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

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования во вторичных источниках электропитания, радиоэлектронной аппаратуры с преобразованием электрической энергии и контролем выходного напряжения.

Цель изобретения -упрощение, обеспечение возможности синхронизации от внешних управляющих сигналов, придание, защите функций контроля уровня выходного напряжения и исключение необходимости непосредственного воздействия оператора на преобразователь для приведения его в действие после срабатывания защиты.

На чертеже представлена схема предлагаемого устройства.

Преобразователь постоянного напряжения с защитой содержит генератор 1 пря- моугольного напряжения, входы 2 и 3 внешней синхронизации, переключатель 4 импульсов синхронизации, узел 5 для устранения токов перекрытия, узел 6 управлениясостоящий из первого 7 и второго 8 одина- ,ковых ключевых элементов с .первым 9 и вторым 10 транзисторами, из третьего ключевого элемента 11 с транзисторами J 2 и 13, из первого трансформатора 14, имеющего первичную обмотку 15 и вторичные 16 и 17, из второго трансформатора 18 с первичной 19 и вторичной 20 обмотками, из третьего трансформатора 2|1 с первичной 22 и вторичной 23 обмотками, а также из первого 24, второго 25, третьего 26, четвертого 27 и пятого 28 резисторов, силовой усилитель 29 мощности, состоящий из транзисторов 30 и 31 и конденсаторов 32 и 33, выходной трансформатор 34, имеющий первичную 35 и вторичную 36 обмотки, первый 37 и второй 35 выпрямители, узел 39 защиты с исполнительным элементом 40, с измерительным входом 41, входом 42 питания и входом 43 возбуждения, а также стабилизатор 44 постоянного .напряжения.

Крайние выводы первичной обмотки 15 трансформатора 14 подключены к первым

выходам первого 7 и второго 8 ключевых элементов, которыми являются коллекторы их транзисторов 10, а средняя точка обмотки 14 подключена через резистор 38 к исполнительному элементу 40 узла 39 защиты. К вторичным обмоткам 16 и трансформатора 14 подключены управляющие входы (база-эмиттерные переходы) транзисторов 30 и 31. Цепь питания силового усилителя мощности подведена через стабилизатор 44 постоянного напряжения, а выход усилителя через трансформатор 34 и выпрямитель 37 подключен к выходу преобразователя, измерительному входу 41 узла 39 защиты и к цепи обратной связи стабилизатора 44 напряжения. Входы 2 и 3 внешней синхронизации и взаимно инверсные выходы генератора 1 прямоугольного напряжения подключены к переключателю 4 импульсов синхронизации, а его выходы через узел 5 для устранения токов перекрытия и через резисторы 24 и 25 - к первым входам ключевых элементов 7 и 8, которыми являются базы их транзисторов 9. Вторые входы ключевых элементов, представляющие собой точки соединения коллекторов транзисторов 9 и баз транзисторов 10, через резисторы 26 и 27 подключены к одной из шин питания, а эмиттеры транзисторов 9 обоих ключевых элементов и средняя точка обмотки 19 трансформатора 18 - к противополож- ной шине питания. Крайние выводы первичной обмотки 19 трансформатора 18 подключены к вторым выходам ключевых элементов 7 и 8, которыми являются эмиттеры их транзисторов 10. Крайние выводы вторичной обмотки 20 трансформатора 18 подключены к входам третьего ключевого элемента 11, которыми являются коллекторы транзисторов 12 и 13. Эмиттеры этих транзисторов подключены к средней точке обмотки 20. Выходы ключевого элемента 11, которыми являются коллекторы транзисторов 12 и 13, подключены к крайним выводам обмотки 22 трансформатора 21, вторичная обмотка 23 которого через выпрямитель 38 подключена к входу 42 питания узла 39 защиты, Средние точки обмоток 20 и 22 под- ключены к противоположным шинам питания. Один из выходов генератора 1 прямоугольного напряжения подключен к входу 43 возбуждения.

Преобразователь постоянного напряжения работает следующим образом.

В зависимости от выбранного режима синхронизации, внутреннего или внешнего, переключатель 4 коммутирует на входы узла 5 для устранения токов перекрытия взаимно инверсные прямоугольные сигналы либо от генератора 1 прямоугольного напряжения,

либо от входов 2 и 3 внешней синхронизации. Узел 5 для устранения токов перекрытия формирует управляющие импульсы попеременно для ключевых элементов 7 и 8

узла 6 управления. Действие узла 5 для устранения токов перекрытия основан, как обычно, на уменьшении длительности управляющего импульса относительно паузы между импульсами в обоих полупериодах. В

0 простейшем случае, если нагрузка преобразователя и ток базы транзисторов 30 и 31 силового усилителя мощности постоянны, разница между длительностью управляющего импульса и паузой в полупериоде со5 ответствует максимальному времени выключения транзисторов 30 и31 силового усилителя 29 мощности. Во время существования импульсов на выходах узла 5 попеременно закрывается транзистор 9 ключевого

0 элемента 7 или 8 (в зависимости от того, на базе которого имеется положительный импульс узла 5), а открываются (также попеременно) транзисторы 1,0. Возникают переменные токи в первичных обмотках 15

5 и 19 трансформаторов 14 и 18, а следовательно, и базовые токи транзисторов 12 и 13 ключевого элемента 11 и транзисторов 30 и 31 силового усилителя 29 мощности. Их ограничение производится резистором 28.

0 Появляющиеся напряжения на выходах выпрямителей 37 и 38 подаются на нагрузку и . одновременно на измерительный вход 41 узла 39 защиты и, соответственно, на вход 42 питания этого узла. На вход 43 возбужде5 ния узла защиты воздействуют колебания генератора прямоугольного напряжения (независимо от режима синхронизации). При соответствии напряжения на измерительном входе 41 заданным допускам ис0 полнительный элемент 40 поддерживает ключевые элементы 7 и 8 через резистор 28 в рабочем состоянии по первым выходам-, В случае отклонения контролируемого напряжения за заданные пределы узел 39 защиты

5 срабатывает, и напряжение на выходе исполнительного элемента 40 исчезает. Прекращает работу усилитель 29 мощности и потребитель обесточивается. При этом ключевые элементы 7 и 8 не полностью выключаются, а только по первым выходам,

0 продолжая работать по вторым. Ток на вторые выходы ключевых элементов 7 и 8 и далее на первичную обмотку 19 трансформатора 18 идет попеременно через резисторы 26 и 27 и база-эмиттерные переходы

5 транзисторов 10 данных ключевых элементов. Очередность подключения резисторов к обмотке трансформатора определяется коммутацией транзисторами 9 ключевых элементов 7 и 8 по прежнему управляемых

от узла 5 для устранения токов перекрытия. Включающийся один из транзисторов 9 шунтирует цепь, состоящую из база-эмит- терного перехода транзистора 10 и половины обмотки 19 трансформатора 18. Невключающийся в данном полупериоде транзистор 9 ключевого элемента 7 или 8 не препятствует прохождению тока на полуобмотку трансформатора 18, поэтому продолжает (и после срабатывания защиты) работать ключевой элемент 11, но с меньшей мощностью, как двухтактный преобразователь, потому что резисторы 26 и 27 по условиям работы схемы имеют сопротивление по крайней мере на порядок больше, чем резистор 28, что, как правило, достаточно для выдачи сигнала неисправности (поддерживать работу элемента индикации о возникшей неисправности), если в этом есть необходимость.

При использовании изобретения обеспечивается работа как в режиме внутренней, так и внешней синхронизации; токи перекрытия одновременно устраняются и для канала питания защиты и для основного канала; сохраняется питание защиты после ее срабатывания для обслуживания индикации, требующей меньшей мощности, чем при работе в ждущем режиме, благодаря чему повышается КПД в режиме выдачи сигнала неисправности или обеспечения работы элемента индикации неисправного состояния после срабатывания защиты.

Для повторного включения преобразователя после срабатывания защиты нет необходимости выключения напряжения питания, а достаточно лишь временно снять с него синхронизирующие импульсы, снова затем их подав, что осуществляется дистанционно без непосредственного воздействия на какие-либо электромеханические элементы преобразователя, который может находиться в недоступном оператору месте.

Изобретение позволяет реализовать автоматический контроль неисправности исполнительного элемента защиты в том смысле, что если он не исправен, то это однозначно выявляется, а при функционировании преобразователя не существует вероятность не выполнить свои функции (выключения неисправного преобразователя), если в этом случится необходимость,

Формула изобретения Преобразователь постоянного напряжения с защитой, содержащий генератор прямоугольного напряжения, узел управления, выполненный на первом и втором аналогично выполненных ключевых элементах, на третьем ключевом элементе и первом.

трансформаторе, первичная обмотка которого со средней точкой подключена крайними выводами к первым выходам первого и второго ключевых элементов двухтактный

силовой усилитель мощности, управляющие входы которого подключены к вторичным обмоткам первого трансформатора, выход- ной трансформатор, первый выпрямитель, включенный между вторичной обмоткой вы0 ходнбго трансформатора и выходными выводами преобразователя, второй выпрямитель, узел для исключения токов перекрытия транзисторов силового усилителя мощности, узел защиты с исполнитель5 ным элементом, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью упрощения, обеспечения возможности синхронизации от внешних управляющих сигналов, придания защите функций контроля уровня выходного напря0 жения и исключения необходимого непосредственного воздействия оператора на преобразователь для приведения его в действие после срабатывания защиты, в него введен переключатель режима синхрониза5 ции с двумя входами внешней синхронизации, в узел управления введены второй и третий трансформаторы, первичные обмотки которых имеют среднюю точку и первый, второй, третий, четвертый и пятый резисто0 ры, при этом входы внешней синхронизации и взаимно инверсные выходы генератора прямоугольного напряжения через переключатель режима синхронизации подключены к входам узла для исключения

5 токов перекрытия, каждый ключевой элемент выполнен на двух транзисторах одного типа проводимости, базы которых являются соответственно первым и вторым входами ключевых элементов, в первом и втором

0 ключевых элементах коллекторы первых транзисторов соединены с базами вторых, эмиттеры первых транзисторов первого и второго ключевых элементов, и эмиттеры обоих транзисторов третьего ключевого

5 элемента подключены к положительной шине питания, коллекторы и эмиттеры второго транзистора первого и второго ключевых элементов являются соответственно их первыми и вторым выходами, а в третьем клю0 чевом элементе - соответственно коллекторы первого и второго транзисторов, первые входы первого и второго ключевых элементов через соответственно первый и второй резисторы-подключены к

5 выходам .узла для исключения токов перекрытия, вторые входы указанных ключевых элементов через соответственно третий и четвертый резисторы подключены к общей шине питания, первые выходы первого и второго ключевых элементов подключены к

крайним выводам первичной обмотки первого трансформатора, к вторым выходам первого и второго ключевых элементов подключены крайние выводы первичной обмотки второго трансформатора, к входам второго ключевого элемента подключены крайние выводы вторичной обмотки третьего трансформатора, к среднему выводу которой подключены,эмиттеры транзисторов, к выходам третьего ключевого элемента подключены крайние выводы первичной обмотки третьего трансформатора, средняя

Pumcff/iff

Латание

силовой

цепи

Редактор Н. Шитев

Составитель Н. Цишевская

Техред М.Моргентал. Корректор О. Кундрик

точка первичной обмотки первого трансформатора через пятый резистор подключена к выходу исполнительного элемента узла защиты, средние точки первичных обмоток второго и третьего трансформаторов подключены соответственно к положительной и отрицательной шинам питания, вторичная обмотка третьего трансформатора через второй выпрямитель подключена к входу питания узла защиты, в котором введен вход возбуждения, подключенный к одному из выходов генератора прямоугольного напряжения.

8ме&

Изобретение относится к электротехни- ке, в частности к технике преобразования и контроля параметров электрической энергии. Цель изобретения - упрощение, обеспечение возможности синхронизации от внешних управляющих сигналов, придание защите функций контроля уровня выходного напряжения и исключение необходимости непосредственного воздействия оператора на преобразователь для приведения его в действие после срабатывания защиты. Это достигается путем обеспечения блока управления внутренней и внешней синхронизацией,сохранением питания защиты после ее срабатывания для обслуживания индикации,повторного включения преобразователя после срабатывания защиты в результате снятия синхронизирующих импульсов и дистанционного их подключения и контроля неисправности исполнительного элемента защиты. 1 ил.