Транзисторный преобразователь напряжения Советский патент 1992 года по МПК H02M7/537 

Изобретение относится к преобразовательной технике, в частности к преобразователям постоянного напряжения в переменное.

Известны схемы коммутации с защитой от перегрузки индуктивно-емкостной нагрузки. Для реализации защитных функций в устройство коммутации, содержащее коммутирующие транзисторы, включенные по мостовой схеме, в одну из диагоналей моста включена нагрузка, а в другую - источник питания. Данное устройство содержит также два вспомогательных источника питания и дополнительные резисторы, по которым протекает ток нагрузки. Напряжение, снимаемое с них в момент превышения допустимого тока нагрузки, закрывает дополнительные транзисторы защиты по току.

Известны также схемы транзисторных преобразователей напряжения, содержащее силовой транзисторный мост, задающий генератор на базе транзисторного моста, где управление всеми транзисторами обоих мостов осуществляется через управляющие обмотки трансформатора, включенные между базой и эмиттером транзистора за счет трансформаторной связи с током нагрузки, проходящим через токовую обмотку трансформатора. Данная схема проста, позволяет работать на высоких питающих напряжениях.

Недостатком этой схемы является отсутствие защиты от токов перегрузки при коротких замыканиях.

Целью изобретения является повышение надежности преобразователя в работе

СО

XI

о

00

путем защиты транзисторов от коротких замыканий.

Предложенная схема позволяет повысить надежность работы преобразователя путем защиты силовых транзисторов от всех видов коротких замыканий.

Сущность изобретения заключается в способах защиты от двух видов коротких замыканий.

При межвитковых замыканиях, когда увеличивается скорость нарастания тока в нагрузке, увеличивается падение напряжения на индуктивностях токовых обмоток, что приводит к кратковременному запиранию транзисторов, к эмиттерам которых токовые обмотки подключены, а благодаря наличию положительной обратной связи запираются транзисторы, к которым подключены обмотки управления, и ток через нагрузку прекращается.

При наличии коротких замыканий в нагрузке на землю, которая соединена с нулевой точкой, ток начинает протекать от источника питания через место замыкания, шунтируя токовые обмотки. Благодаря наличию положительной обратной связи ток, поступающий в транзисторы через обмотки управления, прекращается и транзисторы опять-таки запираются, таким образом обеспечивается защита транзисторов от коротких замыканий.

На фиг. 1 представлена электрическая схема преобразователя напряжения; на фиг. 2-диаграмма работы преобразователя напряжения.

Транзисторный преобразователь напряжения содержит транзисторный мост с транзисторами 1-4, с разрядными диодами 5-8, трансформатора 9 с обмотками управления, включенными разнополярно к базам и эмиттерам первой пары транзисторов 1,2, подсоединенных коллекторами к источнику 10 питания. Параллельно транзисторам первой пары включены резисторы 11. В диагональ моста подключена нагрузка 12, имеющая индуктивный характер. Параллельно нагрузке подсоединена последовательная цепь, состоящая из запускающей обмотки трансформатора 9, емкости 13 и резистора 14.

Запускающая обмотка включена разно- полярно с одной из обмоток управления, имеющей с ней общую точку. Токовые обмотки трансформатора включены между эмиттерами второй пары транзисторов 3, 4 и нулевой точкой источников питания 10(18) разнополярно по отношению к нулевой точке, но однополярно с обмотками управления, подключенными к транзисторам 1, 2 первой пары в противоположных плечах моста, Базы второй пары транзисторов соединены с токоограничивающими резисторами 15, вторые концы которых подключены к коллекторам управляющих транзисторов

16, 17, эмиттеры которых соединены с дополнительным источником питания 18, а базы - с схемой 19 управления. Запирающие резисторы 20 включены между базами транзисторов второй пары 3, 4 и нулевой точкой

0 схемы,

Устройство работает следующим образом, При открывании во время ti (фиг. 2) схемой 19 управления одного из транзисторов, например транзистора 16, протекает

5 базовый ток ез (фиг, 2 а) к нулевой точке. Транзистор 3 отпирается и через запускающую обмотку трансформатора 9 начинает протекать ток 114(фиг. 2 г, ж)от источника 10 питания через резисторы 11,14, емкость 13,

0 транзистор 3. Время и величина этого тока определяется параметрами элементов 11, 14, 13, 9. Благодаря наличию трансформаторной связи между запускающей и управляющей обмотками транзистор 2

5 открывается, шунтируя резистор 11, и начинает протекать ток 112 (фиг. 2 з) через нагрузку 12, открыв транзисторы 2, 3 и токовую обмотку трансформатора 9, Полярность напряжения на-обмотках трансформатора для

0 этого режима указана на фиг. 1.

Ток через нагрузку 12, имеющую индуктивный характер, начинает нарастать и благодаря положительной обратной связи между токовой обмоткой, подключенной к

5 транзистору 3, и обмоткой управления транзистора 2, последний остается в открытом состоянии из-за роста тока 1б2 (фиг. 2 г). В нормальных режимах схема управления открывает транзистор 2 на время меньше, чем

0 время достижения током через индуктивную нагрузку 12 величины, при которой удерживается положительная обратная связь (уд фиг. 2 з) из-за короткого переднего фронта тока 1ез, проходящего через токовую

5 обмотку.

При запирании во времени t2 (фиг. 2) схемой управления 19 транзистора 16 закрывается и транзистор 3 через свой запирающий резистор 20. ЭДС самоиндукции

0 трансформатора 9 меняет полярность на противоположную и происходит резкое запирание транзистора 2, но запирающее напряжение на его переходе база - эмиттер не достигает опасных значений из-за шунтиру5 ющего действия перехода база - эмиттер транзистора 1, по которому протекает ток 1б1 (фиг, 2 м) в прямом направлении, открывая его, но ток через него не проходит, так как ток нагрузки протекает от нагрузки через диод 5 Is (фиг. 2 н), источник питания и

токовую обмотку трансформатора 9 и диод 8 (Is фиг. 2 л), постепенно уменьшая свое значение. При этом ЭДС самоиндукции токовой обмотки, подключенной к диоду 8, наводится с обратным знаком (относительно обозначений на фиг. 1), в запирающем для транзистора 2 направлении. При открытии во время t2 транзистора 17 схема работает аналогично до времени ts (фиг. 2), но ток через нагрузку меняет свое направление.

В случае возникновения короткого замыкания во время Хкз (фиг. 2), когда открыты транзисторы 2, 3, в точке 21 транзистор 2 не выходит из строя, так как прекращается протекание тока через токовую обмотку, а емкость 13 разряжается током 1-й через место короткого замыкания, нулевую точку, диод 7 и запускающую обмотку трансформатора, причем формируется импульс, запирающей полярности для транзистора 2. Если точка короткого замыкания возникает на другом конце нагрузки, то транзистор 2 также запирается из-за прекращения протекания тока через токовую обмотку, подключенную к транзистору 3.

Еще одним видом коротких замыканий являются межвитковые, вследствие которых уменьшается индуктивность нагрузки и следовательно возникает быстрый рост тока через нее.

Для защиты от межвитковых коротких замыканий напряжение источника питания 18 и величина токоограничивающих резисторов 15 выбирается так, что при нормальных величинах тока и скорости его нарастания, когда уменьшение базового тока транзисторов 3, 4 вследствие роста напряжения на токовых обмотках трансформатора не выводит транзисторы 3, 4 из насыщения.

В случае возрастания скорости изменения тока через нагрузку вследствие коротких замыканий возрастает напряжение на эмиттере транзистора 3 (4). Он начинает выходить из насыщения, ограничивая рост тока через нагрузку и, если ток прекращает свой рост, обрывается положительная обратная связь между токовой и управляющей обмотками трансформатора, ЭДС самоиндукции меняет свой знак, что приводит к запиранию транзистора 2 (1). В этом случае

выход из строя транзистора 3 (4) не происходит, так как запирание может происходить при малых токах через него и при высокой скорости изменения этих токов. И

активный режим при малых токах для транзистора не опасен. Далее, если ZH скачком станет равным нулю, все напряжение будет прикладываться к токовой обмотке и произойдет кратковременное запирание транзистора 3 (4) и вследствие положительной обратной связи закрывается также транзистор 2 (1), причем последний так и остается в запертом состоянии, так как запускающая обмотка не сможет сформировать ему импульс управления, будучи закороченной через ZH.

Формула изобретения Транзисторный преобразователь напряжения, содержащий транзисторный

мост, входом подключенный к входным выводам, а выходом - к цепи нагрузки, трансформатор, имеющий токовые обмотки, обмотки управления которого подключены к управляющим переходам верхних транзисторов моста, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности путем защиты транзисторов от коротких замыканий, в него введены RC-цепь, два резистора, два управляющих транзистора, два токоограничивающих и два запирающих резистора и дополнительный источник питания, а в трансформатор введена запускающая обмотка, причем запускающая обмотка и RC- цепь соединены последовательно и

подключены параллельно цепи нагрузки, токовые обмотки трансформатора включены последовательно с эмиттерами нижних транзисторов преобразователя, однополяр- но с обмотками управления, подключенными к верхним транзисторам синфазных плеч, запирающие резисторы подключены соответственно между базами нижних транзисторов и общей точкой соединения токовых обмоток трансформатора, базы нижних

транзисторов через соответствующие токо- ограничивающие резисторы и управляющие транзисторы подключены к клеммам дополнительного источника питания, а введенные резисторы - параллельно силовым переходам соответствующих верхних транзисторов моста.

Ули/л

™

П//

-# Я

dt

г„/г

-шь

Zi

0

Изобретение относится к преобразовательной технике, в частности к преобразователям постоянного напряжения в переменное. Цель изобретения - повышение надежности путем защиты транзисторов преобразователя от коротких замыканий. В преобразователь, содержащий транзисторный мост на транзисторах 1...4, трансформатор 9 с управляющими токовыми обмотками введены резистор 11, RC- цепь 13, 14, токоограничивающие резисторы 15, управляющие транзисторы 16, 17, дополнительный источник питания 18, запирающие резисторы 20. В трансформатор 9 введена запускающая обмотка. Схема позволяет повысить надежность преобразователя в работе путем предохранения его т ранзисторов от всех видов коротких замыканий за счет рационального расположения токовых и запускающей обмоток трансформатора, а также выбором номиналов токоограничивающих резисторов 2 ил. (Л С

D

16

18 п ол/}уа} 12.

м

19

СРиг1

Dff

Нормаль ь/а режим PaSoma после короткого