Стабилизированный полупроводниковый конвертор Советский патент 1977 года по МПК H02M3/335 

1

Изобретение относится к области силовой электротехники, в частности к вторичным источникам питания.

Известны стабилизированные полупроводннковые конверторы, содержащие генератор переменного прямоугольного напряжения с трансформатором, импульсный регулятор напряжения с транзисторным коммутирующим узлом и LC-фильтром, резисторный датчик тока, соединенный последовательно с дросселем этого фильтра, и широтно-импульспый модулятор, включенный через токоограничивающие элементы между обмотками указанного трансформатора и переходами эмиттер-база транзисторов коммутирующего узла (1).

Известно также устройство (2), в котором коммутирующий узел содержит двухтактный транзисторный прерыватель, регулирующий поступление энергии от источника питания в цепь нагрузки.

Недостатком известного конвертора является то, что при подключении источника питания или переключении нагрузки возникает переходный процесс, во время которого мгновенюе значение тока через транзисторы прерывателя может значительно превысить максимальное для установившегося режима значение такого тока, что в существенной степени снижает надежность конвертора и может привести к выходу его из строя.

Для обеспечения защиты транзисторов коммутирующего узла от перегрузок по току в переходных режимах и, следовательно, повышения надежности предлагаемого конвертора он снабжен пороговым формирователем импульсов, вход которого подключен параллельно указанному резисторному датчику тока, а выходы соединены с управляющими переходами тиристоров, включенных параллельно широтно-импульсному модулятору.

Пороговый формирователь имнульсов может быть выполнен в виде порогового элемента и соединенных последовательно с выходом этого элемента резистором, одной из обмоток указанного трансформатора и первичной обмоткой вспомогательного импульсного трансформатора, причем в качестве входа формирователя использован вход порогового элемента, а в качестве выходов формирователя - вторичные обмотки указанного имнульсного трансформатора.

На чертел е представлена схема описываемого транзисторного конвертора, где 1 - основной источник питания; 2 - вспомогательный источник питания; 3 - генератор прямоугольного напряжения; 4 - трансформатор генератора прямоугольного напряжения с обмотками 4i, 42, 4з; 5 - коммутирующий узел; 6 - импульсный регулятор напряжения; 7 -

щиротно-импульсный модулятор; 8 - дроссель

3

LC-фильтра; 9 - нагрузка конвертора; 10 - конденсатор LC-фильтра; 11 - резисторный датчик тока; 12 - нороговый элемент; 13 - стабилитрон; 14 - транзистор порогового элемента; 15 - выпрямительный мост; 16-вспомогательный импульсный трансформатор с первичной 16i и вторичными 1б2 и 16з обмотками; 17, 18 - тиристоры; 19 - резистор; 20 - токоограничивающий элемент; 21 - блок сравнения.

При подключении к конвертору основного 1 и вспомогательного 2 источников питания генератор 3 обеспечивает формирование симметричного знакопеременного прямоугольного напряжения на всех обмотках 4i, 4 и 4з трансформатора 4, и начинается переходный процесс изменения токов и напряжений на элементах конвертора. Коммутирующий узел 5 импульсного регулятора 6 напряжения, выполненный по любой известной однотактной или двухтактной схеме в бестрансформаторном, трансформаторном или автотрансформаторном вариантах, в зависимости от характера изменения коэффициента заполнения импульса на выходе широтно-импульсного модулятора 7 определяет процессы изменения тока через дроссель 8 LC-фильтра и напряжения на шунтированном нагрузкой 9 конденсаторе 10 этого фильтра. Пока ток через дроссель 8 не превышает порогового значения, напряжение на резисторном датчике 10 тока, подаваемое на вход порогового элемента 12, содержаш,его стабилитрон 13, транзистор 14 и выпрямительный мост 15, недостаточно для пробоя стабилитрона 13, и транзистор 14 тока не проводит. Следовательно, первичная обмотка 16i вспомогательного импульсного трансформатора 16 отключена от обмотки 4з трансформатора 4 и в данном состоянии конвертора тиристоры 17 и 18 в любой момент времени выключены изза отсутствия отпираюш,их сигналов на вторичных обмотках Шг и 16з вспомогательного имиульсного трансформатора 16.

При увеличении тока дросселя 8 до порогового значения в базу транзистора 14 через стабилитрон 13 поступает ток, что обуславливает появление тока через резистор 19 и первичную обмотку 16i вспомогательного импульсного трансформатора 16. При этом в зависимости от полярности напряжения на обмотке 42 трансформатора 4 один из тиристоров 17 или 18 включается, вследствие чего блокируется широтно-импульсный модулятор и, следовательно, до конца данного иолуиериода прекращается управление транзисторами (или транзистором) коммутирующего узла. Энергия от источника 1 питания не передается в дроссель 8, и ток этого дросселя уменьшается. Резистор 20 обеспечи 5ает ограничение тока через проводящий тиристор.

Если в очередной момент изменения полярностей напряжения на обмотках 4i, 42 и 4з трансформатора 4 ток дросселя по-прежнему нревышает пороговое значение, то в этот момент на всех обмотках 16i, 162 и 16з имиульс4

ного трансформатора 16 появляются импульсы противоположной по отнощению к предыдущему иолупериоду полярности и происходит включение второго из пары 17, 18 тиристоров. В этом случае в течение всего данного полупериода широтно-импульсный модулятор 7 также блокирован, и, следовательно, ток дросселя продолжает уменьшаться. Одновременно происходит восстановление переключающих свойств тиристора, включенного на предыдущем иолупериоде.

В установившемся режиме ток дросселя меньше порогового значения, и, следовательно, через транзистор 14 и обмотки импульсного трансформатора 16 токи не протекают, а тиристоры 17 и 18 выключены.

Блок сравнения 21, который может быть выполнен по любой известной схеме, обеспечивает обычным образом преобразование сигнала рассогласования между эталонным напряжением и напряжением, пропорциональным нанряжению на нагрузке, в сигнал управления широтно-импульсным модулятором 7.

Использование в схеме вспомогательного источника 2 для питания генератора 3 прямоугольного напряжения не является необходимым, так как этот генератор по питанию может быть подключен к основному источнику 1 или к выходу конвертора (т. е. к конденсатору 10), или при наличии в коммутирующем узле трансформатора или автотрансформатора - к их обмоткам.

Возможно использование в конверторе для рещения поставленной задачи тиристорных оптронов.

При таком использовании светодиод оптрона включается непосредственно, или через один-три диода, или через стабилитрон параллельно резисторному датчику тока и выиолпяет функции порогового формирователя импульсов, а в качестве тиристора 17 нли 18 используется тиристор самого оптрона.

Формула изобретения

1. Стабилизированный полупроводниковый конвертор, содержащий генератор переменного прямоугольного напряжения с трансформатором, импульсный регулятор напряжения с траизисторным коммутирующим узлом и LCфильтром, последовательно с дросселем которого включен резисторный датчик тока, а также широтно-импульсный модулятор, включенный через токоограничивающие элементы между обмотками указанного трансформатора и переходами эмиттер - база транзисторов коммутирующего узла, отличающийся тем, что, с целью повыщения надежности, конвертор снабжен пороговым формирователем импульсов, вход которого подключен параллельно указанному резисторному датчику тока, а выходы соединены с управляющими переходами тиристоров, включенных параллельно широтно-имиульсному модулятору.

2. Конвертор по п. 1, отличающийся тем, что пороговый формирователь импульсов выполнеи в виде порогового элемента и соединенных последовательно с выходом этого элемента резистором, одной из обмоток указанного трансформатора и первичной обмоткой вспомогательного импульсного трансформатора, причем в качестве входа формирователя использован вход порогового элемента, а в качестве выходов формирователя - вторичные

обмотки указанного вспомогательного импульсного трансформатора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1.Сб. «Электронная техника в автоматике под ред. Ю. И. Конева, вып. 6, 1974, стр. 58, рис. 1.

2.Авторское свидетельство № 501456, М. Кл.2 Н 02М 3/32, 1974.

г.«