Ключевой регулятор постоянного тока Советский патент 1982 года по МПК G05F1/58 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразователям напряжения с ключевым регулятором постоянного тока и узлом динамического ограничения тока через него.

Известны ключевые регуляторы постоянного тока с узлом защиты от перегрузки, содержащие коммутирующий транзистор и DLC-фИльтр, в токовую цепь которого включен датчик сигнала перегрузки, к которому подключен вход усилителя, выход которого связан с .управляемым ключом,, имеющим защелку

При перегрузке управляемый ключ блокирует сигнал управления коммутирующим транзистором. В известных регуляторах в цепь усилителя включен конденсатор, интегрирующий сигнал, поступающий на вход управляемого ключа. Конденсатор устраняет необратимое выключение регулятора тока при кратковременной перегрузке, например, во время пускового режима.

Недостатком этих устройств является инерционность устройства защиты, не обеспечивающая устранение кратковременных аварийных перегрузок коммутирующего транзистора.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является ключевой регулятор тока, содержащий коммутирующий транзистор, DLC-фильтр и узел динамического ограничения тока,- в состав которого входит управляющий транзистор и датчик тока, включенный в цепь эмиттера коммутирующего тран10зистора, к которому подключен вход управляющего транзистора, коллектор которого подключен к базе коммутирующего транзистора СзЗРассматриваемый узел динамическо15го ограничения тока ключевого регулятора обеспечивает ограничение сквозного тока через коммутирующий.транзистор и диод DLC-фильтра, воэникакяций в момент отпирания коммутирующе20го транзистора, чем уменьшает динамические потери мощности на нем. При этом простое ограничение амплитуды тока дает положительный результат, поскольку время восстановления обратного сопротивления диода DLC-фильтра, определяющее время протекания сквозного тока, очень мало.

Рассматриваемый узел ограничения тока не обеспечивает защиту коммутирующего транзистора от перегрузки.

если сам перегрузочный ток не ограничен кратчайпотм интервалом времени, что является недостатком этого устроства. Коммутирующий транзистор попадает в такой режим перегрузки в случае пропуска паузы, соответствующий запертому состоянию коммутирующего транзистора на время, за которое происходит размагничивание магнитопровода дросселя DLC-фильтра. Причиной пропуска паузы может быть, воздействи помехи или нестационарные явления во время переходного процесса при включении или выключении регулятора тока Перегрузка коммутирующего транзистора может также иметь место в пусковой период, когда напряжение на конденсаторе DLC-фильтра еще мало и не может с5беспечить за время паузы размагничивание магнитопровода дросселя, В обоих случаях это приводит к избкхочному намагничиванию магнитопровода дросселя DLC-фильтра, вплоть до насЫ1дения. Поскольку ток коллектора коммутирующего транзистора не может увеличиться больше величины, определяемой узлом ограничения тока, то избыточное Намагничивание магнитопровода дросселя выведет кoмIvlyтиpyющий транзистор из режима насыщения во время рабочего цикла, В результате резко увеличится рассеиваемая на нем мощность, что может привести к аварии .

Цель изобретения повышение надежности ключевого регулятора постоянного тока путем повышения эффективности узла динамического ограничения тока, за счет ввода по сигналу перегрузки гарантированной паузы и снижение динамических потерь мощности на нем.

Поставленная цель достигается тем, .что в ключевой регулятор постоянного тока, содержащий включенный последовательно в силовую шину коммутирующий транзистор, DLC-фильтр и узел динамического ограничения тока, имеющий управляющий транзистор и датчик тока, причем датчик тока включен в цепь эмиттера коммутирующего транзистора, эмиттер управляющего транзистора подключен к общей точке датчика тока и дросселя DLCфильтра, база связана с вторым выводом датчика тока, а коллектор подключен к цепи управления коммутирующим транзистором, в узел ограничения тока введен первый резистор, включенный между базой управляющего транзистора и вторым выводом датчика тока и RC-цепь, включенная между баЗОЙ управляющего транзистора и коллектором коммутирующего транзистора.

RC-цепь включает в себя конденсатор, второй и третий резисторы, причем общая точка резисторов соедийена через введенный диод с эмиттером коммутирующего транзистора.

На чертеже показана электрическая схема устройства.

Ключевой регулятор постоянного тока содержит коммутирующий транзистор 1, на выходе которого включен DLC-фильтр 2 в составе первого диюда 3, дросселя 4 и первого конденсатора 5. в состав узла динамического ограничения тока входит управляющий транзистор б, датчик 7 тока, включенный в цепь эмиттера коммутирующего транзистора 1, первый резистор 8, через который осуществляется связь управляющего транзистора б с датчиком 7 тока, и RC-цепь 9, через которую осуществляется положительная обратная связь. RC-цепь 9 содержит второй конденсатор 10 и второй и третий резисторы 11 и 12, Общая точка второго и третьего резисторов 11 и 12 соединена через второй диод 13 с целью эмиттера коммутирующего транзистора 1, Третий диод 14, включенный в. цепь эмиттера коммутирующего транзистора, не является обязательным элементом и должен быть введен в том случае, когда напряжение насыщения коллектор-эмиттер управляющего транзистора б выше или равно напряжению база-эмиттер коммутиру ощего транзистора 1, Если управление коммутирующим транзистором 1 осуществляется через разделительный трансформатор при коэффициенте заполнения периода, достигающем более 50%, то во время паузы на его вторичной обмотке действует повышенное запирающее напряжение и тогда следует коллектор управляющего транзистора 6 подключить через диод к вольтодобавочной вторичной обмотке, подключенной относительно базы коммутирующего транзистора 1.

Устройство ограничения тока коммутирующего транзистора работает следугаиим образом.

При увеличении тока, текущего через находящийся в режиме насыщения коммутирующий транзистор 1,выше предельного падение напряжения на резисторе датчике 7 тока достигнет величины, при которой откроется управляющий транзистор 6, В результате уменьшится ток управления коммутируюцдам транзистором 1, из-за чего он выйдет из режима насыщения. Благодаря положительной обратной связи через RC-депь 9 еще больше откроется управляющий транзистор б, а коммутирующий транзистор 1 перейдет в режим отсечки тока. Время запертого состояния коммутирующего транзистора 1, за которое происходит размагничивание магнитопровода дросселя 4, определяется постоянной времени RC-цепи 9. Когда тока, текущего через RC-itenb 9, будет недЪстаточно для удержания управляю1чего транзистора 6 в режиме насыщения, он начнет запираться, и если на входе коммутирующего транзистора 1 действует отпирающий сигнал, то он вновь откроется. При этом в первый момент его отпирания возникнет сквозной ток, текущий через- него, и пер-вый диод 3 DLC-фильтра 2. Этот создавая падение напряжения на дат чике 7 тока, открывает этим напряжением управляющий транзистор 6, уменьшая таким образом величину управляющего тока, поступающего в базу коммутирующе1 6 транзистора 1, что и приводит к ограничению амплитуды сквозного тока. Импульс сквозного тока ограничен по длительности времени восстановления обратного сопротивления первого диода 3, по истечении которого коммутирующий транзистор 1 вновь войдет в режим насыщения. При этом происходит разряд RC-цепи 9, который завершится за меньший отрезок времени чем заряд, поскольку он проходит через цепь, состоящую из второго резистора 11 и второго диода 13, имеющую меньшее активное сопротивление. Это ускорит подготовку узла динамического ограничения тока к возможной перегрузке в рассматриваемом рабочем такте ключевого регулятора.

Кроме выполнения функции защиты коммутирующего транзистора от перегрузки по току узел ограничения тока уменьшает динамические потери мощности на нем ускоряя процесс его запираний. Так при подаче на вход коммутирующего транзистора запирающего напряжения повышение напряжения на его коллекторе вызывает протекание тока через ЯС-цепь 9, отпирающего управляющий транзистор б который, шунтируя переход база-эмиттер/ коммутирующего транзистора 1, ускоряет процесс рассасывания неосновных носителей в базе коммутирующего транзистора.

Таким образом, предложенное техническое рещение повышает надежность регулятора тока и снижает динамические потери мощности на «ем.

Формула изобретения

1. Ключевой регулятор постоянного тока, содержащий включенный последовательно в силовую шину коммутирующий транзистор, DLC-фильтр и узел динамического ограничения тока, имеющий управляющий транзистор и датчик тока, причем датчик тока включен в цепь эмиттера коммутирующего

транзистора, эмиттер управляющего транзистора подключен к общей точке датчика тока и дросселя DLC-фильтра, база связана с. вторым выводом датчи ка тока,а коллектор подключен к цепи

управления коммутирующим транзистором, отличающийся тем, что, с целью повыгчения надежности регулятора путем повышения эффективности узла динамического ограничения

тока за счет ввода по сигналу перегрузки гарантированной паузы и снижения динамических потерь на нем, в зел ограничения тока введе н первый резистор, включенный между базой управляющего транзистора и вторым выводом датчика тока и ЯС-цепь, включенная между базой управляющего транзистора и коллектором коммутирующего транзистора.

2. Регулятор по п. 1, о т л ичающийся тем, что RC-цепь содержит конденсатор,-: второй и треий резисторы, причем Общая точка езисторов соединена через введенный диод с эмиттером коммутирующего

транзистора.

Источники информации, ринятые во внимание при экспертизе

1. Патент CIUA № 4127885, кл. 361-18, 1978.

2, Электроника, 1975, № 20, ; 47, рис, 5.

3. Патент CIUA 4028612, л, 323-17, 1977.