Ключевой транзисторный преобразователь напряжения Советский патент 1993 года по МПК H02M3/335 

ё

Использование: преобразование постоянного напряжения в переменное для систем вторичного электропитания и автоматики. Сущность изобретения: в силовую цепь, коммутируемую силовым транзистором, последовательно включен резистивный датчик. тока, шунтированный дросселем. ЭДС самоиндукции дросселя позволяет при токовых перегрузках создать значительный для срабатывания триггерного элемента уровень напряжения. После процесса спада этой ЭДС сопротивление на цепи из элементов резко снижается до уровня активного сопротивления обмотки дросселя, что повышает КПД преобразователя. 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к системам регулирования электрических величин, и может быть использовано в качестве низковольтного вторичного источника питания с импульсным преобразованием и/или управлением и с защитой от перегрузок по току.

Целью изобретения является повышение КПД ключевого транзисторного преобразователя напряжения, содержащего систему защиты от токовых перегрузок с резистивным датчиком, включенным последовательно в силовую цепь преобразователя, путем уменьшения мощности, рассеиваемой резистивным датчиком тока.

На фиг.1 приведен пример исполнения устройства в виде однотактного ключевого преобразователя напряжения; на фиг.2 -осциллограммы токов силового транзисторе 4

и параллельной цепи из резистивного датчика тока 2 и дросселя 10 (сплошная линия) и резистивного датчика тока 2 (прерывистая линия). Ключевой преобразователь напряжения содержит систему защиты от токовых перегрузок 1 с резистивным датчиком тока 2. включенным последовательно в силовую цепь преобразователя и выходом подключенным к цепи управления 3 силовым транзистором 4 через пороговый элемент 5 и триггерный элемент 6, 7 и 8 - соответственно трансформатор и нагрузка преобразователя, 9 - задающий генератор. Резистивный датчик тока 2 шунтирован дросселем 10. Триггерный элемент 6 выполнен с входом 11 для установки его в первое состояние и входом 12 для установки его во второе состояние.

Устройство работает следующим образом.

00

ю

4 О О

При поступлении питающего напряжения на вход преобразователя пороговый элемент 5 устанавливается в первое состояние. В этом состоянии он не влияет на состояние триггерного элемента 6. Триггерный элемент б устанавливается во второе состояние. В этом состоянии он через цепь управления 3 запирает силовой транзистор 4, т.е. сигналом триггерного элемента 6 преобразователь остается отключенным при наличии на его входе напряжения питания.

Преобразователь включается пусковым импульсов, поступающим на вход 11 триггерного устройства 6. Пусковой импульс переключает триггерный элемент б в первое состояние, и он больше не воздействует на силовой транзистор 4 преобразователя. С этого момента времени силовой транзистор

4периодически отпирается и запирается сигналами задающего генератора 9, поступающими на его базу через цепь управления 3. Период работы преобразователя равен t5 -ti.

В момент времени ti сопротивление обмотки дросселя 10 равно бесконечности, поэтому сопротивление параллельной цепи из элементов 2 и 10 равно сопротивление R2 резистивного датчика тока 2. т.е. величина напряжения на резистивном датчике тока 2 прямо пропорциональна току силового транзистора 4.

Если в момент времени ti величина тока силового транзистора 4 находится в допустимых пределах, то состояние порогового

5и триггерного б элементов не изменяется и преобразователь продолжает работать.

Если в момент времени ti величина тока силового транзистора 4 оказалась выше допустимой, то пороговый элемент 5 переключается во второе состояние и переключает своим сигналом триггерный элемент 6 во второе состояние, что приводит к запиранию силового транзистора 4, т.е. к отключению преобразователя до устранения перегрузки и включения преобразователя пусковым импульсом.

При нормальной работе преобразователя и неизменном сопротивлении нагрузки 8 через транзистор 4 проходят практически прямоугольные импульсы тока, длительность которых равна ta - ti, а амплитуда равна I. Эти импульсы приведены на фиг.2 сплошной линией. Эти импульсы тока проходят через параллельную цепь из резистивного датчика тока 2 и дросселя 10.

Собственная постоянная времени t2 - ti дросселя 10 выбрана значительно меньше длительности хз - ti импульсов тока, проходящего через резистивный датчик тока 2, и в приведенном примере исполнения преобразователя составляет 0,1 ts ti.

Активное сопротивление Rio обмотки

дросселя 10 выбрано значительно меньше,

чем сопротивление Ra резистивного датчика

тока 2; в приведенном примере исполнения

преобразователя Rio ° 0.1R2.

В интервале времени т,2 - ti, определяемом собственной постоянной времени дросселя 10, полное сопротивление его обмотки уменьшается от величины оо до величины RIO.

Соответственно, полное сопротивление параллельной цепи из элементов 2 и 10 из- меняется в интервале времени t2 - ti от величины R2 до величины RIO, а ток резистивного датчика 2 уменьшается до величины 0,11 (см.фиг.2, прерывистая линия).

При этом мощность, рассеиваемая па- раллельной цепью элементов 2 и 10, уменьшается от величины I Я2ДО величины I RIOH остается на этом уровне в интервале времени t2 -13.

В интервале времени ц - 13 средняя

мощность, рассеиваемая параллельной

цепью из элементов 2 и 10, не превышает 0,2 мощности, рассеиваемой резистивным датчиком тока в прототипе. В интервале времени ta - IA за счет отключения транзи0 стора 4 появляется ЭДС самоиндукции дросселя 10 и, соответственно, импульс мощности, рассеиваемой элементами 2 и 10.

Однако с учетом отмеченных потерь

5 средняя мощность, рассеиваемая параллельной цгвпью из элементов 2 и 10 за время работы преобразователя, не превышает 0,3 мощности, рассеиваемой датчиком тока в прототипе, за счет чего повышен КПД клю0 чевого преобразователя напряжения. Поло- жительный эффект от применения изобретения тем больше, чем ниже напряжение силовой цепи, в которой включен датчик тока.

5 в двухтактном варианте исполнения преобразователя в эмиттер каждого силового транзистора 4 включен резистивный датчик 2, шунтированный дросселем 10. Каждый датчик соединен с соответствую0 щим входом порогового элемента 5.

Работает преобразователь так же, как приведенный на фиг 1.

Формула изобретения Ключевой транзисторный преобразова5 тель напряжения, содержащий систему защиты от токовых перегрузок с резистивным датчиком тока, включенным последовательно в силовую цепь преобразователя и пыхо- дсм подключенным к цепи управления сил ;пнм TpdH:u:CTo;,r.M чи,;о,, пороговый и

триггерный элементы, отличающийся тем, что, целью повышения КПД, резистив- ный датчик тока шунтирован введенным дросселем, активное сопротивление обмотки которого значительно меньше, чем со-

X

fy,32

противление резистивного датчики теп л л собственная постоянная времени значительно меньше длительности импульсов тока, проходящего через резистивный датчик тока.

Фиг.