Транзисторный конвертор Советский патент 1980 года по МПК H02M3/335 

напряжением етабилизации стабилитрона и в меньшей степени - сопротнвлснпем резистора.

Порог срабатывания быстродействующей защиты конвертора определяется наиряжением стабилитрона в области токов, меньших минимального тока стабилизапии, что и обуславливает относительно низкую точность порога. В этом заключается основной недостаток технического решения известного устройства.

Цель изобретения - повышение надежности путем увеличения точности норога срабатывания быстродействующей защиты транзисторов усилителя мощности от перегрузок но току.

Это достигается тем, что в транзисторный конвертор, содержащий ключевой усилитель мощности, входом соединенный с выводами для подключения входного напряжения, а выходом - с нервичной обмоткой выходного трансформатора, вторичная обмотка которого через выпрямитель и фильтр подключена к выводам для подключения нагрузки и одному входу щиротно-пмпульсного модулятора, другими входами соединенного с источником опорного нанряжеиия и одним выходом задающего генератора, другим выходом подключенного к одному входу формирователя управляющих импульсов,другим входом соединенного с выходом щиротно-имиульсного модулятора, дополнительным входом - с выходом узла защиты, а выходом с управляющим входом усилителя мощности, датчик тока перегрузки, входом включенный в цепь первичной обмотки выходного трансформатора, а выходом соединенный с одним входом узла защиты, другим входом подключенного к источнику опорного напряжения, дополнительно введен транзистор, эмиттер которого соединен с выходом датчика тока перегрузки, база через резистор - с источником онорного напряжения, а коллектор через резистор - с другим дополнительным входом формирователя управляющих импульсов.

На чертеже дана принципиальная электрическая схема транзисторного конвертора.

Он содержит транзисторный усилитель 1 мощности, выходной трансформатор 2, выпрямитель 3, фильтр 4, задающий генератор 5, щиротно-импульсный модулятор 6, источник 7 опорного нанряжения; формирователь 8 управляющих импульсов, датчик 9 тока перегрузки, узел 10 защиты, дополнительный транзистор И и резисторы 12, 13.

Задающий генератор 5, вынолнениый на эквнваленте однопереходного транзистора (транзисторы 14, 15), генерирует короткие треугольные имнульсы, унравляющие по счетному входу триггером 16, работающим в режиме делителя частоты, и пилообразное напряжение, через эмиттерный иовторитель на транзисторе 17, поступающее в выходной сравнивающий делитель широтноимпульсного модулятора (ШИП), в качестве которого используется диффереициальиый каскад на транзисторах 18, 19. На баЗУ транзистора 18 подается сумма части выходного и иилообразного паиряжений. На базу транзистора 19 постуиает оиорное наиряжеиие от источника 7. В результате сравнения этих нанряжеиий с выхода

ШИМ траиецеидальиые импульсы поступают на вход формирователя 8 управляющих импульсов, состоящего из формирователя прямоугольных импульсов па транзисторах 20, 21, двух схем совпадения иа микросхемных инверторах с открытым коллектором 22, 23 и управляющих транзисторов 24, 25. На одни входы инверторов, 22, 23 поступают сдвинутые один относительно другого на 180° последовательности имиульсов с выходов триггера 16, на другие объединенные входы подается сигнал с коллектора выходного транзистора 21 формирователя прямоугольных импульсов. С выходов инверторов 22, 23 на базы выходных транзисторов 24,

25 поступают сдвинутые на 180° последовательности щиротно-модулированных импульсов. В коллекторных цепях транзисторов 24, 25 включены обмотки 26, 27 управления трансформаторов 28, 29 тока. Другие обмотки этих трансформаторов включены соответственно в эмиттерную н базовую цепи силовых транзисторов 30, 31 усилителя 1 мощности. В результате эти транзисторы включаются один раз в полнериода со

скважностью, обеспечивающей стабилизацию выходного напряжения конвертора нри изменениях входного напряжения и тока нагрузки. Датчик тока перегрузки 9 состоит из

трансформатора 32 тока, выпрямителя 33 и резистора 34. Первичная обмотка трансформатора 32 тока включена носледовательно с первичной обмоткой выходного трансформатора 2. Напряжение вторичной

обмотки трансформатора 32 выпрямляется выпрямителем 33 и поступает иа резистор 34, иапрялсение на котором пропорционально имнзльсному току силовых транзисторов 30, 31. Напряжение с выхода датчика 9 тока перегрузки постзпает на вход узла 10 защиты, в качестве которого используется триггер, выполненный на базе операционного усилителя (ОУ) 35. Другой вход СУ подключен к источнику 7 опорного напряжения.

В нормальном режиме работы напряжение на резисторе 34 меньше опорного напряжения. На выходе ОУ присутствует низкий уровень напряжения, диод 36 и стабилитрон 37 заперты, т. е. узел 10 защиты не

оказывает влияния на работу конвертора. В аварийпой ситуации, если ток через силовые транзисторы усилителя мощности 1 нарастает относительно медленно (например, при коротком замыкапии на выходе

индуктивно-емкостного фильтра конвертоpa), когда увеличивающееся напряжение на резисторе 34 превышает опорное напряжение, на выходе ОУ устанавливается высокий уровень напряжения, диод 36 открывается, на вход ОУ начинает ноступать ток с выхода ОУ. Этот ток пе прекращается даже после уменьшения напряжения на резисторе 34 до пуля, т. е. триггер на ОУ устанавливается в устойчивое состояние. Стабилитрон 37 начииает проводить ток, который через последовательный резистор постуиает в базу транзистора 21 формирователя прямоугольных импульсов. Транзистор 21 открывается, на входы инверторов 22, 23 поступает нулевой уровень, выходные транзисторы инверторов запираются, в базу запертого в текущем полупериоде транзистора 24 или 25 через резисторы 38 или 39 поступает ток. Транзистор 24 (25) отпирается и ток, поступающий в обмотку управления 26 (27) трансформатора 28 (27), блокирует поступление тока в базу силового транзистора 30 (31). При этом нарастание коллекторного тока силового транзистора может быть только за счет накопленных неосновных носителей в базе и по величине незначительно. Так происходит блокировка силовых транзисторов усилителя мощности 1 нутем воздействия на формирователь управляющих импульсов снгиала с выхода узла защиты дискретного действия. Узел защиты может быть выполнен на базе тиристора, туннельного диода и др., характер его воздействия на формирователь управляющих имиульсов будет аналогичным.

Задержка срабатывания ОУ составляет 1-2 МКС. За счет RC-фильтра на входе СУ, обеспечивающего помехозащищенность узла 10 защиты, задержка срабатывания последнего может составить 5-10 мкс. Примерно такая же илн большая задержка будет получена нри исиользовании в узле защиты других дискретных элементов: туннельного диода, тиристора и др.

В течение времени задержки срабатывания узла защиты ток через Силовые транзисторы усилителя мощности может достигнуть недонустимой величины, обусловливая выход транзисторов из строя.

Дополнительно введен транзистор 11, змиттер которого соединен с выходом датчика 9 тока нерегрузки, коллектор через резистор 12 - с доиолнительным входом формирователя 8 управляющих импульсов, база - через резистор 13 - с источником 7 опорного напряжения.

В нормальном рабочем режиме имнульсrfoe нанряжение на выходе датчика 9 тока перегрузки меньше опорного напряжения источника 7, н транзистор И заперт обратным напряжением на переходе база-змитгер.

В случае быстрого аварийного нарастаяия тока, включенного в данном полупериоде силового транзистора усилителя 1 мощности, например, при пробое одного из вентилей выпрямителя 3, напряжение на резисторе 34 практически мгновенно достигает такого уровня, что транзистор 11 отнирается. Через его коллекторный переход и резистор 12 ток поступает в базу транзистора 21, который открывается и происходит процесс блокировки управляющих импульсов силовых транзисторов. Начинается рассасывание пеосиовных носнтелей, во время которого возможно некоторое нарастание коллекторного тока силового транзистора за счет накопленных в базе неосновных носнтелей. Далее начинается резкий спад коллекторного тока. Здесь возможны два случая. Если время рассасывания неосновных носителей силовых транзисторов больше времени задерл ки срабатывания узла 10 дискретной защиты, то по нстечении времени задержки узел 10 защиты устанавливается в устойчивое состояние и через стабилитрон 37 продолжительно воздействует на транзистор 21 узла 8 формирования управляющих импульсов. Для введения конвертора в рабочий режим необходимо его выключение и повторное включение.

Если время рассасывания неосновных .носителей силовых транзисторов меньще времени задержки срабатывания узла защиты, то но истечении времени рассасывания начинается спад импульса тока силового транзистора, нрекращается воздействне на транзистор 21 по коллекторной цепи транзистора 11, вновь ноявляются управляющие импульсы, силовой транзистор снова включается, и ток перегрузки создает на резисторе 34 напряжение, достаточное для повторной блокировки формирователя 9 уиравляющих импульсов при открывании транзистора И. Таких циклов может быть несколько до тех пор, пока по истечении временн задержки срабатывает узел Юднскретной зашиты н блокировка сигналов формирователя унравляющих нмнульсов становится продолжительной. Резистор 12 ограничивает базовый ток транзистора 21, резистор 13 ограничивает ток, отбираемый в базу транзистора И от источника /опорного напряжения. Так осуществляется быстродействующая защита силовых транзисторов усилителя мощности без ухудшения помехоустойчивости узла защиты от перегрузок.

Поскольку напряжение на выходе датчика тока перегр)зки (резистор 34) полностью определяется опорным напряжением источника 7 и практически не зависит от других факторов, порог срабатывания быстродействующей защиты от перегрузок, выполненной на базе транзнстора И, имеет высокую точность. Это повыщает надежность работы устройства, поскольку пмпульсный ток транзисторов усилителя мощности, соответствующий порогу срабатываПИЯ защиты, можно в больщей степени удалять от предельно допустимого коллекторного тока этих транзисторов.

Формула изобретения

Транзисторный конвертор, содержащий ключевой усилитель мощности, входом соединенный с выводами для иодключения входного напряжения, а выходом - с первичной обмоткой выходного трансформатора, вторичная обмотка которого через выпрямитель и фильтр подключена к выводам для подключения нагрузки и к одному входу широтно-импульсного модулятора, другими входами соединенного с источником опорного напряжения и одним выходом задающего генератора, другим выходом подключенного к одному входу формирователя управляющих импульсов, другим входом

соединенного с выходом широтно-импульсного модулятора, дополнительным входом - с выходом узла защиты, а выходом - с управляющим входом усилителя мощности, датчик тока перегрузки, входом включенный в цепь первичной обмотки выходного трансформатора, а выходом соединенный с одним входом узла защиты, другим входом подключенного к источнику

опорного напряжения, отличающийся тем, что, с целью повыщения надежности, в него дополнительно введен транзистор, эмиттер которого соединен с выходом датчика тока перегрузки, база через резистор - с источником опорного напряжения, а коллектор через резистор с другим дополнительным входом формирователя управляющих импульсов.