Квазирезонансный преобразователь постоянного напряжения с переключением при нулевом напряжении Советский патент 1993 года по МПК H02M3/335 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть.использовано в системах электропитания различных электронных устройств.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение - повышение надежности за счет введения зависимости длительности формируемой паузы в работе силового транзисторного ключа преобразователя от момента его закрытия и формы напряжения на нем в закрытом состоянии.

Поставленная цель достигается тем, что в квазирезонансном преобразователе постоянного напряжения с переключением при нулевом напряжении содержащем подключенные к входным выводам последовательно соединенные силовой транзисторный ключ, дроссель и первичную обмотку силового трансформатора, вторичная обмотка которого через выпрямительный диод и фильтр соединена с выходными выводами, конденсатор и первый диод, подключенные встречно-параллельно.силовому транзисторному, ключу, управляющий вывод которого соединен с выходом блока управления, причем катод первого диода соединен через введенный второй диод с дополнительным входом блока управления.

При этом блок управления содержит первое, второе, третье реле времени и усиоо

GO О

s|

О СЛ

IGJ

лительно-согласующее устройство, выходом соединенное с выходом блока управления, а входом - с выходом первого и входом второго реле времени, выходом соединенного с первым входом третьего реле времени, выход которого соединен с первым входом первого реле времени, у которого второй вход соединен с выводом для подачи управляющего сигнала включения - выключения преобразователя, а Т0етий вход - с выводом для подачи сигнала, управляющего формируемой им длительностью, при этом второй вход третьего реле времени соединен С дополнительным входом блока управления.

Использование дополнительной связи блока управления с электродом силового транзисторного ключа через введенный диод обеспечивает синхронизацию начала формирования блоком управления паузы с моментом начала поста напряжения на силовомтранзисторном ключе после его закрытия. При этом длительность формируемой паузы зависит также от формы и величины напряжения на закрытом силовом транзисторном ключе. Большей амплитуде напряжения должна соответствовать меньшая длительность паузы. Это обеспечивается введенным соединением через дополнительный диод, при котором напряжение на закрытом силовом транзисторном ключе воздействует на реле времени блока управления, формирующее длительность паузы. Более высокое, круче нарастающее напряжение воздействует на реле времени таким образом, что оно формирует более короткие временные интервалы. Причем соответствующим выбором времязадающих элементов реле времени, формирующего длительность паузы добиваются требуемой точности компенсации изменения длительности импульса напряжения на закрытом силовом транзисторном ключе.

й

Таким образом в предложенном преобразователе, работающем с внешним возбуждением обеспечена компенсация как задержки выключения силового транзисторного ключа, так и изменения длительности полупериода собственной частоты контура, что существенно повышает его надежность исключая возможность коммутации силового транзисторного ключа при ненулевом напряжении.

На фиг..1 представлена электрическая схема преобразователя; на фиг.2 - то же, но с вариантом исполнения блока управления; на фиг.З - временные диаграммы, поясняю- щие работу преобразователя;

на фиг. 4.5,6 - пример конкретного выполнения преобразователя, схема электрическая принципиальная.

Преобразователь (фиг.1) содержит

5 подключенные к входным выводам последовательно соединенные силовой транзисторный ключ 1, дроссель 2 и первичному обмотку 3 силового трансформатора 4, вторичная обмотка 5 которого через выпрями10 тельный диод 6 и фильтр 7 соединена с выходными выводами, конденсатор 8 и первый диод 9, подключенные встречно-параллельному силовому транзисторному ключу 1, управляющий вывод которого соединен с

15 выходом 10 блока управления И/дополнительным входом 12 соединенного через второй диод 13с катодом первого диода 9.

При этом блок управления 11 (фиг.2) содержит усилительно-согласующее устройст20 во 14, выходом соединенное с выходом 10 блока управления, а входом - с выходом первого 15 и входом второго 16 реле времени, выходом соединенного с первым входом третьего реле времени 17, выход которого;.

25 соединен с первым входом первого реле времени 15, у которого второй вход соединен с выводом 18 для подачи управляющего . сигнала включения - выключения преобразователя, а третий, вход - с выводом 19 для

30 подачи сигнала, управляющего формируе- мой им длительностью, причем второй вход третьего реле времени 17 соединен с дополнительным 12 входом блока управления. В качестве силового транзисторного

35 ключа 1 может использоваться биполярный, полевой или со статической индукцией транзистор, например типа КП 934. Дроссель 2, как отдельный дискретный элемент может отсутствовать, а в его качестве использо40

ваться например индуктивность рассеяния

силового трансформатора 4, выполненного с ослабленной связью между первичной 3 и вторичной 5 обмотками. В качестве фильтра 7 можно применить например просто кон5 денсатор большой емкости. Реле времени 15, 16, 17 можно выполнить по известным схемам, например на базе логических элементов 561 серии с RC - времязадающими цепями. Реле времени 15 - реле формиру0 ющее длительность открытого состояния силового транзисторного ключа 1 с дополнительным входом блокировки и входом управления длительностью. Реле времени 17 - реле формирующее длительность паузы с

5 дополнительным входом, от формы и величины напряжения на котором зависит формируемая длительность (чем круче и больше величина напряжения, тем короче длительность). Усилительно-согласующее устройство 14 можно выполнить на базе

транзистора, работающего на согласующий трансформатор.

Преобразователь работает следующим образом. В исходном состоянии первое реле времени 15 находится в состоянии отработанной выдержки, но блокировано по второму входу, соединенному с выводом 18, сигналом (диаграмма 20, фиг.З). На выходе первого реле времени 15 - сигнал лог. 1 (диаграмма 21, фиг.З). На выходе второго реле времени 16 - сигнал лог. О (диаграмма 22, фиг.З), а на выходе третьего реле времени 17 - сигнал лог. 1 (диаграмма 23, фиг.З). На выходе усилительно-согласующего устройства 14 - сигнал отсутствует (диаграмма 24, фиг.З) силовой транзисторный ключ 1 - закрыт, напряжение на нем равно входному напряжению преобразователя (диаграмма 25. фиг.З),

При подаче в момент времени Т0 на вывод для подачи управляющего сигнала включения-выключения преобразователя 18 сигнала включения лог.О (диаграмма 20, фиг.З), снимается блокировка с первого реле времени 15, и на его выходе устанавливается сигнал лог.О (диаграмма 21, фиг.З). а на выходе усилительно-согласующего устройства 14 начнет формироваться запирающий импульс (диаграмма 24, фиг.З), силовой транзисторный ключ остается в закрытом состоянии. Через задержку Ti-T0, определяемую вторым реле времени 16, на его выходе установится сигнал лог 1 (в момент времени Ti, диаграмма 22, фиг.З), который разрешает отсчет времени третьему реле времени 17. Через время выдержки 2-Ti третьего реле времени 17, определяемое напряжением на выводе 12, на его выходе установится сигнал лог. О (момент времени Т2, диаграмма 23. фиг.З). По этому сигналу взведется первое реле времени 15, на выходе которого установится сигнал лог. 1 (диаграмма 21, фиг.З), а на выходе усилительно-согласующего устройства 14 начнет формироваться открывающий импульс (диаграмма 25, фиг.З), силовой транзисторный ключ переходит воткрытое состояние (диаграмма 25. фиг.З). Через задержку , определяемую вторым реле времени . на его выходе установится сигнал лог. О (момент времени Тз, диаграмма 22, фиг.З). По этому сигналу взведется третье реле времени 17, на выходе которого установится сигнал лог. 1 (диаграмма 23, фиг.З), который в свою очередь разрешит отсчет времени первому реле времени 15.

Через время Т,г Тз. определяемое первым реле времени 15, на его выходе установится сигнал лог. О (момент времени Т4, диаграмма 21, фиг.З). при этом на выходе

усилительно-согласующего устройства 14 начнет формироваться запирающий им- . пульс (диаграмма 24, фиг.З). Через задержку, определяемую вторым реле времени 16 5 Ts-T4. в момент времени ТБ, нз его выходе установится сигнал лог.Г (диаграмма 22, фиг.З), который разрешит отсчет времени третьим реле времени 17. Однако реально отсчет времени начнется только после за- 0 крытия силового транзисторного ключа 1 в момент времени Те, (диаграмма 25, фиг.З), когда начнется рост напряжения на нем, то есть после задержки выключения Те-Тд силового транзисторного ключа 1. Энергия.

5 накопленная в индуктивных элементах за время открытого состояния силового транзисторного ключа 1. через выпрямитель 6 и фильтр 7 передается на выход преобразователя.

0 После окончания в момент времени Т выдержки Ту-Тб третьего реле времени 17, которое выбирается таким, чтобы напряжение на силовом транзисторном ключе 1 достигло нулевого значения (диаграмма 25,

5 фиг.З), на выходе третьего реле времени 17 установится сигнал лог. О (диаграмма 23, фиг.З). Далее через задержку, определяемую вторым реле времени 16 Та-Т, в момент времени Те (соответствует моменту време0 ни Тз) на его выходе установится сигнал лог.О (диаграмма 22, фиг.З) и процесс повторится.

Допустим в момент времени Тд изменилась нагрузка преобразователя (уменьши5 лась). Тогда задержка выключения силового транзисторного ключа 1 относительно момента времени Тю - прихода запирающего импульса, увеличится. Однако так кактретье реле времени 17 начнет отсчет времени

0 только с момента Тп - когда начнется рост напряжения на силовом транзисторном ключе, это увеличившееся время будет скомпенсировано (см. фиг.З). При этом из-за снижения нагрузки снизится амплитуда и

5 крутизна импульса напряжения на закрытом силовом транзисторном ключе (диаграмма 25, фиг.З), что в свою очередь приведет к увеличению времени выдержки третьего реле времени 17 и следовательно

0 очередное включение силового транзисторного ключа 1 в момент времени Tia произойдет при нулевом напряжении на нем - (диаграмма 25, фиг.З).

Конкретный преобразователь постоян5 ного напряжения, разработанный на базе предлагаемого изобретения содержит (см. фиг.4. 5. 6)силовой транзисторный ключ 1, в качестве которого использован транзистор КП 934 Л, дроссель2, как отдельный элемент отсутствует, но его роль выполняет ИНДУ тивность рассеяния силового трансформатора4, индуктивность подводящих проводников. Выпрямительный диод б - типа КД 2998 Г, фильтр 7 - C-L-C типа, конденсатор 8 - К 78-2, первый диод 9 - КД 226 Д, второй диод 13-КД 510 А.

: В блоке управления 11 усилительно-согласующее устройство 14 выполнено на основе транзисторного усилителя с транзистором КТ 646А, управляемого через ШОП-инвертор26.1 (К 561 ЛА7), нагруженного на согласующий трансформатор 27. Первое реле времени 15, выполнено на базе двухвходового 26,2 (см. фиг,5) логического элемента 2И-НЕ(К561 ЛА7), первый вход которого через оптрон (например AOT1Q1 АС) соединен с выводом 18. а второй - с времязадающей RC-цепью. резистор 28 которой шунтирован обратно-включенным диодом для быстрого разряда времязадаю- щего конденсатора 29 при взводе реле времени и управляемым сопротивлением - на основе резистора и оптрона, светодиод которого соединен с выводом 19. Вывод 19 соединен через выход-вход блока обратной связи 30 с выходом преобразователя. При изменении сигнала на выводе 19 - изменяется ток заряда конденсатора 29 и следовательно формируемая первым реле времени 15 выдержка. За счет чего и осуществляется стабилизация выходного напряжения. Второе реле времени 16 выполнено на ШОП- инверторе 26.3 (К 561 ЛА7) с резистором 31, и обеспечивает задержку распространения логического сигнала за счет времени своего переключения и заряда входной емкости микросхемы через резистор 31. Третье реле времени 17 выполнено на КМОП-инверторе 26.4 (К 561 ЛА7) к входу которого подключена времязадающая RC-цепь, конденсатор 32 которой через диод 33 соединен с первым входом реле времени, соединенным с выходом второго реле времени 16, для обеспечения его быстрого разряда при взводе реле времени. При этом.напряжение на вре- мязадающую RC-цепь подается с DRC-цепи, образованной резистором 34, конденсатором 35 и внешним для блока управления диодом 13. Чброс ее в исходное состояние

(разряд конденсатора 35) осуществляется через диод 36, соединенный с первым входом реле времени.

Преобразователь рассчитан на входное напряжение 27 В и обеспечивает на выходе напряжение 5 В при токе нагрузки до 5А. Средняя частота преобразования 0,5 МГц.

Формула и зоб ретения

1.Квззирезонансный преобразователь постоянного напряжения с переключением при нулевом напряжении, содержащий подключенные к выходным выводам и последовательно соединенные силовой транзисторный ключ, дроссель и первичную

обмотку силового трансформатора, вторичная обмотка которого через выпрямительный диод и фильтр соединена с выходными выводами, конденсатор и первый диод, подключенные встречно-параллельно силовому транзисторному ключу, управляющий вывод которого соединен с выходом блока управления, выполненного с входом управляющего сигнала включения-выключения преобразователя и входом сигнала,

управляющего формируемой им длительностью, отличающийся тем, что катод первого диода соединен через введенный второй диод с дополнительным входом блока управления, обеспечивающим управление длительностью паузы,

2.Преобразователь по п. 1,от л и ч a tout и и с я тем, что блок управления содержит первое, второе и третье реле времени и усилительно-согласующее устройство, выходом соединенное с выходом блока управления, а входом - с выходом первого и входом второго реле времени, выходом соединенного с первым входом третьего реле времени, выход которого соединен с первым входом первого реле времени, второй вход которого соединен с входом управляющего сигнала включения-выключения преобразователя, а третий вход - с входом сигнала, управляющего формируемой им

длительностью, при этом второй входтреть- . его реле времени соединен с дополнительным входом управления длительностью паузы.

FTi ЪЪ

П

lid

Ти

Использование: системы электропитания различных электронных устройств. Сущность изобретения: повышение надежности за счет введения зависимости длительности формируемой паузы в работе силового транзисторного ключа 1 преобразователя, соединенного последовательно с дросселем 2 и первичной обмоткой 3 силового трансформатора 4, вторичная обмотка 5 которого через выпрямительный диод б и фильтр 7 соединена с выходными выводами, от.момента его закрытия и формы напряжения на нем в закрытом состоянии. Это обеспечивается за счет соединения катода диода 9, соединенного встречно-параллельно силовому транзисторному ключу 1 и конденсатору 8, с дополнительным входом 12 блока управления 11, При этом блок управления содержит первое 15, второе 16 и третье 17 реле времени, а также усилительно-согласующее устройство 14 соединенное выходом с управляющим входом силового транзисторного ключа 1. 1 з.п. ф-лы. 6 ил. СО

и I;14 -j6

ла.

31

3634

17

:12

:I3

11

32

t J5

/г.

in

rcc

ГО

CO

oo

GO

СП

cr

CO

en

OJ

to

e

(5z

oo

CNI

7

D