Преобразователь напряжения Советский патент 1982 года по МПК H02M3/335 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть исполь зовано при разработке вторичных исг г точников питания радиоэлектронной аппаратуры . Известен преобразователь, который состоит из мостового самовозбуждакяцего инвертора с переключающим трансфор матором/ на выход которого подключен выпрямитель с фильтром. При коротком замыкании на выходе преобразователя напряжения всех обмоток его трансформатора становятся . близкими к нулю, в результате чего транзисторы конвертора запираются. Это характерно для конвертора с относительно хорошей связью между обмотками трансформатора flj. Однако в случае применения трансформатора с относительно слабой связь между обмотками, что имеет место при преобразовании высокого напряжения (сотни вольт) в относительно низкое (единицы - десятки вольт), наличие короткого замыкания приводит к выходу его из строя. Известен преобразователь, который состоит из самовозбу | дающегося транзисторного инвертора с переключающим трансформатором, выпрямителя со сглаживакяцим фильтром и узла защиты.Узел защиты содержит подключенный параллельно входу конвертора исполнительный элеме11т, состоящий из последовательно соединенных резистора, допрднительной обмотки переключающего трансформатора и тиристора и узла управления, входом подключенного к выхо ду преобразователя, а выходом - к управляющему участку тиристора t2j. При возникновении перегрузки по току, короткого замыкания или перенапряжения иа выходе преобразователя узел управления подает сигнёш на управляющий участок тиристора, в ре- . зультате чего последний включается, вызывая протекание тока, ограниченного резистором, от входного источника через дополнительную обмотку переключакицего трансформатора, поэтому его магнитопровод насыщается, что приводит к срыву .генерации инвертора. Недостаток преобразователя проявляется при использовании на его входе источника высокого постоянного напряжения (250-350 В), что имеет место при преобразовании выпрямленного напряжения промышленной сети, в этом случае при срабатывании исполнительного элемента защиты в резисторе его силовой цепи выделяется существенная мощность (десятки - сотни ватт).Применение с такой рассеиваемой мощностью резистора в конверторе приводит к заметному увеличению габаритны размеров и массы последнего. Наиболее близким по технической сущности является преобразователь,ко торый содержит самовозбуждающийся ав тогенератор с переключающим трансфор матором с узлом запуска одиночным импульсом, силовой выпрямитель с фильтром, блок защиты, состоящий из узла-управления, входом подключенного к выходу конвертора, и исполнительного элемента C3J, Исполнительный элемент состоит из вспомогательного выпрямителя с емкостным фильтром, тиристораи двух транзисторов, силовые участки которы подключены к управляющим переходам объединенных эмиттерами транзисторов инвертора, а управляющие переходы через резисторы и силовой участок тиристора - к выходу вспомогательного выпрямителя, а выход последнего к обмотке трансформатора, входящей в цепь положительной обратной связи одного из плеч, выполненных на указанных транзисторах инвертора. в данном конверторе независимо отподключения конденсатора к первич ной обмотке его. силового -трансформатора при срабатывании исполнительного элемента инвертор надежно запирается, так как при одновременном закрывании двух его транзисторов, объединенных эмиттерами,- разрывается как диагональ постоянного, так и диагональ переменного токов моста. 1 Недостатком преобразователя является то, что используемый исполнительный элемент защиты применим только в таком двухтактном инверторе, транзисторы которого объединены по эмиттерным выводам. Но в устройствах электропитания широко применяются самовозбуждающиеся .двухтактные инверторы, эмиттеры транзисторов которых находятся под высоким потенциа лом относительно друг друга, наприме самовозбуждающийся полумостовой инвертор, двухтактный инвертор, транзисторы которого объединены коллекто рами : Прставленная цель достигается тем что э преобразователь, содержащий дву актный транзисторно-трансформаторный самовозбуждающийся инвертор с переключающим трансформатором и узлом запуска одиночным импульсом, силовой выпрямитель с фильтром и бло защиты, который состоит из узла.управления,. входом подключенного к выходным выводам и исполнительного эле мента на двух транзисторах и вспомогательным однополупериодом выпрямите ле с конденсаторным выходом, подключенным к обмотке положительной обратной связи переключающего трансформатора, подключенной к управляющему переходу транзистора инвертора, при этом база этого транзистора соединена с коллектором первого транзистора исполнительного элемента, эмиттер которого подключен к соответствующему выводу вспомогательного выпрямителя и первому выводу делителя напряжения, второй вывод которого соединен с первым входным выводом узла управления- блока защиты, а средняя точка делителя подключена к базе этого транзистора, введены оптронный тиристор и второй, аналогичный первому вспомогательный выпрямитель, подключенный к второй обмотке положительной обратной связи коммутирующего трансформатора,связанной, с вторым транзистором инвертора, при этом база этого транзистора соединена с коллектором вто|рого упомянутого транзистора исполнительного элемента, эмиттер подключен к соответствующему выводу второго вспомогательного выпрямителя, а база - к средней точке дополнительного резистивного делителя напряжения , подключенного к выводам второго вспомогательного выпрямителя через силовой переход тиристорного оптрона, причем второй вывод узла управления соединен с вторым выводом первого вспомогательного выпрямителя через управляющий переход этого оптрона. -В случае, когда полярность потенциальных выходов вспомогательных выпрямителей противоположна полдрности напряжения на управляющих переходах, поддерживающей транзисторы инвертора в открытом состоянии, коллекторы транзисторов исполнительного элемента подключены к соответствующим базам тиристоров инвертора через дополнительные резисторы. -На фиг. 1 приведен вариант функциональной схемы преобразователя,когда полярность потенциальных выходов вспомогательных выпрямителей такая же, как полярность напря5 сения на управляющих переходах, поддерживающей транзисторы инвертора в открытом состоянии; на фиг. 2 - вариант функциональной схемы при противоположной полярности потенциальных выходов вспомогательных выпрямителей; на фиг.З упрощенный вариант выполнения исполнительного элемента. Преобразователь содержит полумостовой инвертор, выполненный на транзисторах 1 и 2, переключающем трансформаторе 3 с обмотками 4 и 5 положительной обратной связи, силовой трансформатор 6, к выходу которого подключен выпрямитель с фильтром 7, узел 8 запуска, устройство зашиты. состоящее из узла 9 управления с опт роном 10 на его выходе и исполнитель ного элемента,.выполненного на транзисторах 1.1 и 1.2 с реэистивными дели телями напряжения 13-16, подключенны ivffl К выходам вспомогательных выпрямителей 17 и 18 с емкостными фильтра ми 19 и, 20 через переходы тиристорного оптрона 21, Коллекторы транзисторов 11 и 12 подключены к базам транзисторов 1 и 2 через -резисторы 22 и 23 (фиг. 2). Преобразователь работает следующим образом. При отсутствии аварийной ситуации на выходе конденсатора 19 и 20 заряжены через диоды 17 и 18 до амплитуд ных значений напряжений обмоток 4 и 5 соответственно, оптрон 10 заперт-, поэтому в запертом состоянии находят ся тиристорный оптрон 21 и транзисто ры 11 и 12 исполнительного элемента, следовательно, устройство защиты не влияет на работу конвертора. 3 момент возникновения перенапряжения или перегрузки по току на выходе конвертора, в узле 9 управления возникает сигнал, включающий оптрон 10, который замыкает цепь: выход вспомогательного выпрямителя 20 - v светодиод оптрона 21 - резистор 15 эмиттерный переход транзистора 12, включается фототиристор оптрона 21, вызывая ток от вспомогательного выпрямителя 17 через резистор 13 и эмиттерный переход транзистора 11. То есть включение оптрона 10 вызывает одновременное отпирание транзис торов 11 и 12, которые одновременно шунтируют управляющие переходы транзисторов 1 и 2, в результате чего срывается генерация инвертора. Далее после разряда конденсаторов 19 и 20 запираются оптроны 10 и 21 и транзисторы 11 и 12. В таком состоянии конвертор может находиться сколь ко угодно долго, так как для возобновления его работы необходимо отключить входное напряжение и повторно его включить, ибо импульс запуска от генератора 8 Поступает один ра после включения входного напряжения. Для надежного срыва генерации инвертора необходимо выполнить условие , т.е. %г Особенностью данного варианта пре образователя является то, что напря жение насыщений силового участка тра зисторов 11 и 12 должно быть существеяно меньше прямого напряжения упра ляющего перехода транзисторов 1 и 2. В варианте преобразователя, представленном на фиг. 2, исключено это требование к напряжению насыщения транзисторов 11 и 12, что достигается изменением в каждом плече инвертора полярности выходного напряжения вспомогательного выпрямителя. В данном варианте емкость каждого конденсатора определяется из соотношения С,, . В-варианте преобразователя, изображенного на фиг. 3, не используются транзисторы исполнительного элемента. Здесь включение оптрона 10 узла 9 управления приводит к подключению через резистор 23 и управляющий переход оптрона 21 выхода вспомогательного выпрямителя 18 к управляющему переходу транзистора 2. Возникающий в этой цепи импульс тока вызывает запирание указанного транзистора, и вклю-г чение силового перехода оптрона 21. Последний аналогичным образом вызывает запирающий импульс тока в цепи управления транзистора 1, в результате происходит надежный срыв генерации инвертора. Основное достоинство этого варианта ко«вертора - это весьма простая схема исполнительного элемента защиты. Однако для ее реализации требуются оптроны, способные выдерживать одинаковой амплитуды импульсы тока во входной и выходной его цепях,причем величина ее должна бытьоb 1520 раз больше, чем в рассмотренных выше вариантах.Величина емкости конденсаторов фильтров вспомогательных выпря-, мителей должна быть такой же,как и в варианте- по фиг. 2. Использование вновь введенных элементов - транзистора, оптрона и вспомогательного выпрямителя с емкостным фильтром выгодно отличает предлагаемый конвертор от известного/ так как.повышена надежность работы его узла защиты. Формула изобретения 1. Преобразователь напряжения, содержащий двухтактный тоанзисториотрансформаторный самовозбуждающийся инвертор с переключающим трансформатором и узлом запуска одиночным импульсом, силовой выпрямитель с фильтром и блок защиты, который состоит из узла управления, вводом подключенного к выходным выводам, и исполнительного, элемента на двух транзисторах и вспомогательном однополупериодном выпрямителе с конденсаторным выходом, подключенным к обмотке рсоложительной обратной связи переключающего трансформатора, подключенной к управляющему переходу транзисора инвертора, при этом база этого

транзистора соединена с коллектором пе эвого транзистора исполнительного элемента, эмиттер которого подключен к соответствукяйему выводу вспомогательного выпрямителя и первому выводу первого резистивного делителя напряжения, второй вывод которого соединен с первым входным выводом узла управления блока защиты, а средняя точка делителя подключена к базе этого транзистора, а также второй резистивный делитель напряжения, о т л и ч а н} щ и и с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и пов1Д11ения надежности защиты, введены оптронный тиристор и второй, аналогичный первому вспомогательный выпрямитель, подключенный к второй обмотке положительной обратной связи коммутирующего трансформатора, связанной с вторым транзиртором инвертора, при этом база зтаго транзистора: соединена с коллектором второго упомянутого транзистора исполнительного элемента, эмиттер которого под ключен к соответствующему выводу второго вспомогательного выпрямителя, а база - к средней точке второго резистивного делителя напряжения, подключенного к выводам второго вспомогательного выпрямителя через силовой переход тиристорного оптрона, причем второй вывод узла управления соединен с вторым выводом первого вспомогательного выпрямителя через управляющий переход этого, оптрона.

2-.- Преобразователь по п. 1, о тл и -ч а ю щ и и с я тем, что коллекторы транзисторов исполнительного элементаПодключены к соответствующим вазам транзисторов/инвертора через 5 дополнительные резисторы.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Источники электропитания на полупроводниковых приборах. Под.ред./

С.Д. Додила, М., Советское радио, 1969, с. 232, рис. У.5.

2.Патент ФРГ № 2217966, кл. Н 02 Н 3/338, 1975.

3.Авторское свидетельство СССР 5 № 780112, кл. Н 02 М 3/335, 1979..

f 3 /-:xf/ Т-сЁь

Уел Qw ф

-сгь