Преобразователь постоянного напряжения Советский патент 1982 года по МПК H02M3/335 

(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано во вторичных источниках электропитания систем радиоэлектроники и автоматики для преобразования уровня и стабилизации постоянного напряжения.

Известны преобразователи, содержащие блок управления, усилитель,, мощности с трансформатором, выходное напряжение которого после выпрямления сглаживается индуктивноемкостным фильтром, и блок защиты от перегрузки по току 1 Недостатком этих устройств и, в первую очередь тех, которые имеют высокое напряжение питания (конверторы с бестрансформаторным подключением к сети) , явл5Гется их низкая надежность. Это обусловлено тем, что по окончании паузы на нуле транзисторы усилителя мощности включаются на время восстановления обратно.го сопротивления диодов выходного выпрямителя на короткозамкнутый контур. Ток через открываемые высоко-« частотные транзисторы усилителя мощности быстро нарастает. При этом к открываемым транзисторам приложено полное напряженте питания и на них выделяется значительная импульсная мощность. Вследствие большой площади эмиттерного перехода мощных транзисторов за счет протекания базового тока изменяется смещение эмиттерного перехода. В результате ток эмиттера оказывается неравномерно распределенным по площади перехода и кумулируется при открывании транзистора в переферийных областях

10 эмиттера, наиболее близко расположенных к базовым контактам. Это ведет к локальным перегревам и к необратимым изменениям структуры транзисторов . Быстродействующий блок

15 защиты, который снимает сигнал воз буждения с баз транзисторов усилителя мощности при перегрузке по току, не предотвращает отказов подобного типа. Это обусловлено неуправ20ляемостью по базе транзистора необратимых изменений в нем. Блок защиты от перегрузки срабатывает после разрушения структуры транзистора.

Наиболее близким к предлагаемому

25 изобретению по достигаемому результату является преобразователь, который содержит блок управления, усилитель мощности, трансформаторный выход которого через выпрямитель

30 соединен с индуктивно-емкостным фильтром. При. этом для ограничения импульсной мощности на начальной стадии отпирания транзисторов усилителя мощности используются многообмоточные дроссели. Первичная обмотка их включена последовательно с транзисторами усилителя мощности и в моменты отпирания транзисторов большая часть напряжения питания падает на дросселях. При этом существенно снижается величина импул ной мощности. Во время закрытого состояния транзисторов усилителя м ности накопленная .энергия по цепи вторичной обмотки через диод и вспо могательный фильтр передается в вы ходную цепь L 2 3. Одним из недостатков известного устройства является большая длитель ность времени передачи накопленной дросселем .энергии в выходную цепь, низкого уровня, часто используемого для питания широкого класса микросхем. При соотношении числа витков между первичной и вторичной обмотками пропорциональном соответственно напряжению питания и выходному напряжению, время передачи накопленной в дросселе энергии пропорционально напряжению питания и времен восстановления обратного сопротивления диодов и обратно пропорционал но выходному напряжению. В преобразрвателях с бестрансфор маторным подключением к сети при использовании современных высокочастотных выпрямительных диодов вре мя передачи накопленной энергии достигает 15 МКС. В течение времени особождения от накопленной энергии дроссель не подготовлен к ограничению тока включаемых транзисторов усилителя мощности. Это сужает диапазон изменения скважности открытог состояния транзисторов усилителя мощности, что вед.ет к ухудшению КПД динамических характеристик, ограничению верхней частоты преобразования, которая определяет массогабари ные характеристики преобразователя а также снижает надежность устройст ва во время преждевременного включен транзисторов при неподготовленном состоянии дросселей. При увеличении коэффициента трансформации между обмотками дросселя увеличивается уровень высокочастотных помех. Кро того, разряд накопленной энергии .дросселя сопровождается перенапряжениями на транзисторах усилителя мощности. Целью изобретения является повышение надежности. Эта цель достигается тем, что в преобразователь,содержащий блок упр ления, усилитель мощности, выпрямитель и индуктивно-емкостный фильтр. причем выход блока управления соединен с цепями управления транзисторами усилителя мощности, выход которого через выпрямитель соединен с индуктивно-емкостным фильтром, а выход фильтра - с входом блока управления, введен блок задержки, резистор ,включенный последовательно в цепь питания -усилителем мощности, шунтированный транзистором, цепь управления которого соединена с выходом блока задержки, вход которого соединен с выходом блока управления. Сущность изобретения- состоит в том, что на время восстановления обратного сопротивления диодов выпрямителя питание на усилитель мощности поступает через введенный резистор, который ограничивает ток короткого замыкания, транзисторов, находящихся при этом в режиме насыщения. Через определенное время, задаваемое блоком задержки и равное или несколько превышающее время восстановления обратного сопротивления диодов выпрямителя, резистор шунтируется введенным дополнительным транзистором. При этом транзисторы усилителя, мощности (и введенный транзистор) не выходят из режима насыщения вследствие индуктивной реакции фильтра. Таким образом, импульсная мощность на время восстановления обратного сопротивления диодов выпрямителя выделяется на введенном резисторе, а не на тразисторах усилителя мощности, что повышает надежность преобразователя. Так как в предлагаемом устройстве для снижения импульсной мощности на транзисторах отсутствуют многообмоточные дроссели, для которых: необходимо время подготовки, то частота преобразования может быть увеличена и улучшены динамические и массогабаритные характеристики. На чертеже приведена схема предлагаемого устройства. Преобразователь содержит блок.1 управления, усилитель 2 мощности, выпрямитель 3, индуктивно-емкостной фильтр 4, транзистор 5, шунтированный резистором б, и блок задержки 7. Усилитель 2 мощности соединен с первым входным выводом 8 питания конвертора непосредственно, а со вторым входным выводом 9 - через параллельно включенные резистор б и транзистор 5, база которого подключена к выходу блока 7 задержки. При этом выход блока 1 управления соединен с входо.м блока 7 задержки и с входом усилителя 2 мощности, трансформаторный выход 10 которого через выпрямитель 3 соединен с индуктивно-емкостным фильтром 4, а его выход - с входом блока 1 управления.

Устройство работает следующим .образом.

В установившемся режиме работы преобразователя в течение времени открытого состояния транзисторов усилителя 2 мощности с трансформаторного выхода 10 его поступает напряжение на выпрямитель 3. Один из дио,дов выпрямителя 3 открыт и через iдроссель фильтра 4, который при этом накапливает энергию, на выход преобразователя и на вход блока 1 управления поступает напряжение. По истечении времени открытого состояния, определяемого блоком 1 управления, на его выходе пропадает сигнал возбуждения и транзисторы усилителя 2 мощности запираются. На выходе трансформатора 10 усилителя мощности напряжение исчезает. Энергия дросселя фильтра 4, накопленная во время открытого состояния транзисторов усилителя мощности, расходуется на поддержание тока в нагрузке, который замыкается через оба диода выпрямителя .

Через время задержки после снятия сигнала возбуждения .запирается транзистор 5. При очередном появлении на вьдходе блока 1 управления сигнала возбуждения транзисторы усилителя 2 мощности отпираются. Коллекто ный ток через транзисторы усилителя 2 мощности ограничивается резистором б. При этом на выходной обмотке трансформатора 10 усилителя 2 мощности появляется небольшое напряжение другой полярности и происходит переключение диодов, т.е. запирается диод, находившийся в предыдущий полупериод рабочего импульса в открытом состоянии. В течение времени восстановления обратного сопротивления диодов выпрямителя 3 импульсная мощность выделяется на резисторе 6, а не на транзисторах усилителя 2 мощности. Через время задержки после появления на выходе блока 1 управления сигнала возбуждения, равное или несколько превышающее время восстановления диодов выпрямителя 3, которое задается блоком 7 задержки, отпирается транзистор 5. Вследствие этого на транзисторном выходе 10 -усилителя 2 мощности появляется полное напряжение и дроссель-индуктивно-емкостного фильтра 4 накапливает энергию. При этом транзисторы усилителя 2 мощности не выходят из режима насыщения вследствие индуктивной реакции фильтра 4. В дальнейшем цикл работы полностью повторяется. При этом транзистор 5 переключается на удвоенной частоте усилителя 2 мощности с задержкой относительно сигнала возбуждения.

Предлагаемое изобретение целесообразно применять в преобразователях большой мощности с высоким входным, напряжением, которое имеется во вторичных источниках питания нового накопления - устройствах с бестрансформаторным подключением к сети.

Блок 1 управления содержит задаю0щий генератор, компаратор, источник эталонного напряжения, широтно-импульсный модулятор, селекторы и формирователи импульсов возбуждения. Для упрощения схемы вход блока 7

5 задержки можно соединить с выходсм однополярных сигналов модулятора, поступающих на селекторы блока 1 управления. При этом время задержки, задаваемое блоком 7, должно быть

0 увеличено на длительность прохождения импульсов модулятора через селектор и формирователь импульсов возбуждения усилителем мощности. Выходной каскад блока задержки органи5зует формирование форсированного управления введенным тразистором 5 и при необходимости гальваническую развязку.

Применение вместо многообмоточных

0 дросселей в силовой цепи усилителя мощности зашунтированного резистором транзистора, управляемого сиг-г налом блока управления через блок задержки, устраняет импульсные перегрузки по мощности транзисторов уси5лителя мощности, что повышает надежность конвертора.

В установившемся режиме работы транзисторы усилит.еля мощности в первый момент отпирания их включа0ются не на короткозамкнутую, а на резистивную нагрузку.. Зто исключает опасную траекторию переключения при . большом токе и напряжении. Формирование безопасной траектории пере5ключения позволяет использовать в преобразователях с бестрансформаторным подключением к сети более низковольтные и менее дефицитные транзисторы без снижения надежности.

0

Отсутствие в предлагаемом устройстве многообмоточных дросселей, для которых необходимо подготовки, позволяет увеличить частоту преобразования с целью снижения массы и

5 габаритов.

Предлагаемое изобретение, по сравнению с известным, обладает более широким диапазоном изменений скважности, что позволяет улучшить динамичес0кие характеристики или увеличить КПД. Увеличение КПД достигается увеличением ширины рабочих (открывающих) импульсов усилителя мощности. При этом снижается величина тока в от5крытом состоянии и, следовательно.

статические и динамические потери ч элементах.усилителя мощности. Отсутствие в предлагаемом устройстве многообмоточных дросселей снижает уровень излучения высо1(;очастотных помех, передаваемых на выход конвертора. ,

Предлагаемое изобретение может быть применено как в стабилизированных, так и в нерегулируемых преобразователях с фиксированной паузой на нуле , вводимой для исключения.

сквозных

токов.

Формула изобретения

Преобразователь постоянного напряжения, содержащий транзисторный усилитель мощности с. выходным выпрямителем и фильтром и блок управления, выходы которого соединены с цепями управления транзисторами усилителя мощности, а вход соединен с выходом преобразователя, отличающийс я тем, что, с целью повышения надежности, в цепь питания усилителя мощности включен последовательно введенный в схему резистор, шунтированный дополнительным транзистором,

0 цепь управления которого подключена -к одной из выходов указанного блока управления через введенный блок задержки.

Источники информации,

5 принятые во внимание при экспертизе

2.Авторское свидетельство СССР № 773861, кл. Н 02 М 3/335, 1978.