Мощный стабилизированный источник питания с защитой от перегрузок по току Советский патент 1980 года по МПК G05F1/56 

Изобретение относится к области силовой электротехники и может быть использовано, в частности, во вторичных источниках питания в качестве централизованного источника, обеспечивающего стабилизированным напряжением систему источников.

Известно устройство питания, содержаидее трехфазный выпрямитель с емкостным фильтром,управляемый конвертор с мостовым усилителем мощности, выходным трансформатором и фильтром, который свйим выходом соединен последовательно, а входом параллельно с упомянутым входным выпрямителем, и схему управления ll

Известен также управляемый конвертор, содерЯсащий два задающих генератора, широтно-испульсный модулятор и устройство Защиты от перегрузок по току силовых транзисто- . ров 12.

-Недостатком устройства является низкая надежность защиты транзисторов управляемого конвертора от перегрузок по току.

Цель изобретения - г/ОйИОДЗНйе надежности защиты транЭ б брЬй

управляемого конвертора от перегру:ЗОК по току.

Поставленная цель достигается тем, что в мощный стабилизированный источник питания, содержащий трехфазный входной выпрямитель с фильтром, управляемый конвертор с мостовым усилителем мсяцности и выходным трансформатором, выпрямителем и фильт10ром, который своим выходом соединен последовательно, а входом параллельно с упомянутым входньом выпрямителем, ведомый и ведущий предварительные усилители с трансформа15торными выходами,связанные с управляющими переходами транзисторов усилителя мощности и состоящие из последовательно соединенных триггера и импульсного усилителя, и генератор

20 тактовых импульсов, который одним из выходов связан с соответствующим входом триггера ведущего усилителя, а другим через широтно-импульсный модулятор - со входом триггера ве25домого генератора,, введен генератор одиночного импульса, соответствующие входы которого соединены с выходами триггеров, а выходы - с их вторыми входами.

30

На фиг.1 показана структурная хема устройства, на фиг. 2, 3 - диграммы напряжений в характерных очках схемы.

Устройство содержит трехфазный ходной выпрямитель 1 с фильтром 2 и управляемый конвертор 3, содержаий мостовой усилитель моцности, выполненный на транзисторах 4-7,силовой трансформатор 8 с выпрямителем

9,ведущий предварительный усилитель

10,выполненный в виде последовательно; соединенных триггера 11 и импульсного усилителя 12, с выходньзми обмотками 13-16 трансформатора и ведомый предварительный усилитель 17, выполненный на триггере 18 и усилитёль импульсов 19 с выходными обмотками; Й0-23трансформатораVreHepaTop тдктовых импульсов 24 ,ШйроТн6-импульс

ный модулятор Сшим) 25, содержаадий ifbliJteabffaTejribHo соединенные одновибратор 26, генератор пилообразного напряжения 27 и формирователь импульсов управления 28, а также .трансФорматор тока 29 с выпрямител.ем 30, устройство защиты от перегрузок 31 1 гёнёратор одиночного импульса 32. Один из выходов генератора 24 связан с входом триггера 11, а другой через ШИМ 25 - со входом триггера18, ведомого генератора 17, ng «4eNi выходы триггеров 11 и 18 связаны со входами генератора 32, а его. выходы - со вторыми входами триггеров. Первичная обмотка трансформатора тока 29 включена последовательно с первичной обмоткой силового трансформатора 8 , Ж вТбричная нагружена на выпрямитель 30, который своим выходом связан со входом устройства за1ЩЙ ты от Перегрузок по току 31, прйчем выход последнего связан с формирователем импульсов управления 28.

Вьгходные обмотки 13-16 и 20-23

. импульсных усйлитёлей12-1 § Ъвя-,

эйНы с управлягадами перёход ами транзисторов 4-7, а выпрямитель 9 включён последовательно с вькодннп- выпрямителем 1.

Мощный стабилизированный йсточнйк питания: с защитой от перегрузок по току работает следунидим образом.

Трехфазное напряжение первичного НС т оч н йк а. пи т ания прё обргГз ШсЙ Эыпрямителем 1 в постоянное напряжение и фильтруется ёмкостным фильтром 2. ЭтиМ напряжением запитывается ,мо товой управляемый преобразователь 3, вш1олненный на транзис горах 7. С выходной обмотки сйлового TpaH JfopMaтора 8, являкяцегося нагрузкой преобр-азоватёля/ напрйженйе прямоугольной форим с площадками на нуле преобразуется силовкм выпрямителем 9 в постоянное напряжение. Это нЖНряясенйё скйадывается с напряжёни бипрямителя 1, т.е. мостовой управляняцйй преобразователе является вольтодобавкой и мощность, на которую он рассчитывается, является частью всего источника,.

В зависимости от изменений питающего напряжения или тока нагрузки модулятор 25 изменяет длительность площадок на нуле мостового преобразователя (фиг.2,с). В соответствии с зтим изменяется напряжение на выходе выпрямителя 9. Суммарное же напряжение на выходе мощного источника питания остается постоянным.

При выходной мощности постоянного управляемого преоЬразователя, равной нескольким сотням ватт, важно устранить сквозные токи, возникающие в транзисторах преобразователя, и построить быстродействующую надежную схему защиты транзисторов от перегру: ок по току. В предлагаемом устройстве эта задача решается следующим образом. , . Импульсами генератора 24 (фиг.2,а запускается первый триггер 11 (фиг.2,б). Выходное импульсное напряжение триггера 11 усиливается импульсным усилителем 12 и с выходных обмоток трансформатора этого усилителя поступает в базовые цепи транзисторов 4-7 мостового управляемого преобразователя (фиг.2,в,г).Импульсами С другогоВЫХОДа генератора такуовых импульсов 24 запускается одновибратор 26.

Выходными импульсами одновибратора 26, имеющими длительность t (фиг.2,д) синхронизируется генератор 27. На входе формирователя импульсов управления 28 (фиг.2,е) сравниваются два напряжения; часть выходного напряжения мощного стабилизированного источника питания и напряжение генератора 27. ,

Линией. на фиг.2,е показано напряжение с вахода мощного источника питаний для случая, когда напряжение питающей сети минимально, нагрузки максимален. ЛиниейЙна фиг. 2,е показано напряжение с выход мощного источника питания для случая когда напряжение питающей сети максимально, а ток нагрузки минимален. На фиг. 2,ж,з показано напряжение на выходе ШИМ, соответствующее тк.. двум СОСТОЯНИЯМ схемы управления.

Задним фронтом импульса с выхода фОрМирОёателя импульсов управления 28 запускается второй триггер 18. На фиг,2,и, к показана форма напряжения на выхЬде второго триггера 18, оп15еде ляемая двумя состояниями модулятора 25, а на фиг.2,л,м,н,о - форма напряжения на выходной Обмотке импульсного усилителя 19. С выходной обмотки усилителя 19 в базовые цепи траизистбров мостового управляемого преобразователя подается напряжение только в отрицательные полулериоды. По амплйтуде это отрицательное напряжение выше напряжения с усилителя импульсов 12, которое так же подается в эти цепи. После суммирования в базовых цепях транзисторов мостового управляв мого преобразователя напряжений с выхода импульсных усилителей 12 и 1 на переходах база-эмиттер транзисторов 4-7 формируется напряжение,фо ма которого пока.зана соответственн на фиг. 2,п. Эта форма напряжения на переходе база-эмиттер транзисторов 4-7 соответствует минимальному значению нап жения сети и максимальномутоку нагрузки , т.е. время, в течение которого открыты транзисторы 4-7, мак симально. На эпюре напряжений (фиг.2,д,с) видно, что минимальная площадка на нуле (на это время транзисторы закрыты) не может быть меньше длительности импульса одновибратора 26. Такое построение схемы управления устраняет возникнове-ние сквозных токов через транзисторы 4-7. Это повышает КПД всего устройства и делает работу всего устройства более надежной. В случае, когда напряжение питающей сети максимально, а ток нагруз ки минимален, в базовых цепях транзисторов 4-7 формируется запирающее напряжение (фиг.2,т.у), т.е. вольтодобавочный преобразователь отключается. Такое построение схемы управления транзисторами мостового преобразователя позволяет организовать эффективную защиту транзисторов 4-7 6т перегрузок по току. Схема защиты работает следующим образом. Последовательно с силовым трансформатором 8 включается трансформатор тока 29. Разнополярные импуль сы тока выпрямляются двухполупериод ным выпрямителем 30. Использование выпрямителя 30 позволяет определить значение тока за период в каждой диа гонали мостового управляемого преобразователя. При достижении импуль сом тока заданного уровня устройство 31 формирует напряжение, которое поступает на вход ШИМ (на фиг.2,0 линия. На переходах база-эмиттер транзисторов 4-7 появляется запирающее напряжение (фиг.2,т,у). Для повышения надежности,схемы защиты транзисторов 4-7 от перегрузок по току в схему мощного стабилизированного источника вводится генератор одиночного импульса. Его вве дение необходимо для установки триггера в исходное состояние ,показанное на фиг. 2,б,и,к. Если, например, вто рой триггер 19 встает в исходное состояние, показанное на фиг. 3,з, то при перегрузке по току транзисторов 4-7 на переходах база-змиттер этих транзисторов появляется напряжение , форма которого показана на фиг. 3,л,м, т.е. отсутствует минимальная площадка на нуле, равная по длительности импульсу одновибратора f (фиг.2,,д, фиг, 3 д) . В этом случае в транзисторах 4-7 возникают сквозные токи, а следовательно, рассеивается большая мЬщность. Генератор 6диНйчно го взаимодействует с узлами мощного стабилизированного источника питания следующим образом. В момент включения питающего трехфазного напряжения появляется напряжение на каком-либо выходе триггера 12 или 19. Это напряжение включает генератор одиночного импульса. Одиночный импульс ус- танавливает триггеры 12 и 19 в соетояние, показанное на фиг. 2,б,и,к. Схема ШИМ построена таким образом, что позволяет в момент включения трехфазного питакадего напряжения иметь на управляющих переходах транзисторов 4-7 напряжение, показан-. ное на фиг. 2,т,у. Затем нарастание тока в этих транзисторах происходит линейно. Это позволяет повысить надежность всего устройства и повысить точность срабатывания защиты транзисторов 4-7 от перегрузок по току. Изобретение повйшает КПД и надежность устройства и улучшает массогабаритные показатели. Формула изобретения Мощный стабилизированный источник питания с защитой от перегрузок по. току, содержащий трехфазный входной выпрямитель с емкостным фильтром, управляемый конвертор с мостовым усилителем мощности и выходным трансформатором, выпрямителем и фильтром, который своимвыходом соединен последовательно, а входом параллельно с упомянутым входным выпрямителем, а также ведомый и ведущий предварительные усилители с трансформаторными выходами, состоящие из п.оследовательно соединенных триггера и импульсного усилителя, и генер.атор тактовых импульсов, ког торый одним из выходов связан с соответствующим входом триггера веомого усилителя, отличаюийся тем, что,- с целью повйения надежности схемы защиты тран- зисторов управляемого конвертора т перегрузок по току, в введен генератор одиночного импульса, соответствующие входы которого соединены с выходами триггеров, а выходы - с х вторыми входами.

m -VTasgfcitAsfe.