12.. соответствующее номинальной выходной

мощности, или, при неизменном сопротивлении нагрузки, номинальному выходному напряЖ1ению). Выходной ток двухполюсника 3 1выхЗ| определяемый соотношением

1выхЗ ивых12/К9 12 (ивых12 - ВЫХОДНОв На- 5

пряжение источника 12, Вэ - сопротивление резистора 5), определяет амплитуду напряжения а первичных полуобмотках трансформатора 9, а следовательно, и величину выходного напряжения преобразователя. 10

Рассмотрим ситуацию, возникающую в преобразователе в случае аварийного увеличения выходного напряжения источника 12 вследствие какой-либо его неисправности или, например, по ошибке настройщика 15 при неизменном сопротивлении нагрузки. Увеличение 1вых12 приводит при этом к пропорциональному увеличению выходного напряжения преобразователя. При увеличении тока 2 и выходного напряжения 20 преобразо,вателя в полтора раза начинается подзапирание диода 15, ограничивающее ток 12 и выходное напряжение, повышая тем самым надежность, особенно высоковольтных преобразователей, так как предотвра- 25 щение перенапряжения исключает возможность пробоя в элементах высоковольтных цепей (трансформатор 9, узел 11 и нагрузка).

Напряжение между коллектором и 30 эмиттером транзистора 4ик-э4 при номинальной выходной мощности преобразователя и номинальном напряжении.входного питания UBXHOM выбирается равным ик-э4 з 4В+ 0,1UBx.HOM для обеспечения активного 35 режима при уменьшении Uex на 10% от UBX.HOM. Практически увеличение ивых12 в полтора раза при номинальной выходной мощности и номинальном выходном и входном напряжениях приведет к более резкому 40 увеличению тока la. так как вследствие увеличения амплитуды напряжения на полуобмотках трансформатора 9 транзистор 4 войдет в насыщение, т.е. существенно(в 3-5 раз/и более) уменьшится коэффициент пере- 45 дачи тока базы /З, а, следовательно, огра ничение тока la путем подзапирания диода 15 произойдет при значении напряжения ивых12 в 1{1нтервале ивых12ном ивых12 1,5ивых1аном(ивых12ном - значение Увыхи, 50 соответствующее номинальному выходно- . му напряжению)..

Рассмотрим ситуацию, возникающую, в частности, при использовании преобразователя в составе стабилизирующего преоб- 55 разователя напряжения. Пусть в процессе эксплуатации уменьшилось сопротивление нагрузки RH. При этом возрастает выходной ок источника 12 ia. Если сопротивление RH

уменьшится (вплоть до короткого замыкания) настолько, что ток la установится равным по величине току И, диод 15 подзапирается, обеспечивая тем самым ограничение тока la и, как следствие, выходного тока двухполюсника 3, предотвращая обусловленные указанной перегрузкой выбросы тока через транзисторы преобразователя 7 и 8 и связанные с этим отказы в работе. Ограничение выбросов выходного тока двухполюсника 3 1выхз при перегрузке осуществляется в преобразователе с постоянной времени транзистора 4, работающего в активном режиме. Введенная цепь из диода 15 и резистора 16 потребляет ток li. равный И 1,51выхЗ/ 3/1. При использовании в качестве транзистора 4 современных транзисторов, выполненных по схеме Дарлингтона и коэффициент порядка нескольких сотен, величина тока 1выхЗ составляет менее 1 % от тока 1выхЗ, потребляемого силовой цепью преобразователя от источника входного питания. Кроме того, при использовании транзисторов с большим коэффициентом 4 в случае подключения свободного вывода резистора по фиг. 2 вследствие большой величины сопротивления указанного резистора (десятки килоом) не наблюдается ухудшения показателей качества преобразователя, в частности не происходит сужение диапазона установки регулируемых значений выходного напряжения в области малых величин. При использовании предлагаемого преобразователя в составе стабилизирующего преобразователя напряжения защита от перегрузок по току вплоть до короткого замыкания обеспечивается во всем-диапазоне устанавливаемых значений выходного напряжения, а ложных срабатываний защиты при этом не происходит, т.е. имеет место расширение функциональных возможностей защиты. Повышение надежности преобразователя и расширение функциональных возможностей защиты обеспечены предельно простой реализацией цепи защиты - она содержит всеГо два электроэлемента - диод 15 и резистор 16.

Фор мула изобретения Двухтактный преобразователь напряжения, содержащий включенные последовательно между входными выводами управляемый высокоомный двухполюсник на регулирующем транз.исторе с резистором в цепи эмиттера, подключенным свободным выводом к первому входному выводу, и усилитель мощности с трансформаторным Выходом, подключенный одним выводом питания к второму входному выводу, задающий генератор, выходом соединенный с управляющими входами усилителя мощности, выпрямительно-фильтрующий блок, выходом подключенный к выходным выводам, источник однополярного управляющего напряжения одним выходным выводом, полярность напряжения на котором соответствует полярности напряжения на втором входном выводе, подключен к базе регулирующего транзистора, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности при увеличении управляющего напряжения от пеГ

ренапряжения на выходе и изменения нагрузки, введена защитная цепь из последовательно соединенных диода и резистора подключенная между первым и вторым входными выводами, причем общая точка защитной цепи подключена к другому выходному выводу упомянутого источника однополярного напряжения, при этом диод указанной цепи Хключен в направлении прямой проводимости по отношению к полярности напряжения питания.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано для питания радиоэлектронной и электрофизической аппаратуры, чувствительной к высокочастотным помехам. Цель изобретения - повышение надежности. Преобразователь содержит усилитель мощности 6. управляемый высокоом- ный двухполюсник 4 на регулирующем транзисторе 5, задающий генератор 10, источ- никоднополярногоуправляющего напряжения 12 и выпрямительно-фильтрующий блок 11. Введение защитной uenvi из последовательно соединенных диода 15 и резистора 16 обеспечивает ограничение тока высокоомного двухполюсника 4 за счет подзапирания диода 15,2 ил. ; ^

%27

2Ы.х