Стабилизированный транзисторный конвертор Советский патент 1980 года по МПК H02M3/22 G05F1/56 

1

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в цепях . питания различной радиотехнической аппаратуры.

Известный стабилизированный транзисторный конвертор содержит силовой трансформатор, выпрямитель, регулирующий транзистор, включенный последовательно с выходным дросселем фипьтра, устройство защиты от перегрузок по току, включающее в себя интегрирующий элемент на транзисторе и отключаюидай орган на тиристоре, к управляющему, электроду которого подключен диэъюнктор, один из входов которого соединен с выходом интегрирующего элемента, причем устройство защиты снабжено датчиком амплитуду пульсаций на трансформаторе, первичная обмотка которого включена во входную силовую цепь регулирующего транзистора, а вторичная - ко входу дополнительного выпрямителя, выход которого через резистор подключен ко второму входу дизъюнктора 1.

Наиболее близким техническим решением является устройство, содержащее ключевой усилитель мощности на транзисторах с управляющирли

трансформаторами, подключенный по входу к входным клеммам, а выходомк первичной обмотке выходного трансформатора, вторичная обмотка которого через выпрямитель и сглаживающий фильтр подсоединена к выходным клеммам, соединенным также с первым входом широтно-импульсного модулятора, подсоединенного вторым входом

10 с выходом задающего генератора,другой выход которого соединен со счетным входом триггера, источник опорного напряжения, соединенный с третьим входом широтно-импульсного

15 модулятора, формирователь управляющих импульсов, первым входом соединенный с выходом широтно-импульсного модулятора, выходом соединенный с входами двух узлов совпадения, к

20 другим входам которых подключены выходы триггера, а два выхода соединены с базами транзисторов, в коллекторные цепи которых включены обмотки управляющих трансформаторов,

25 другие обмотки которых соединены с базами транзисторов ключевого усилителя мощности, датчик тока перегрузки, включающий в себя трансформатор тока, первичная обмотка кото30рого соединена одним концом послеовательно с первичной обмоткой вы ходного трансформатора, а другим концом - с выходом ключевого усилителя мощности, а вторичная обмотка через выпрямитель подсоединена к резистору, уэеп защиты, один вход которого подсоединен к резистору датчика тока перегрузки, другой вход - к источнику опорного напряжения, а выход - к второму входу формирователя управляющих импуль сов 21.

Недостатки известных устройств низкое быстродействие защиты от перегрузок по току и невозможность повышения быстродействия без снижения помех устойчивости.

При этом для повышения помехоустойчивости узла защиты между управляющим электродом и катодом тиристора устанавливается конденсатор, что еще более ухудшает быстродействие защиты.

Цель изобретения - повышение быстродействия защиты силовых тра-.нзисторов ключевого усилителя мощности конвертора от перегрузок по току без ухудшения помехоустойчивости ,

Цель достигается тем, что в транзисторный конвертор дополнительно введены и включены между выходом датчика тока перегрузки и формирователем управляющих импульсов последовательно соединенные диод,стабилитрон и резистор.

На чертеже приведена принциписшьная электрическая схема транзисторного конвертора.

: Конвертор состоит из транзисторного усилителя 1 мощности, выходного трансформатора 2, выпрямителя 3, сглаживающего фильтра 4, задгиощего генератора 5у широтно-импульснсго модулятора б, источника 7 опорного напряжения, триггера 8, формирователя 9 управляющих импульсов, датчика 10 тока перегрузки, узла 11 зс ЩИ1Ы, дополнительно введенных 12, стабилитрона 13, резистора 14,

Задающий генератор 5, выполненный на эквиваленте однопереходного транзистора (транзисторы 15, 16), генерирует короткие треугольные импульсы, управляющие по счетном;/ входу триггером 8, работающем в режиме делителя частоты и пилообразное напряжение, через змиттерный повторитель на транзисторе 17 поступающее в выходной сравниваюсоия делитель щиротно-импульсного модулятора 6 (ШИМ), в качестве которого используется дифференциальный каскад на транзисторах 18, 19. На базу транзистора 18 подается сумма части выходного и пилообразного напряжений. На багу транзистора 19 .поступает опорное напряжение от источника 7. В результате сравнения

этих напряжений с выхода ШИМ трапецеидальные, импульсы поступают на вход формирователя 9 управляющих импульсов, состоящего из формирователя 20 управляющих импульсов на транзисторах 21, 22, двух узлов совпадения на инверторах с открытым коллектором 23,. 24 и управляющих транзисторов 25, 26. На одни входы инверторов 23, 24 поступают сдвинутые друг относительно друга на 180 последовательности импульсов с выходом триггера 8, на другие входы подается сигнал с коллектора выходного транзистора 22 формирователя 20 управляющих импульсов. С выходов инверторов 23, 24 на базы выходных транзисторов 25, 26 поступают сдвинутые на 180 последовательности широтно-модулированных импульсов, В коллекторных цепях транзисторов 25, 26 включены обмотки 27,. 28 управления трансформаторов 29, 30 тока. Другие обмотки этих трансформаторов включены соответственно в эмнттерную и цепи силовых транзисторов 31, 32 ключевого усилителя 1 мощност;. В результате эти транзисторы включаются один раз в полпериода со скважностью, обеспечивающей стабилизацию выходного напряжения конвертора при изменениях входного напряжения и тока нагрузки

Датчик 10 тока перегрузки состоит из трансформатора 33 тока выпрямителя 34 и резистора 35, Первичипя обмотка трансформатора тока 33 включена последовательно с первичной обмоткой выходного трансформатора 2, Напряжение вторичной обмотки трансформатора 33 выпрямляется выпрямителем 34 и поступает на резистор 35, напряжение на котором пропорционально импульсному току силовых транзисторов 31, 32. Напряжение с выхода датчика 10 тока перегрузки поступает на вход узла 11 защиты, в качестве которого используется триггер, выполненный на базе операционного усилителя (ОУ) 36. Другой вход ОУ подключен к источнику 7 опорного напряжения. В нормальном реясиме работы напряжение на резисторе 35 меньше опорного напряжения. На выходе ОУ имеется низкий уровень напряжения,, диод 37 и ciaбилитрон 38 заперты, т.е. узел 11 защиты не сказывает влияния на работу конвертора.

В аварийной ситуации, если ток через транзисторы 31, 32 усилитб ля 1 мощности нарастает относительно медленно (например, при коротком замыкании на выходе индуктивно-емкостного фильтра конвертора), когда увеличивающееся напряжение на резисторе 35 превышает опорное напряжение, диод 37 открывается, на вход (+) ОУ начинает поступать ток

с выхода ОУ. Этот ток не лрекращается даже после уменьшения напряжения на резисторе 35 до нуля, т.е. триггер на ОУ устанавливается в устойчивое состояние. Стабилитрон 38 начинает проводить ток, который через последо-зательный резистор поступает в базу транзистора 22 формирователя 20 управляющих импульсов. Транзистор 22 открывается, на входы инверторов. 23 , 24 поступает нулевой уровень, выходные транзисторы инверторов запираются, в базу запертого в текущем полупериоде транзистора 25 или 26 через резисторы 39 или 40 поступает ток,. Транзистор 25 (26) отпирается и ток, поступающий в обмотку управления 27 (28) трансформатора 29 (30), блокирует поступление тока в базу силового транзистора 31 (32). При этом нарастание коллекторного тока силового транзистора может быть только за счет накопленных неосновных носителей в базе и по величине незначительно. Таким образом, происходит блокировка силовых транзисторов усилителя 1 мощности путем воздействия на формирователь управляющих импульсов сигнала с выхода узла защиты дискретного действия. Узел защиты может быть выполнен на базе тиристора, туннельного диода и др. но характер его воздействия на формирователь управляющих импульсов аналогичен,

Задержка срабатывания ОУ составляет 1-2 МКС. За счет RC-фильтра на входе ОУ, обеспечивающего помехозащищенность узла 11 защиты, задержка срабатывания последнего составляет 5-10 МКС. Примерно такая же или большая задержка получается при использовании в узле защиты других дискретных элементов: туннельного диода, тиристора и др. Как указывалось выше, в течение такого времени задержки срабатывания узла зашиты ток через силовые транзисторы усилителя мощности может достигнуть недопустимой величины, обуславливая выход транзисторов из строя.

Дополнительно введенная цепь последовательно соединенные диод 12, стабилитрон 13, резистор 14 включенная между выходом датчика 10 тока перегрузки и базой транзистора 22 формирователя 9 управляющих импульсов, позволяетобеспечить быстродействующую защиту транзисторов 31, 32 усилителя мощности 1 от токовых перегрузок без ухудшения помехоустойчивости узла 11 защиты дискретного действия.

Параметры цепи - диод 12, стаби литрон 13, резистор 14 - выбираются таким образом, что воздействие через эту цепь непосредственно на Формирователь 9 управляющих импульсов начинается при напряжении на резисторе 35 несколько превишающем порог срабатывания узла 11 защиты. Это напряжение в основном определяется напряжением стабилизации стабилитрона 13. Резистор 14 ограничивает базовый ток транзистора 22. Поскольку выпускаемые отечественной Промышленностью стабилитроны являются низкочастотными приборами,они имеют довольно большую собственную

o емкость. Включение последовательно со стабилитроном импульсного диода 12 с незначительной собственной емкостью резко снижает суммарную емкость последовательно включенных

5 элементов 12, 13. При отсутствии в цепи диода импульсное напряжение на резисторе 23 дифференцируется емкостью стабилитрона поступает на базу транзистора 22, если даже

0 амплитуда напряжения импульсов на резисторе 35 меньше напряжения стабилизации стабилитрона 13. При этом нарушается нормальный режим- работы конвертора. При включении последовательно со стабилитроном 13 диода

5 12 воздействие напряжения с выхода датчика тока перегрузки 10 на транзистор 22 по цепи 12-13-14 практически отсутствует,

В случае быстрого аварийного

0 нарастания тока, включенного в данном полупериоде транзистора 31 (32) усилителя мощности 1, например при пробое одного из вентилей выпрямителя 3, напряжение на резисто5ре 35 практически мгновенно достигает такого уровня, что по цепи 1213-14 в базу транзистора 22 поступает ток, транзистор 22 открывается и происходит описанный выше процесс

0 блокировки управляющих импульсов транзисторов 31, 32. Начинается рассасывание неосновных носителей, во время которого возможно некоторое нарастание коллекторного тока силового транзистора за счет накоплен5ных в базе неосновных носителей. Далее начинается резкий спад коллекторного тока.

Если время рассасывания неосновных носителей транзисторов 31, 32

0 больше времени задержки срабатывания узла 11 дискретной защиты, то по истечении времени задержки узел 11 защиты устанавливается в устойчивое состояние и через стабилитрон

5 38 продолжительно воздействует на транзистор 22 узла формирования управляющих импульсов 9. Для введения конвертора в рабочий режим необходимо его выключение и повторное

0 включение.

Если время рассасывания неосновных носителей транзисторов 31, 32 меньше времени задержки срабатывания узла 11 защиты, то по истечении времени;рассасывания начинает5

ся спад импульса тока силового транзистора 31, 32, прекращается воздействие, на транзистор 22 по цепи 1213-14, вновь появляются управляющие импульсы, транзистор 31 (32) снова включается и ток перегрузки создает на резисторе 35 напряжение, достаточное для повторной блокировки формирователя 9 управляющих имщльсов по цепи 12-13-14. Таких циклов может быть несколько до тех пор, пока по истечении времени задержки срабатывает узел 11 защиты и блокировка сигналов формирователя 9 управляющих импульсов становится продол ЯШ тельной„.

Таким образом, осуществляется быстродействующая защита силовых транзисторов конвертора без ухудшения помехоустойчивости узла защиты от перегрузок.

Формула изобретения

Стабилизированный транзисторный конвертор, содержащий ключевой усилитель мощности на транзисторах с управляющими трансформаторами, подклю.ченный по входу к входным клеммам, а выходом - к первичной обмотке выходного трансформатора, вторичная обмотка которого через выпрямитель и сглаживающий фильтр подсоединена к выходным клеммам, соединенным также с первым входом широтно-импульсного модулятора.под:соединенного вторым.входом с выхо; дом задающего генератора,, другой i выход которого соединен со счётным ;входом триггера, источник опорного напряжения, соединенный с третьим входом широтно-импульсного модупятора, формирователь управляюЕДих импульсов, первым входом соединенный

с выходом широтно-импульсного модулятора, выходом соединенный с входами двух узлов совпадения, к другим входам которых подключены выходва выхода соеfS триггера.

5 динены с базами транзисторов, в коллекторные цепи которых включены обмотки-управляющих трансформаторов, другие обмотки которых соединены с базами транзисторов ключеQ вого усилителя мощности, датчик тока перегрузки, включающий в себя трансформатор тока, первичная обsroTKa которого соединена одним кондом последовательно с первичной об моткой выходного трансформатора, а .другим концом - с выходом ключевого усилителя мощности, а вторичная обмотка через выпрямитель подсоединена к резистору,, узел защиты, один вход которого подсоединен к резистору датчика тока перегрузки, другой вход - к источнику опорного напряжения, а выход - к одному из входов формирователя управляющих импульсов, отличающийся

5 тем, что, с целью повышения быстродействия защиты транзисторов ключевого усилителя мощности от перегрузок по току без ухудшения помехоустойчивости, в него дополнительно

п введены и включены между выходом датчика тока перегрузки и вторым входом формирователя управляющих импульсов последовательно соединенные диод, стабилитрон и резистор.

5 Источники инфоомации,

принятые во внимание при экспертизе

1, Авторскоесвидетельство СССР

483662, кл. Q05 F 1/58, 1974.

0 2, Авторскоесвидетельство СССР

№ 464049, кл. Н02 М 3/22, 1975 (прототип).