RU1836795C - Квазирезонансный преобразователь посто нного напр жени с переключением при нулевом напр жении - Google Patents

Abstract

Использование: системы электропитани  различных электронных устройств. Сущность изобретени : повышение надежности за счет введени  зависимости длительности формируемой паузы в работе силового транзисторного ключа 1 преобразовател , соединенного последовательно с дросселем 2 и первичной обмоткой 3 силового трансформатора 4, вторична  обмотка 5 которого через выпр мительный диод б и фильтр 7 соединена с выходными выводами, от.момента его закрыти  и формы напр жени  на нем в закрытом состо нии. Это обеспечиваетс  за счет соединени  катода диода 9, соединенного встречно-параллельно силовому транзисторному ключу 1 и конденсатору 8, с дополнительным входом 12 блока управлени  11, При этом блок управлени  содержит первое 15, второе 16 и третье 17 реле времени, а также усилительно-согласующее устройство 14 соединенное выходом с управл ющим входом силового транзисторного ключа 1. 1 з.п. ф-лы. 6 ил. СО

Description

Изобретение относитс  к преобразовательной технике и может быть.использовано в системах электропитани  различных электронных устройств.

Задача, на решение которой направлено за вл емое изобретение - повышение надежности за счет введени  зависимости длительности формируемой паузы в работе силового транзисторного ключа преобразовател  от момента его закрыти  и формы напр жени  на нем в закрытом состо нии.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в квазирезонансном преобразователе посто нного напр жени  с переключением при нулевом напр жении содержащем подключенные к входным выводам последовательно соединенные силовой транзисторный ключ, дроссель и первичную обмотку силового трансформатора, вторична  обмотка которого через выпр мительный диод и фильтр соединена с выходными выводами, конденсатор и первый диод, подключенные встречно-параллельно.силовому транзисторному , ключу, управл ющий вывод которого соединен с выходом блока управлени , причем катод первого диода соединен через введенный второй диод с дополнительным входом блока управлени .

При этом блок управлени  содержит первое, второе, третье реле времени и усиоо

GO О

s|

О СЛ

IGJ

лительно-согласующее устройство, выходом соединенное с выходом блока управлени , а входом - с выходом первого и входом второго реле времени, выходом соединенного с первым входом третьего реле времени , выход которого соединен с первым входом первого реле времени, у которого второй вход соединен с выводом дл  подачи управл ющего сигнала включени  - выключени  преобразовател , а Т0етий вход - с выводом дл  подачи сигнала, управл ющего формируемой им длительностью, при этом второй вход третьего реле времени соединен С дополнительным входом блока управлени .

Использование дополнительной св зи блока управлени  с электродом силового транзисторного ключа через введенный диод обеспечивает синхронизацию начала формировани  блоком управлени  паузы с моментом начала поста напр жени  на силовомтранзисторном ключе после его закрыти . При этом длительность формируемой паузы зависит также от формы и величины напр жени  на закрытом силовом транзисторном ключе. Большей амплитуде напр жени  должна соответствовать меньша  длительность паузы. Это обеспечиваетс  введенным соединением через дополнительный диод, при котором напр жение на закрытом силовом транзисторном ключе воздействует на реле времени блока управлени , формирующее длительность паузы. Более высокое, круче нарастающее напр жение воздействует на реле времени таким образом, что оно формирует более короткие временные интервалы. Причем соответствующим выбором врем задающих элементов реле времени, формирующего длительность паузы добиваютс  требуемой точности компенсации изменени  длительности импульса напр жени  на закрытом силовом транзисторном ключе.

й

Таким образом в предложенном преобразователе , работающем с внешним возбуждением обеспечена компенсаци  как задержки выключени  силового транзисторного ключа, так и изменени  длительности полупериода собственной частоты контура, что существенно повышает его надежность исключа  возможность коммутации силового транзисторного ключа при ненулевом напр жении.

На фиг..1 представлена электрическа  схема преобразовател ; на фиг.2 - то же, но с вариантом исполнени  блока управлени ; на фиг.З - временные диаграммы, по сн ю- щие работу преобразовател ;

на фиг. 4.5,6 - пример конкретного выполнени  преобразовател , схема электрическа  принципиальна .

Преобразователь (фиг.1) содержит

5 подключенные к входным выводам последовательно соединенные силовой транзисторный ключ 1, дроссель 2 и первичному обмотку 3 силового трансформатора 4, вторична  обмотка 5 которого через выпр ми10 тельный диод 6 и фильтр 7 соединена с выходными выводами, конденсатор 8 и первый диод 9, подключенные встречно-параллельному силовому транзисторному ключу 1, управл ющий вывод которого соединен с

15 выходом 10 блока управлени  И/дополнительным входом 12 соединенного через второй диод 13с катодом первого диода 9.

При этом блок управлени  11 (фиг.2) содержит усилительно-согласующее устройст20 во 14, выходом соединенное с выходом 10 блока управлени , а входом - с выходом первого 15 и входом второго 16 реле времени , выходом соединенного с первым входом третьего реле времени 17, выход которого;.

25 соединен с первым входом первого реле времени 15, у которого второй вход соединен с выводом 18 дл  подачи управл ющего . сигнала включени  - выключени  преобразовател , а третий, вход - с выводом 19 дл 

30 подачи сигнала, управл ющего формируе- мой им длительностью, причем второй вход третьего реле времени 17 соединен с дополнительным 12 входом блока управлени . В качестве силового транзисторного

35 ключа 1 может использоватьс  бипол рный, полевой или со статической индукцией транзистор , например типа КП 934. Дроссель 2, как отдельный дискретный элемент может отсутствовать, а в его качестве использо40

ватьс  например индуктивность рассе ни 

силового трансформатора 4, выполненного с ослабленной св зью между первичной 3 и вторичной 5 обмотками. В качестве фильтра 7 можно применить например просто кон5 денсатор большой емкости. Реле времени 15, 16, 17 можно выполнить по известным схемам, например на базе логических элементов 561 серии с RC - врем задающими цеп ми. Реле времени 15 - реле формиру0 ющее длительность открытого состо ни  силового транзисторного ключа 1 с дополнительным входом блокировки и входом управлени  длительностью. Реле времени 17 - реле формирующее длительность паузы с

5 дополнительным входом, от формы и величины напр жени  на котором зависит формируема  длительность (чем круче и больше величина напр жени , тем короче длительность ). Усилительно-согласующее устройство 14 можно выполнить на базе

транзистора, работающего на согласующий трансформатор.

Преобразователь работает следующим образом. В исходном состо нии первое реле времени 15 находитс  в состо нии отработанной выдержки, но блокировано по второму входу, соединенному с выводом 18, сигналом (диаграмма 20, фиг.З). На выходе первого реле времени 15 - сигнал лог. 1 (диаграмма 21, фиг.З). На выходе второго реле времени 16 - сигнал лог. О (диаграмма 22, фиг.З), а на выходе третьего реле времени 17 - сигнал лог. 1 (диаграмма 23, фиг.З). На выходе усилительно-согласующего устройства 14 - сигнал отсутствует (диаграмма 24, фиг.З) силовой транзисторный ключ 1 - закрыт, напр жение на нем равно входному напр жению преобразовател  (диаграмма 25. фиг.З),

При подаче в момент времени Т0 на вывод дл  подачи управл ющего сигнала включени -выключени  преобразовател  18 сигнала включени  лог.О (диаграмма 20, фиг.З), снимаетс  блокировка с первого реле времени 15, и на его выходе устанавливаетс  сигнал лог.О (диаграмма 21, фиг.З). а на выходе усилительно-согласующего устройства 14 начнет формироватьс  запирающий импульс (диаграмма 24, фиг.З), силовой транзисторный ключ остаетс  в закрытом состо нии. Через задержку Ti-T0, определ емую вторым реле времени 16, на его выходе установитс  сигнал лог 1 (в момент времени Ti, диаграмма 22, фиг.З), который разрешает отсчет времени третьему реле времени 17. Через врем  выдержки 2-Ti третьего реле времени 17, определ емое напр жением на выводе 12, на его выходе установитс  сигнал лог. О (момент времени Т2, диаграмма 23. фиг.З). По этому сигналу взведетс  первое реле времени 15, на выходе которого установитс  сигнал лог. 1 (диаграмма 21, фиг.З), а на выходе усилительно-согласующего устройства 14 начнет формироватьс  открывающий импульс (диаграмма 25, фиг.З), силовой транзисторный ключ переходит воткрытое состо ние (диаграмма 25. фиг.З). Через задержку , определ емую вторым реле времени . на его выходе установитс  сигнал лог. О (момент времени Тз, диаграмма 22, фиг.З). По этому сигналу взведетс  третье реле времени 17, на выходе которого установитс  сигнал лог. 1 (диаграмма 23, фиг.З), который в свою очередь разрешит отсчет времени первому реле времени 15.

Через врем  Т,г Тз. определ емое первым реле времени 15, на его выходе установитс  сигнал лог. О (момент времени Т4, диаграмма 21, фиг.З). при этом на выходе

усилительно-согласующего устройства 14 начнет формироватьс  запирающий им- . пульс (диаграмма 24, фиг.З). Через задержку , определ емую вторым реле времени 16 5 Ts-T4. в момент времени ТБ, нз его выходе установитс  сигнал лог.Г (диаграмма 22, фиг.З), который разрешит отсчет времени третьим реле времени 17. Однако реально отсчет времени начнетс  только после за- 0 крыти  силового транзисторного ключа 1 в момент времени Те, (диаграмма 25, фиг.З), когда начнетс  рост напр жени  на нем, то есть после задержки выключени  Те-Тд силового транзисторного ключа 1. Энерги .

5 накопленна  в индуктивных элементах за врем  открытого состо ни  силового транзисторного ключа 1. через выпр митель 6 и фильтр 7 передаетс  на выход преобразовател .

0 После окончани  в момент времени Т выдержки Ту-Тб третьего реле времени 17, которое выбираетс  таким, чтобы напр жение на силовом транзисторном ключе 1 достигло нулевого значени  (диаграмма 25,

5 фиг.З), на выходе третьего реле времени 17 установитс  сигнал лог. О (диаграмма 23, фиг.З). Далее через задержку, определ емую вторым реле времени 16 Та-Т, в момент времени Те (соответствует моменту време0 ни Тз) на его выходе установитс  сигнал лог.О (диаграмма 22, фиг.З) и процесс повторитс .

Допустим в момент времени Тд изменилась нагрузка преобразовател  (уменьши5 лась). Тогда задержка выключени  силового транзисторного ключа 1 относительно момента времени Тю - прихода запирающего импульса, увеличитс . Однако так кактретье реле времени 17 начнет отсчет времени

0 только с момента Тп - когда начнетс  рост напр жени  на силовом транзисторном ключе, это увеличившеес  врем  будет скомпенсировано (см. фиг.З). При этом из-за снижени  нагрузки снизитс  амплитуда и

5 крутизна импульса напр жени  на закрытом силовом транзисторном ключе (диаграмма 25, фиг.З), что в свою очередь приведет к увеличению времени выдержки третьего реле времени 17 и следовательно

0 очередное включение силового транзисторного ключа 1 в момент времени Tia произойдет при нулевом напр жении на нем - (диаграмма 25, фиг.З).

Конкретный преобразователь посто н5 ного напр жени , разработанный на базе предлагаемого изобретени  содержит (см. фиг.4. 5. 6)силовой транзисторный ключ 1, в качестве которого использован транзистор КП 934 Л, дроссель2, как отдельный элемент отсутствует, но его роль выполн ет ИНДУ тивность рассе ни  силового трансформатора4 , индуктивность подвод щих проводников . Выпр мительный диод б - типа КД 2998 Г, фильтр 7 - C-L-C типа, конденсатор 8 - К 78-2, первый диод 9 - КД 226 Д, второй диод 13-КД 510 А.

: В блоке управлени  11 усилительно-согласующее устройство 14 выполнено на основе транзисторного усилител  с транзистором КТ 646А, управл емого через ШОП-инвертор26.1 (К 561 ЛА7), нагруженного на согласующий трансформатор 27. Первое реле времени 15, выполнено на базе двухвходового 26,2 (см. фиг,5) логического элемента 2И-НЕ(К561 ЛА7), первый вход которого через оптрон (например AOT1Q1 АС) соединен с выводом 18. а второй - с врем задающей RC-цепью. резистор 28 которой шунтирован обратно-включенным диодом дл  быстрого разр да врем задаю- щего конденсатора 29 при взводе реле времени и управл емым сопротивлением - на основе резистора и оптрона, светодиод которого соединен с выводом 19. Вывод 19 соединен через выход-вход блока обратной св зи 30 с выходом преобразовател . При изменении сигнала на выводе 19 - измен етс  ток зар да конденсатора 29 и следовательно формируема  первым реле времени 15 выдержка. За счет чего и осуществл етс  стабилизаци  выходного напр жени . Второе реле времени 16 выполнено на ШОП- инверторе 26.3 (К 561 ЛА7) с резистором 31, и обеспечивает задержку распространени  логического сигнала за счет времени своего переключени  и зар да входной емкости микросхемы через резистор 31. Третье реле времени 17 выполнено на КМОП-инверторе 26.4 (К 561 ЛА7) к входу которого подключена врем задающа  RC-цепь, конденсатор 32 которой через диод 33 соединен с первым входом реле времени, соединенным с выходом второго реле времени 16, дл  обеспечени  его быстрого разр да при взводе реле времени. При этом.напр жение на вре- м задающую RC-цепь подаетс  с DRC-цепи, образованной резистором 34, конденсатором 35 и внешним дл  блока управлени  диодом 13. Чброс ее в исходное состо ние

(разр д конденсатора 35) осуществл етс  через диод 36, соединенный с первым входом реле времени.

Преобразователь рассчитан на входное напр жение 27 В и обеспечивает на выходе напр жение 5 В при токе нагрузки до 5А. Средн   частота преобразовани  0,5 МГц.

Claims (2)

1.Квззирезонансный преобразователь посто нного напр жени  с переключением при нулевом напр жении, содержащий подключенные к выходным выводам и последовательно соединенные силовой транзисторный ключ, дроссель и первичную

обмотку силового трансформатора, вторична  обмотка которого через выпр мительный диод и фильтр соединена с выходными выводами, конденсатор и первый диод, подключенные встречно-параллельно силовому транзисторному ключу, управл ющий вывод которого соединен с выходом блока управлени , выполненного с входом управл ющего сигнала включени -выключени  преобразовател  и входом сигнала,

управл ющего формируемой им длительностью , отличающийс  тем, что катод первого диода соединен через введенный второй диод с дополнительным входом блока управлени , обеспечивающим управление длительностью паузы,

2.Преобразователь по п. 1,от л и ч a tout и и с   тем, что блок управлени  содержит первое, второе и третье реле времени и усилительно-согласующее устройство, выходом соединенное с выходом блока управлени , а входом - с выходом первого и входом второго реле времени, выходом соединенного с первым входом третьего реле времени, выход которого соединен с первым входом первого реле времени, второй вход которого соединен с входом управл ющего сигнала включени -выключени  преобразовател , а третий вход - с входом сигнала, управл ющего формируемой им

длительностью, при этом второй входтреть- . его реле времени соединен с дополнительным входом управлени  длительностью паузы.

FTi ЪЪ

П

lid

Ти

и I;14 -j6

ла.

31

3634

17

26.4

:12

:I3

11

32

t J5

/г.

in

rcc

ГО

CO

oo

GO

СП

cr

CO

en

OJ

to

e

(5z

oo

CNI

7

D