Конвертор Советский патент 1979 года по МПК H02M3/335 

На фиг. 1 дана схема конвертора; на фиг.2временная диаграмма работы конвертора в нор мальном режиме; на фиг. 3 - временная диаграмма i работы конвертора в режиме К 3 нагрузки. Конвертор (фиг. 1) содержит силовые транзисторы 1 и 2 и выходной трансформатор 3. На выходе конвертора включен индуктивноемкостный фильтр, состоящий из дросселя 4 и конденсатора 5. Импеданс 6 обозначает нагрузку на выходе конвертора. Коммутирующий диод 7 исключает возможность разрывов тока в цепи дросселя 4 и устраняет возможность появления коммутащ онных всплесков напряжения в коллекторных цепях силовых транзисторов 1 и 2. Выходной трансформатор 3 имеет две коллекторные обмотки 8 и 9. Диоды 10 и 11 служат вентилями выпрямителя.Управление силовыми транзисторами 1 и 2 осуществляет задающий генератор 12. Коллекторные обмотки 8 и 9 выходного трансформатора 3 подключены к шине источника питания Е через датчики тока 13 и 14 соответственно, которыми могут служить низкоомные резисторы, трансформаторы тока и т.н. На фиг. 1 датчики тока 13 и 14 изображены в виде резисторов. Выход каждого датчика тока подключен к одному из входов соответствующего компаратора 15 и 16, на другой вход компараторов 15, 16 подано постоя шое опорнее напряжение. Источником опорного напряжения в схеме на фиг. 1 служит резистивный делитель напряжения на резисторах 17 и 18, включенный между шинами источника питания Е. Средняя точка делителя соединена с втopы я входами компараторов 15 и 16. Выходы комп раторов соединены с соответствующими управляющими входами задающего генератора 12, а также с входами логического элемента ИЛИ 1 Выход элемента 19 через фильтр верхних частот 20 соединен с входом ждущего релаксационного генератора 21, а выход последнего под ключен к запрещающему входу задающего генератора 12. схемы на фиг. 1 поясняется временной диаграммой на фиг. 2. Задающий генерато 12 вырабатывает несимметричное управляющее , напряжение (или управляющее напряжение с нулевой ступенью), что исключает одновременное нахождение силовых транзисторов 1 и 2 во включенном состоянии и устраняет возмож ность появления бросков тока . коллекторны цепях транзисторов в момент их переключения Задающий генератор 12 работает в режиме вне ней синхронизации сигналами, поступающими н его управляющие входы с выходов компарато;ров 15 и 16. Силовые транзисторы 1 и 2 вклю чаются попеременно в моменты времени, соответствующие уже выключенному состоянию тра истора другого нлеча. Так, например, транзисор 1 включается в то время, когда полностью выключен транзистор 2. Длительность to задержки гюдачи включающего сигнала на вход силового транзистора по отнощению к моменту подачи выключающего сигнала на смежный транзистор (или нулевой ступени) з управляющем напряжении должна превышать наибольшее время выключения силовых транзисторов 1 и 2. При включении силового транзистора в его коллекторной цепи протекает импульс тока, величина которого определяется двумя составляющими: током Нагрузки и током намагничивания сердешика выходного трансформатора I « . В установившемся режиме работы преобразователя ток нагрузки является величиной щэимерно постоян ЮЙ; ток намагничивания в каждом полуцикле работы конвертора нарастает в процессе перемагничивания сердечника трансформатора. Соответственно происходит рост тока в коллекторной цепи открытого силового транзистора (1 или 2). Когда величина коллекторного тока достигает некоторого порогового значения in, определяемого величиной опорного напряжения на входах компараторов, величина напряжения на выходе соответствующего датчика тока (13 или 14) становится достаточной для срабатывания соответствующего компаратора (15 или 16), и ВЫХОД1ЮЙ сигнал компаратора принудительно опрокидывает задающий генератор. При этом открывающий сигнал на входе данного силового транзистора отключается, включается закрывающий сигнал и с задержкой to, достатошой для полного выключения транзистора, формируется сигнал, включающий силовой транзистор смеясного плеча конвертора. Все процессы в другом плече конвертора протекают аналогично и завершаются принудительным выключением силового тра 1зистора по выходному сшналу компаратора, свидетельствующему о превышении коллекторным током этого транзистора величины in- Затем цикл работы конвертора повторяется. Поскольку составляющая коллекторного тока, определяемая током нагрузки,, постоянна, а выключение силовых транзисторов происходит при IK ifi, где IK - коллекторный ток данного транзистора, ггричем коллекторные токи транзисторов 1 и 2 перемагни швают сердечник трансформатора в противоположном направлении, ток намагничивания серде1шика i/t в каждом цикле работы дважды изменяет свой знак, а абсолютные значения максимальной величины а как для ,,так и для -i/t- примерно одинаковы. Таким образом, сердечник трансформатора в этом случае перемагничушается током I At,, практически не имеющим постоян1той составляющей, что исключает возможность пгдмагничивания сердещшка постоянной составляющей тока намагничивания и уменьшает коллекторный ток сшювых транзисторов. В те промежутки времени, когда оба citnoвых тралзистора закрыты, ток намапютивания выходного трансформатора переключается в од ну из выходных обмоток и замыкается через соответствующий вентиль выпрямителя (10 ил 11), фильтр и нагрузку. Использование резистивного делителя напряжений (17 и 18) в ка честве источника опорного напряжения компараторов позволяет осуществлять режимную ко пенсацию схемы, поскольку изменение тока на грузки конвертора, пропоршюнальное уходу величины питающего напряжения Е, в этом слу чае компенсируется соответствующим уходом величины опорного напряжения, и переключение транзисторов производится независимо от величины Е гфимерно при одном и том же значении намагничивающего тока i «t. Включение индуктивного фильтра на выходе конвертора обеспечивает плавное нарастание тока нагрузки при включении питания, что устраняет возможность появления емкостных бросков тока в коллекторных цепях силовых транзисторов 1 и 2 и вызвашюго зтим резкого увеличения частоты переключения управляющего напряжения на выходе задающего генератора 12 и приводит к увеличению мощности, paccesmaемой на силовых транзисторах, и к неустойчивой работе задающего генератора. Работа конвертора в режиме К 3 нагрузки поясняется време шой диаграммой на фиг. 3. При К 3 выхода ток дросселя /( начинает возрастать во время включенного состояния силовых транзисторов. Процесс нарастания тока ijj происходит достаточно медленно, если индуктивность дросселя 4 выбрана достаточно больщой и дроссель работает в линейном режиме. В соответствии с ростом тока ij который гфимерно равен току нагрузки, растет составляющая тока нафузки в коллекторном токе силовых транзисторов, чю приводит к увеличению частоты их переключения. Это свя зано с тем, что коллекторный ток каждого тран зистора нарастает до порогового значения in за все меньщее время. Частота следования импульсов на выходе элемента ИЛИ 19 при этом также нарастает, и, когда она достигает частоты сре за фильтра верхних частот (ФВЧ) 20, очередной импульс щюпускается на выход ФВЧ и запускает ждущий релаксационный .генератор 21. При этом на выходе ждущего генератора 21 формируется импульс длительностью- „/ л / о/. где То - период следования управляющего сигнала на )де задающего генератора 12, Этот импульс блокирует задающий генератор 12, и управляющее напряжение отключается с силовых транзисторов, так что они остаются закрьггыми все время, пока не закончится блокирующий импульс. При этом ток дросселя f медленно спадает по линейно у закону, так как дроссель 4 разряжается 4qie3 диод 7. Если длительность импульса tu выбрана достаточно больщой, то за время tj, ток i спадает до велич1шы номинального тока нагрузки или становится меньше этой величгашт, и после окончания блокирующего импульса процессы в схеме повторяются до момента устранения К 3 нафузкн. После устранения К 3 конвертор автоматически переходит в режим нормальной работы. Поскольку во всех режимах работы конвертора коллекторный ток любого ершового транзистора никогда не превыщает величины ip, а частота переключений силовьтх тра} зисторов ограничена сверху частотой среза ФВЧ 20, то режим работы силовых транзисторов всегда может быть обеспечен в пределах рабочего диапазона коллекторного тока и рассеиваемой мощности для заданного типа силовых транзисторов. Кроме того, выбором велц1гинЫ номш)альной длительности блокирующего импульса tn можно обеспечить не только безопасный режим работы силовых транзисторов 1 и 2, выпрямительных диодов 10 и 11, дросселя 4 и коммут|фующего диода 7, но и значительно облегченные режимы работы указанных элементов при К 3 в нафузке. Для этого необходимо лишь обеспечить достаточно большую длительность блок1фующего импульса. Поскольку в общем случае ждущий генератор 21 должен нормально работать при скважности выходного сигнала, близкой к , в качестве элемента 19 целесообразно использовать ждущий pcjsaKcaimoHHbnl генератор с повторным запуском (с нулевым временем восстановления) . Фильтр верхних частот 20 может быть вд 1полнен по любой известной схеме, однако более целесообразно использовать специалыгьте фильтры импульсных сетналов. Формула изобретения Конвертор, Содержащий задающий генератор, ыход которого соединен с базами транзисторов вухтактного усилителя мощности, датчики тоа, включенные последовательно с эмиггернооллекторными переходалто транзисторов, к коорым подю1ючены входы пороговых компараоров, подсоединенные своими выходами к перым двум управляющим входам задающего геератора и ко входам элемента ИЛИ, причем выод последнего через узел защиты от короткоо замыкания подсоединен к третьему входу заающего генератора, отличающийся ем, что, с целью повьщ1ения надежности, узел ащиты от короткого замыкания выполнен в ейде последовательно соединенных фильтра верхда« частот и ждущего релексационного генератора.

Источники информации, принятые во внимаяие при экспертизе

8

1.Сб. Электронная техника в автоматике, № 6, М., Сов. радио, с. 50-55.

2.Авторское сввдетельство СССР № 408438, кл. Н 02 М 7/537, 1971.

3.Патент США № 3873903, кл. 321-2, 1975.

ю

.л.л

в

1/г./

l

L

Ki

iK2

Вых.15 8WX./6

fx.Tf (Bbix.rjz)

Sx.r2 (Bbix.

7 J

в(/г. I