Статический преобразователь напряжения Советский патент 1982 года по МПК H02M7/515 

Изобретение относится к преобразо вательной технике и может быть испол зовано в качестве источника питания радиоэлектронной аппаратуры, устройств автоматики и промышленной электроники, в частности, в транзисторных и тиристорных ститических преобразователях . По основному авт.св. № 655047 известен статический преобразователь напряжения, содержащий силовые ключи, связанные с блоком управления, генератор пилообразного напряжения, состоящий из интегрирующей КС-цепи, подключенной к выпрямителю, соединен ному со вторичной обмоткой выходного трансформатора, и транзистор, переход эмиттер-коллектор которого подключен параллельно конденсатору RC-цепи, который в свою ечередь, подключен к первому входу порогового элемента, выходом соединенным со вхо дом блока управления и со вспомогательной -цепочкой из двух последовательно соединенных резисторов, один из которых зашунтирован диодом, и конденсатора, соединенного с базой транзистора генератора пилообразного напряжения, а также источник опорно го напряжения, связанный со вторым входом порогового элемента СИ. Выходное напряжение такого преобразователя стабилизировано по среднему значению, что приводит к стабили5.ации амплитудного значения рабочей индукции в сердечнике выходного транзистора. Однако стабилизация г тлитудного значения, индукции не гарантирует защйту от возникновения режима одностороннего подмагничивания сердечника, при котором через транзисторы преобразователя протекгиот экстра-токи, что снижает надежность устройства. Для исключения этого режима либо снижают амплитудное значение индукции в сердечнике, либо вводят воздушный зазор в сердечник, либо используют материалы с пологими петлями гистерезиса . Во всех этих случаях возрастают габариты трансформатора. Цель изобретения - повьлиение надежности . Поставленная цель достигается тем, что -в преобразователь введен элемент суммирования, первый вход которого подключен к выходу датчика тока подмагнивания, включенного в первичную и вторичную обмотки выодного трансформатора, второй вход;. к источнику опорного напряжения, а выход - к второму входу порогового элемента.. .

На фиг.1 показана электрическая схема устройства с мостовым1усили- 5 телем мощности ;на фиг. 2 - временные диаграммы в характерных точках схемы.

Преобразователь содержит силовые ключи. 1, выходной Ю трансформатор 2, параллельно нагрузке 3 подключен выпрямитель 4, генератор 5 пилообразного напряжения, состоящий из интегрирующей КС-цепи на резисторе 6 н конден- 15 саторе 7 и синхронизирующего транзистора 8, переход эмиттер-коллектор которого подключен параллельно конденсатору, который подключен через резистор 9 к первому)входу 20 порогового элемента 10, выходом подключенным со входом блока 11 управления и со вспомогательной цепочкой из двух последовательно соедииненных резисторов 12 и 13, один 25 из которых зашунтирован диодом 14, и конденсатора 15, соединенного с базой синхронизирукадего транзистора генератора пилообразного напряжения. Второй вход порогового элемента под- ,,, ключей к выходу суммирующего элемента 16 на резисторах 17 и 18,первый вход которого подключен к источнику 19 опорного напряжения, а второй к выходу датчика 10 тока намагничивания, состоящему из выпрямителя 21, выход которого зашунтирован резистотором 22 ,а вход подключен к выходной рбмотке токового трансформатора 23, первичные обмотки которого включена последовательно с первичной и вторич-40 ной обмотками выходного трансформатора 2 .

На фиг. 2 приняты следующие обозначения: 24-выходное напряжение генератора 5 пилообразного напряжения 45 25-напряжение источника 2б-напряжение выпрямителя 21; 27-выходное напряжение порогового элеме 1та10; 28-уровень переключения синхронизирующего транзистора В генератора 5 JQ пилообразного напряжения ; 29-напряжение на конденсаторе 15; 30-напряжение на нагрузке 3; t -момент одключения порогового элемента; tg-момент включения синхронизирую- « щего транзистораВ генератора 5; tg-момент выключения порогорого элемента 10; ti.-момент выключения синхронизирующего транзистора 8 генератора 5, tb-момвнт включения порогового элемента 10 при возникнове- НИИ Подмагничивания.

На фиг. 1 показан вариант схемы, когда полярность напряжения выпря 1ителя.21 противоположна полярностиеточника 19 опорного напряжения и 65

генератора 5 пилообразного напряжения. Если же полярность выпрямителя

21та же, что и источника 19 и геliepaTOpa 5, то подключение последних двух элементов должно поменяться местами, т.е. источник 19 опорного напряжения должен быть подключен к резистору 9, а генератор 5 пилообразного напряжения - к узлу суммирования.

Преобразователь работает следующим образом.

После включения соответствующих ключевых элементов 1 на нагрузке 3 появляется переменное напряжение, которое детектируется вьтрямителем 4 и подается на генератор 5 пилообразного напряжения. В некоторый момент (t)синхронизирующий транзистор 8 этого генератора выключается и начинается нарастание выходного генератора 5 по закону, близкому к линейному.

После переключения ключевых элеме тов 1 по цепям первичной и вторичной обмоток трансформатора 2 протекают токи, которые создают в сердечнике трансформатора 23 датчика 20 намагничившмцего тока встречные магнитные поля. Разность их в выходной обмотке этого трансформатора создаст ток, пропорциональный току намагничивания трансформатора 2. Выпрямитель 21 детектирует этот ток и на резисторе

22создается униполярное напряжение, пропорциональное намагничивающему току трансформатора 2. Элемент 16

сукодарования подает алгебраическую сумму напряжения резистора 22 и источника 19 на вход порогового элемента 10. Так как в случае, изображенном на фиг. 1 ,они имеют разную полярность, то элемент 16 суммирования подает на вход порогового элемента 10 их разность.

В момент ц пилообразное напряжение 24 достигает величины сумква этих напряжения 25 и 26, пороговый элемент формирует на своем выходе импульс напряжения 27, который вызывает переключение блока 11 управления и силовых ключей 1. Одновременно с. этим начинается процесс заряда конденсатора 15. В момент t. , когда напряжение 29 конденсатора 15 достигает уровня 28 сра&атывания транзистора 8, включается синхронизирующий транзистор 8 генератора 5 и начинается спад пилообразного напряжения. В момент tj пилообразное напряжение 24 оказывается равным напряжений 25 и 26 и пороговый элемент 10 выключается. Начинается разряд конденсатора 15. В момент tf, запирается синхронизирующий транзистор 8 генератора 5 и.начинается нарастание пи лообразного напряжения. Если имеет место подмагничивание, то нарастающий ток намагничивания снижает сумму напряжений 25 и 26 и момент ts равенства их пилообразному напряже нию 24 наступает раньше, чем при от сутствии подмагничивания. Поэтому момент переключения силовых ключей также наступает раньше, при этом сокращается длительность импульса напряжения, прекращается намагничивание сердечника трансформатора-2. В последующий полупериод ток намаг ничивания спадает и длительность его оказывается близкой к нормальной величине. Сердечник выводится в режим симметричного перемагничивания. Чувствительность устройства к отклонению режима перемагничивания от нормального может быть сделана очень высокой, так как датчик 20 намагничивающего тока позволяет легко согласовать его сигнал с уров нями напряжений опорного источника 19 и генератора 5. Поэтому предлагаемое устройство препятствует процессу намагничивания, начиная с самых ранних стадий его развития. Если полярность выпрямителя 11 совпадает с полярностями опорного источника 19 и генератора 5, то сумма напряжений 24 и 26 генератора 5 и выпрямителя 21 возрастает в слу чае пода агиичивания быстрее, чем в нормальном процессе. Поэтому возникающее подмагничивание также вызове более ранее переключение силовых ключей 1. На низких частотах, где процессы подмагничивания происходят много медленнее, высокая чувствительность устройства к возникновению подмагни чивания может оказаться не обязател ной. В этом случае вместо датчика тока намагничивания можно использовать датчик тока первичной обмотки трансформатора 2.Схема преобразова теля в этом случае оказывается несколько проще. Это обстоятельство весьма полезно в случае многоканального выхода, когда трансформатор 2 имеет не одну, а несколько вторнчйых обмоток. При построении датчика намагничивающего тока каждой из этих обмоток должна соответствовать отдельная обмотка на датчике. В случае же датчика тока первичной обмотки в него заводится только цепь этой обмотки . Использование предлагаекюго преобразователя практически нсключает режим подмагничивания трансформатора и тем самым повышает надежность устройства, так как полностью исключается протекание в схеме экстратокоЕ и коммутация силовых ключей преобразователя всегда происходит при номинальных токах. Отпадает необходимость во введении воздушного зазора в сердечник. Все это приводит к сокращению габаритов выходного трансформатора и преобразователя в целом. Формула изобретения Статический преобразователь напряжения по авт. св. 655047, отличающийся тем, что, с целью повьлпения надежности за счет уменьшения подмагничивания выходного трансформатора , в него введен элемент суммирования, первый вход которого подключен к выходу датчика тока подмагничивания, включенного в первичную и вторичную обмотки и выходного трансформатора, второй вход подключен к источнику опорного напряжения, а выход - к второму &ходу порогового элемента. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 655047, кл. Н 02 М 7/515, 1976.