Устройство для управления многоячейковым преобразователем постоянного напряжения Советский патент 1993 года по МПК H02M3/335 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитания различной ра- диоэлектронной аппаратуры,

Целью изобретения является повышение надежности преобразователя путем выравнивания токов силовых ячеек.

На фиг. 1 приведена принципиальная электрическая схема предлагаемого устройства; на фиг, 2 - диаграммы напряжений и токов, поясняющие работу устройства.

Устройство для управления преобразователем, выполненным в виде силовых ячеек 1 и 2, включающих в себя соответственно транзисторные ключи 3 и 4, дроссели 5 и 6 и выпрямители 7 и 8, содержит генератор 9 импульсов, выход которого подключен к управляющему входу 10 триггера 11, усилитель 12 сигнала управления, компаратор 13, первым входом подключенный к выходу цепи 14 обратной связи, а вторым входом - к датчику 15 тока. К выходу компаратора 13 подключены цепь 16 задержки, выход которой соединен с блокирующим входом 17 триггера 11, и вход транзистора 18, коллектор которого через первичную обмотку 19 трансформатора 20 подключен к потенциальной шине питания. Вторичные обмотки 21 и 22 трансформатора 20 через диоды 23 и 24 соответственно подключены к переходам база-коллектор транзисторных ключей 3 и 4. .

Цепь 16 задержки может включать в се- . бя конденсатор 25 и резистор 26. Первичная обмотка 19 трансформатора 20 может быть шунтирована включёнными последовательно резисторами 27 и диодом 28. Кроме того, устройство может содержать пороговый узел 29, выход которого соединен с дополнительным блокирующим входом 30 триггера 11, Позицией 31 на фиг. 1 обозначена нагрузка преобразователя.

Устройство работает следующим образом.

Генератор 9 вырабатывает последовательность коротких импульсов Ug (см. фиг 2) с постоянной частотой следования. В момент времени ц импульс генератора 9 поступает на вход 10 триггера 11, скачкообразно переводят его в состояние, при котором его выходное напряжение Un, поступающее на вход усилителя 12, переводит транзисторные ключи 3 и 4 силовых ячеек 1 и 2 в открытое состояние. Далее, в цепях первичных обмоток дросселей 5 и 6 начинает линейно нарастать ток hs до момента t2, когда ток достигает величины h, при которой сигнал датчика 15 сравняется с выходным сигналом цепи 14.

В момент t2 компаратор 13 срабатывает, скачкообразно изменяя полярность напряжения Ui3 на выходе, в результате чего начинает изменяться напряжение Uie на

выходе цепи 16 задержки и открывается транзистор 18. Это приводит к появлению напряжения на первичной (19) и вторичных (21 и 22) обмотках трансформатора 20. Далее, через диоды 23, 24 и транзисторные

ключи 3, 4 начинают протекать токи, в результате чего транзисторные ключи 3, 4 переходят из состояния насыщения в граничный (либо близкий к нему) режим.

В момент ta, когда переход ключей 3 и 4

5 в граничный режим заканчивается, напряжение Die на выходе цепи 10 задержки, поступающее на вход 17 триггера 11, достигает уровня Ui, и возвращает триггер 11 в исходное состояние. Ненасыщенные

0 транзисторные ключи 3 и 4 при этом закрываются за короткое время и практически одновременно, поскольку время их рассасывания равно нулю.

Следует отметить, что в качестве наибо5 лее простой и эффективной реализации цепи 16 задержки может служить в данном случае последовательная RC-цепь, включающая в себя конденсатор 25 и резистор 26.

0 Далее, ток lis в цепях первичных обмоток дросселей 5 и 6 становится равным нулю, а в цепях вторичных обмоток появится ток l(8), который через выпрямители 7 и 8 протекает в нагрузку 31. Уменьшение до

5 нуля сигнала датчика 15 тока в момент ta приводит к срабатыванию компаратора 13, в результате чего закрывается транзистор 18 и напряжение на всех обмотках трансформатора 20 становится равным нулю.

0 Следует отметить, что в некоторых случаях при достаточно большой мощности устройства трансформатор 20 может накапливать значительную энергию за время открытого состояния транзистора

5 18, которое обычно составляет 1 - 2 микросекунды. В таких случаях целесообразно .параллельно с обмоткой 19 трансформатора 20 включать защитную цепочку, вклю-. чающую резистор 27 и диод 28. Тогда в

0 момент ta энергия, накопленная трансформатором 20, будет рассеиваться на резисторе 27 и диоде 28, не создавая перенапряжений на транзисторе 18 в момент его закрывания.

5 в момент t4 дроссели 5 и б отдают всю- накопленную энергию в нагрузку 31 и ток i(8) становится равным нулю.

В момент ts очередной импульс Ug генератора 9 переводит триггер 11 в состояние, при котором транзисторные ключи 3 и

4 снова открываются и процесс повторяется.

Если в момент te на выходе преобразо- ват:елл возникает короткое замыкание, то закрывания в момент ty транзистор- ньф ключей 3 и 4 ток i(B) практически не уменьшается, поскольку напряжение на вы- холе равно нулю. Поэтому в момент ts, когда тргнзисторные ключи 3 и 4 открываются в очередной раз, ток lis скачком увеличивает- ся практически до максимальной величины, достигнутой в момент t, и за время задержки fe-tg ток hs нарастает до еще большей величины.

; В момент Но транзисторные ключи 3 и 4 снс|ва открываются и ток hs скачком увеличивается до величины, достигнутой в мо- мефт tg, а за время tto-tn успевает нарасти до Уровня 2, при котором сигнал датчика 15 тока вызывает срабатывание порогового уз- ла Ј9. Напряжение на выходе порогового узлр 29 изменяет полярность и, воздействуя на вход 30, переводит триггер 11 в состоя- ни0, при котором транзисторные ключи 3 и 4 закрываются.

j В моментхп, когда транзисторные ключи $ и 4 снова открываются, ток Hs практи- мгновенно достигает уровня 2, что вызовет срабатывание порогового узла 29, трцггера 11 и закрывание транзисторных ключей 3 и 4,

Далее, процесс повторяется, причем нарастание тока Ms прекращается.

Таким образом, в предлагаемом устройстве благодаря введению транзистора, трансформатора, диодов и цепи задержки тра нзисторные ключи выводятся из режима насыщения перед их выключением, что позволяет сократить до нуля время рассасывания и обеспечить практически одно- временное их закрывание. Благодаря этому выравниваются токи силовых ячеек и повышается надежность преобразователя.

I Кроме того, благодаря введению поро- узла обеспечивается защита транзи- сторных ключей в режиме короткого замыкания на выходе преобразователя путем ограничения тока на заданном уровне, Это|также способствует повышению надежное ™ преобразователя. . .

Формула изобретения

;1. Устройство для управления много- яче ковым преобразователем постоянного

напряжения, выполненным в виде N силовых ячеек, каждая из которых содержит транзисторный ключ и LCD-фильтр, содержащее датчик тока, потенциальный вывод которого предназначен для соединения с соответствующим выводом N силовых ячеек, а нулевой вывод - с общей шиной пита- нил, генератор импульсов, выходной вывод которого подключен к управляющему входу триггера, выход которого через усилитель сигнала управления предназначен для подключения к управляющему входу N силовых ячеек, и цепь обратной связи, выход которой подключен к первому входу компаратора, второй вход которого соединен с потенциальным выводом датчика тока, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности преобразователя путем выравнивания токов силовых ячеек, в него введены транзистор, эмиттер которого соединен с общей шиной питания, а база - с выходным выводом компаратора, трансформатор, имеющий N вторичных обмоток, каждая из которых через дополнительный диод предназначен для подключения к переходу база - коллектор соответствующего транзисторного ключа, и цепь задержки, подключенная к выходу компаратора, причем коллектор транзистора через первичную обмотку трансформатора соединен с потенциальной шиной питания, а выход цепи задержки,подключен к блокирующему входу триггера.

2. Устройство поп. 1,отличающее- с я тем, что цепь задержки выполнена в виде последовательной RC-цепи, выводы которой использованы в качестве входных выводов, а выводы конденсатора RC-цепи - в качестве выходных выводов цепи задержки.

3. Устройство по пп. 1и 2, отличающее с я тем, что первичная обмотка трансформатора шунтирована цепочкой, содержащей включенные последовательно резистор и диод.

4. Устройство по пп. 1-3, отличающее с я тем, что в него введен пороговый узел, вход которого подключен к потенциальному выводу датчика тока, а триггер снабжен вторым блокирующим входом, который подключен к выходу порогового узла.

см w

&

Устройство для управления преобразователем содержит генератор 9 импульсов, триггер -11, усилитель 12 сигнала управления, компаратор 13, цепь 14 обратной связи, датчик 15 тока, цепь 16 задержки, триггер 11, транзистор 18, трансформатор 20, диоды 23, 24. 3 3-.П. ф-лы, 2 ил.