Двухтактный преобразователь напряжения Советский патент 1982 года по МПК H02M3/335 G05F1/64 

(54) ДВУХТАКТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ

t

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в качест-. ве источника питания радиозлект ройной аппаратуры, устройств автоматики, вычислительной техники и промьшшенной злектроники, в частности, в транзисторных статических преобразователях напряжения.

Известно устройство защиты от сверхтоков, использующее цепь пикового детектора с регулируемой динамической характеристикой, со- j держащее датчик тока потребления первичной обмоткой двухтактного статического преобразователя, пороговый элемент, задающий генератор, модулятор длительности импульсов и узел логической обработки управляющих сиг- ,5 налов. При возникновении подмагничивання и превышения сигналом даттака тока некоторой величины, пороговый элемент переключается .и подпитывает интегрирующий конденсатор генератора пилообразного 20 напряжения, входящего в состав модулятора дрштельности импульсов, вызывая тем самым более раннее выключение траизисторов преобразователя f 1 .

Недостаток данного устройства заключается в том, что информащ я о подмагнишвания, , сердетаика трансфорл атора, выявляемая дат гаком тока его первивдой обмотки, поступает на фоне гораздо большего по величине сигнала, пропорционального току нагрузки. Позтому защита, осуществляемая зтим устройством, начинает функционировать лишь после развития процесса подмагничивания, то оказывается малозффективным при работе на высоких частотах йивертирования. Кроме того, устройство интегрирует, входной сигнал, вызывая ,тем самым дополнительную задержку.

Известно также устройство, препятствующее развитию процесса подмагничивання, использующее датчик тока намагничивания, выходного трансформатора двухтактного статического преобразователя. В состав устройства, кроме датчика намагничивающего тока, входят задающий генератор, устройство формирования управляющих; сигналов, два защитных тчрястора, соединенные с дополнительными обмотка ми выходного трансформатора, пороговый элемент и емкостной накопитель. При превьпце39НИИ выходным, напряжением датчика намагн чивающего тока пороговой величины, включа ся один из двух защитных тиристоров, кото рый подключает предварительно заряженный конденсатор емкостного накопителя к одной из дополнительных обмоток силовото транс форматора таким образом, чтобы препятствов намагничиванию сердечника 2. Однако из-за строго нормированной величи ны размагничивающего импульса в таком уст ройстве возможны случаи, когда оно не может обеспечить необходимое размагничивающе действие из-за более глубокого насыщения чем то, на которое оно было расчитано. Недостатком является также использование достаточно инерционного по сравнению с транзисторами элемента;тиристора. Этот недостаток особенно чувствителен при работе на вы соких тастотах. Так как силовые транзисторы остаются включенными и после включения защитных тиристоров, то разрядные токи емкостного накопителя оказываются соизмеримыми с токами нагрузки, что приводит к значительным габаритам устройства защиты. Наиболее близким к изобретению является устройство, содержащее усилитель мощности на силовых транзисторах с выходным трансформатором, связанным с датчиком тока намагничивания, представляющим собой трансформатор тока, первичные и вторичные обмотки которого связаны соответственно с первичными и вторичной обмотками силового выходного трансформатора, а измерительная обмотка включена на нагрузочный резистор, связанный с двумя пиковыми детекторами- Один из них выявляет амплитуду положительной полуволны, второй - отрицательной. Оба пиковых детектора нагружены на общий резистор, средняя точка которого соединена со вторым входом сум матора, а первый вход - с выходом стабилизатора, при зтом средняя точка нагрузочного резистора через аналоговый ключ замыкается на общую точку схемы. Ключ срабатывает один раз в период на время, равное полупериоду выходного напряжения. При отсутствии подмагничивания силового трансформатора выходные напряжения пиковых детекторов равны между собйй и обрат по знаку. Позтому напряжение средней точк нагрузочного резистора равно нулю и не вли яет на pexoiM сумматора. При возникновении подмагничивания нарущается равенство напря жений пиковых детекторов и на средней точ ке их нагрузочного резистора появляется напряжение, которое в интервал, когда аналоговый ключ вьпслючен, поступает на вход сумматора и соответствующим образом изме яет режим модулятора длительности импульов, препятсгауя подмагничиванию силового рансформатора 3. F eдocтaтки известного устройства заключаются в том, что каждый пиковый детектор выявляет сигнал датчика тока в определеный полупериод и запоминает на время следущего полупериода. При возникновении подмагнишвания выходное напряжение пикового етектора достигает нового значения с некоторой задержкой, которая определяется постоянной времени заряда конденсатора. Последняя не может быть установлена достаточно малой, так как необходимо сохранить напряжение на конденсаторе неизменным в течение последующего полупериода. Таким образом, использование пиковь1х детекторов вносит в контур регулирования, препятствующий подмагничиванию, инерщюнность. Аналоговый ключ пропускает информащ ю о подмагничиван1ш на вход сумматора в течение только одного полупериода, тогда, когда он разомкнут. Позтому если подмагничивание началось в тот полупериод, когда ключ замкнут, то регулятор сможет отреагировать на него не раньше, чем в следующий полупериод. Позтому использование аналогового ключа вносит задержку на один полупериод. Использование сумматора вносит существенную инерционность в работу схемы, так как являясь одновременно усилителем основного контура регулирования, он должен обладатьинерционностью, обеспечивающей устойчивость устрюйства. Как следует из изложенного, известное устрюйство обладает существенной инерционностью и не может препятствовать подмагничиванию непосредственно в процессе его развития. Поэтому при появлении подмагничивания через транзисторы инвертора могут протекать некоторое время зкстра-токи, снижающие надежность устройства. Цель изобретения - повышение надежности за счет снижения величины зкСтра-токов, прютекающих через транзисторы путем уменьшения подмагничивания трансформатора. Поставленная цель достигается тем, что в двухтактном преобразователе напряжения, содержащем двухтактный усилитель мощности с выходным трансформатором, включающий в себя датчик тока намагничивания, подключенный к узлу защиты от несимметрии, связанному с блоком логической обработки управляющих сигналов, соединенным с задающим генератором и широтно-импульсным модуляторюм, узел защиты от несимметрии выполнен в виде вьшрямителя, входом подключенного к выходу датчика тока намагничивания, а выходом через пороговый узел - к одному из входов RS-триггера, другой вход которого подсоединен к выходу задающего генератора, а выход - к первому входу логического элемента И, второй вход которого подключен к выходу широтно-импульсного модулятора, а выход - к узлу логической обработки управляющих сигналов. На фиг. 1 изображена электрическая схема устройства, выполненного средней точкой (п|Н чем устройство может быть использовано и в случае Mocfoaoro статического преобразователя); на фиг. 2 - временные диаграммы напряжений в характерных точках схемы. Силовые транзисторы 1 двухтактного статического преобразователя подключены к соот ветствующим первичным полуобмоткам 2 выходного трансформатора 3. Вторые концы этих полуобмоток подключены каждая к отдельной полуобмотке 4,датчика 5 намагничивающего тока выходного трансформатора 3. Разноименные концы первичных полуобмоток соединены с источником питания. В цепь вторичной обмотки 6 выходного трансформатора 3- последовательно включена обмотка -7 датчика 5 намагничивающего тока (при этом поляр ности включения обмоток показаны на чертеже). Измерительная обмотка 8 датчика 5 нагружена на резистор 9 и подключена ко входу выпрямителя 10 датчика тока намагнн чивания выходного трансформатора 3. Выход вьтрямителя 10 соединен с входом порогового элемента 11, выход которого подключен к нулевому входу (R-входу) RSтриггера 12. Его единичный вход (S-вхоц) соединен с выходом задающего генератора 13и синхронизирующим входом модулятора 14длительности импульсов (в том случае, если он имеется в схеме). Прямой выход (О-выход) RS-триггера соединен с одним из входов логического элемента 15 И, второй . вход которого соединен с выходом модулято ра 14 длительности импульсов, а выход - с входом узла 16 логической обработки упра ляющих сигналов. Выходы этого узла соедине ны с базами силовых транзисторов 1. При использовании в устрюйстве мостового усилителя видоизменяется исполнение узла 16 логической обработки управляющих сигналов, причем структура устройства остается неизменной. Целевое назначение узла 16 в двухтактном усилителе состоит в селекции управляющего сигиала по полупериодам и формировании вхо ного сигнала на предоконечный каскад усили теля. В зависимости от принятой структуры управления схема узла логической обработки может быть различна. Например, в случае усилителя со средней точкой, аналогичному изображенному на фиг. 1, в состав узла 16 входит триггер к две ячейки И-НЕ. Сигнал задающего генератора подается на счетный вход тртггера, а его выходы включены на одни из входов логических элементов, на вторые входы подается сигнал с выхода модулятора после коррекции его устройством защиты от подмагиичивания, так как с выхода элемента 15. Устройство может быть использовано и при построении нерегулируемого статического преобразователя. В этом случае отпадает необходимость использования модулятора 14 длительности импульсов и установки дополнительного логического элемента 15. При этом, узел 16 логической обработки управляющих сигналов должен быть соедкнен непосредственно с прямым выходом RS-Tfwrrej 12, В остальном структура устройства остается без изменения. На фиг. 2 обозначено: выходное напряжение 17 задающего генератора 13, выходное напряжение модулятора 14 длительности импульсов, выходное напряжение 19 вьшрямителя 10 датчика 5 намагничивающего тока трансформатора 3, уровень,20 переключения порогового элемента П, выходное напряжете 21 пороге вого элемента И, выходное иапряжекие 22 О - выхода RS-триггера 12, выходное напряжение 23 логического элемента 15, tj, tj соответственно, моменты включения и выключения порогового элемента 11, Т, - длительность импульса. Принцип работы преобразователя заключается в следующем. В момент прохождения прямого фрюнта в выходном напряжении 18 задающего генератора 13 происходит включение импульса напряжения на выходе модулятора 14 (кривая 18). Предполагается, что в схеме используется RS-триггер с инверсным управлением. Поэтому в момент прохождения обратного фронта в выходном напряженин 17 на прямом выходе О RS-триггера 12 появляется единичное напряжение (кривая 22). Отнощение витков облюток 4 и 7 трансформатора 5 вы&1рается равным отношению витков обмоток 2 и 6 трансформатора 3. Обмотки 4 и 7 вклю%ны встржчно, поэтому по измерительной обладтке В датчика 5 в нормальном режиме протекает ток, пропорциональный току намагничивания выходного тр ансформатора 3, который на резисторе 9 создает соответствующее падение напряжения. Это напряжение, после детектирования выпрямителем ГО, показано на кривой 19. В нормальном режиме амплитуда этого напряжения не превышает урювень 20 переключения порогового элемента 11. Поэтому на выходе порогового элемента 11 в нормальном резю1ме поддерживается единнчное напряжение . 7 21. При этом триггер 12 находится в состояНИИ, когда на его прямом выходе имеется единичное напряже1ше (кривая 22). Это напряжение подается на один из, входов логического элемента 15 и не препятствует нормальному прохождению сигнала модулятора 14 на вход узла 16 логической обработки управляемых сигналов (кривая 23), что обеспечивает нормальную длительность нмпульса. При возникновении подмагничийания выход ного трансформатора 3 возрастает нескомпенсированная вторичным полем часть поля нама ничивания первичных обмоток 4 трансформатора 5 намагничивающего тока. На резисторе 9и соответственно на выходе вьшрямителя 10датчика тока намагничивания возрастает напряжение. В момент tj оно достигает уровн 20 переключения порогового элемента П. По следний срабатывает, на его выходе появляется нулевой сигнал (кривая 21), который вызывает опрокидывание триггера 12. На его прямом выходе появляется нулевое напряжение (кривая 22), которое препятствует прохождению отпирающего сигнала от модулятора 14 в узел 16 логической обработки управляющих сигналов. На выходе логического элемента 15 в момент ti появляется нулевой уровень (кривая 23), вызывающи выключение соответствующего силового транзистора 1. Тем самым прекращается процесс намагничивания сердечника трансформатора 3, его ток намагничивания и соответств)тощее ему напряжение вьшрямителя 10 датчика 1имагкичивающего тока снижается (см. кривую 19). Длительность импульса Т J, оказывается меньшей величины, чем при отсутствии подмагничивания. В. момент t2 напряжение выпрямителя, 10 (кривая 19) пересекает уровень переключения 20 порогового эле мента 11. Он переключается, и на его выход восстанавливается единичное напряжение (кривая 21). Переключение же триггера 12 происходит в момент прохождение обратного фронта в выходном напряжении задающего генер тора 13 (кривая 17). Поэтому к началу импульса последующего ползшериода схема возвращается в исходное состояние и длительность импульса TM в этом полупериоде будет нормальнрй величины. Разница между амплитудой напряжения дат чика намагничивающего тока (кривая 19) и уровнем 20 переключения порогового элем та 11 может бьггь выбрана, весьма малой. По этому чувствительность предлагаемого устройства к отклонениям от нормального режима перемагничивання оказывается очень высокой. Устройство вступает в работу в самом начале процесса намагничивания, препятствует его развитию и способствует восстановлению нормального режима. Предотвращение подмагничивания в двухтактном усилителе мощности способствует повышению его надежности, так как исключается возникновение экстра-токов через силовые транзисторы. Чем выще чувствительность устройства, предотвращающего подмагНичивание, к отклонениям намагничивающего тока силового трансформатора, тем меньще превыщение над нормальным уровнем у коллекторных токов силовых транзисторов, тем вьпие надежность преобразователя. Формула изобретения Двухтактный преобразователь напряжения, содержащий двухтактный усилитель мощности с выходным трансформатором, включающий в себя датчик тока намагничивания, подключенный к узлу защиты от несимметрии, связанному с блоком логической обработки управляющих сигналов, соединенным с задающим генератором и щиротно-импульсным модулятором, отличающийся тем, что, с целью повыщения надежности за счет снижения величин экстра-токов, протекающих через транзисторы преобразователя путем умеиьщения подмагничивания трансформатора, узел защиты от несимметрии выполнен в виде вьшрямителя, входом подключенного к выходу датчика тока намагничивания, а выходом через пороговый узел - к одному нз входов RS-триггера, другой вход которого подсоединен к выходу задающего генератора, а вь1ход - к первому входу логического элемента И, второй вход которого подключен к выходу широтно-импульсного модулятора, а выход - к узлу логической обработки управляющих сигналов. Источники информафга, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент США №3859586, 321-18, 1975. 2.Электронная техника в автоматике, № 10, М. Советское {идио, 1978, с. 127. 3.Авторское свидетельство СССР № 649108, кл. Н 02 М 3/28, 1976.

CS4 «

-1