RU2006154C1

RU2006154C1 - Dc-to-dc voltage converter

Info

Publication number: RU2006154C1
Authority: RU
Inventors: В.А. Белов
Original assignee: Научно-производственное объединение автоматики
Priority date: 1990-04-09
Filing date: 1990-04-09
Publication date: 1994-01-15

Abstract

FIELD: conversion engineering. SUBSTANCE: converter has power transistor 5 saturated by means of current and voltage feedback. Power transistor 5 is switched over upon arrival of turn-off pulse at input of turn-off transistor 16. During turn-off interval of power transistor 5 it is rapidly brought out of saturation state due to shorting out of base circuit of series-connected turn-on winding 13 and turn-off winding 14 of control transformer 4. EFFECT: improved design. 1 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам для преобразования напряжения одной величины в стабилизированное напряжение другой величины с защитной нагрузки от перенапряжений на выходе преобразователя. The invention relates to electrical engineering, in particular to devices for converting a voltage of one magnitude to a stabilized voltage of another magnitude with a protective load against overvoltages at the output of the converter.

Известен стабилизированный конвертор, содержащий задающий генератор, выход которого подключен ко входу генератора пилообразного напряжения, выходом соединенного с одним из входов компаратора, выход которого подключен к первым входам двух селекторов, вторые входы которых через делитель частоты соединены с выходом задающего генератора, а выходы селекторов подключены через последовательно включенные усилитель мощности, выпрямитель и фильтр к выводу для подключения нагрузки, соединенному через цепь обратной связи с другим входом компаратора, триггер с блоком для установки его в исходное состояние, подключенным к одному из входов триггера, другой вход которого соединен с выходом дополнительно введенного и входом подключенного к выводам для подключения нагрузки нуль-органа с источником опорного напряжения, причем выход триггера соединен с третьими входами указанных селекторов. Known stabilized Converter containing a master oscillator, the output of which is connected to the input of a sawtooth generator, output connected to one of the inputs of the comparator, the output of which is connected to the first inputs of two selectors, the second inputs of which are connected through the frequency divider to the output of the master oscillator, and the outputs of the selectors are connected through a series-connected power amplifier, a rectifier and a filter to a terminal for connecting a load connected via a feedback circuit to another computer input ator, a trigger with a unit for resetting it, connected to one of the inputs of the trigger, the other input of which is connected to the output of the additional input and the input connected to the outputs to connect the load of the zero-organ with the voltage reference, and the output of the trigger is connected to the third inputs specified selectors.

Наличие триггера в известном стабилизированном конверторе снижает надежность работы схемы защиты, так как триггер подвержен влиянию импульсных помех, что может привести к ложному срабатыванию защиты. The presence of a trigger in a known stabilized converter reduces the reliability of the protection circuit, since the trigger is susceptible to pulsed interference, which can lead to a false response of the protection.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является стабилизированный конвертор, содержащий задающий генератор, выход которого подключен ко входу генератора пилообразного напряжения, выходом соединенного с одним из входов компаратора, выход которого подключен к первым входам двух селекторов, вторые входы которых через делитель частоты соединены с выходом задающего генератора, а выходы селекторов подсоединены через последоательно включенные усилитель мощности, выпрямитель и фильтр к выводу для подключения нагрузки, соединенному через цепь обратной связи с другим входом компаратора, нуль-орган с источником опорного напряжения, выходом подключенного к третьим входам селекторов, транзисторный ключ с резисторной нагрузкой, диод и резистор, причем вход транзисторного ключа подключен к выходу нуль-органа, а выход через диод - ко входу нуль-органа, через резистор подсоединенному к выходу для подключения нагрузки. The closest technical solution to the invention is a stabilized converter containing a master oscillator, the output of which is connected to the input of a sawtooth generator, the output connected to one of the inputs of the comparator, the output of which is connected to the first inputs of two selectors, the second inputs of which are connected through the frequency divider to the output of the master generator, and the outputs of the selectors are connected through a series-connected power amplifier, a rectifier and a filter to the output for connecting the load, through a feedback circuit with another input of the comparator, a zero-organ with a voltage source, an output connected to the third inputs of the selectors, a transistor switch with a resistor load, a diode and a resistor, the input of the transistor switch connected to the output of the zero-organ, and the output through the diode - to the input of the zero-organ through a resistor connected to the output to connect the load.

Недостатком известного устройства является появление в разделительном управляющем трансформаторе двухтактного усилителя мощности при резком запирании селекторов, как это предусмотрено в прототипе, несанкционированных выбросов напряжения за счет накопленной в его индуктивности энергии. Указанные выбросы могут привести, с учетом конечного времени рассасывания носителей в базе транзисторов усилителя мощности, к одновременному открытому состоянию обоих транзисторов, сквозным токам через них и нережимам работы, приводящим к их отказам. A disadvantage of the known device is the appearance in the isolation control transformer of a push-pull power amplifier with a sharp locking of the selectors, as provided in the prototype, unauthorized voltage surges due to the energy stored in its inductance. These emissions can lead, taking into account the finite time of resorption of carriers in the base of the transistors of the power amplifier, to the simultaneous open state of both transistors, through currents through them and operation modes leading to their failures.

Целью изобретения является повышение надежности конвертора путем исключения отказа усилителя мощности при срабатывании защиты. The aim of the invention is to increase the reliability of the converter by eliminating the failure of the power amplifier when the protection is activated.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее задающий генератор, выходом соединенный с генератором пилообразного напряжения, выход которого соединен с одним из входов первого компаратора, выходом подключенного к первым входам двух селекторов, вторые входы которых через делитель частоты соединены с выходом задающего генератора, усилитель мощности, выход которого через выпрямитель и фильтр подключен к выходным выводам, соединенным также с цепью обратной связи, связанной с вторым входом первого компаратора и через резистор - с первым входом нуль-органа узла защиты, второй вход которого подсоединен к источнику опорного напряжения, а выход присоединен к входу транзисторного ключа, выход которого через резистивную нагрузку подключен к дополнительному источнику питания и непосредственно через диод - к первому входу нуль-органа, второй компаратор и интегрирующую цепь, вход которой подключен к выходу нуль-органа, выход - к первому входу второго компаратора, второй вход которого соединен с выходом генератора пилообразного напряжения, а выход - с третьими входами селекторов. This goal is achieved by the fact that in the device containing the master oscillator, the output is connected to a sawtooth voltage generator, the output of which is connected to one of the inputs of the first comparator, the output connected to the first inputs of two selectors, the second inputs of which are connected through the frequency divider to the output of the master oscillator, a power amplifier, the output of which through a rectifier and a filter is connected to the output terminals, also connected to a feedback circuit connected to the second input of the first comparator and through side - with the first input of the zero-organ of the protection node, the second input of which is connected to the reference voltage source, and the output is connected to the input of the transistor switch, the output of which is connected through the resistive load to an additional power source and directly through the diode to the first input of the zero-organ, the second comparator and the integrating circuit, the input of which is connected to the output of the zero-organ, the output to the first input of the second comparator, the second input of which is connected to the output of the sawtooth generator, and the output to the third input ami selectors.

На чертеже приведена структурная схема предлагаемого преобразователя. The drawing shows a structural diagram of the proposed Converter.

Опорная частота задающего генератора 1 подается на генератор 2 пилообразного напряжения и делитель частоты. Пилообразное напряжение сравнивается с напряжением, снимаемым с цепи 4 обратной связи, в компараторе 5. Импульсы с широтной модуляцией поступают на один из входов селекторов 6 и 7, на другие входы которых поступают импульсы с делителя частоты. Выходы селекторов через разделительный управляющий трансформатор 8, двухтактный усилитель 9 мощности, силовой трансформатор 10, выпрямитель 11, сглаживающий фильтр 12 подключен к выходным клеммам U_вых, входу цепи обратной связи и первому выводу резистора 13, второй вывод которого соединен с первым входом нуль-органа 14, второй выход которого подключен к выходу источника опорного напряжения U_оп, а выход через интегрирующую цепь 15 и второй компаратор 16 к третьим входам селекторов 6 и 7. Кроме того, выход нуль-органа соединен с входом транзисторного ключа 17, выход которого через резистор 18 подключен к источнику питающего напряжения +Е₂ и через диод 19 - к первому входу нуль-органа.The reference frequency of the master oscillator 1 is supplied to a sawtooth voltage generator 2 and a frequency divider. The sawtooth voltage is compared with the voltage taken from the feedback circuit 4 in the comparator 5. Pulses with a breadth modulation are fed to one of the inputs of the selectors 6 and 7, the other inputs of which are pulses from the frequency divider. The outputs of the selectors through an isolation control transformer 8, a push-pull amplifier 9, a power transformer 10, a rectifier 11, a smoothing filter 12 are connected to the output terminals U _o , the input of the feedback circuit and the first output of the resistor 13, the second output of which is connected to the first input of the zero-organ 14, the second output of which is connected to the output of the reference voltage source U _op , and the output through the integrating circuit 15 and the second comparator 16 to the third inputs of the selectors 6 and 7. In addition, the output of the zero-organ is connected to the transistor input th key 17, the output of which through a resistor 18 is connected to a source of supply voltage + E ₂ and through a diode 19 to the first input of a zero-organ.

Предлагаемый преобразователь работает следующим образом. The proposed Converter operates as follows.

При подключении к преобразователю питающих напряжений Е₁ и Е₂ задающий генератор 1 формирует импульсы опорной частоты большой скважности, которые обеспечивают получение на выходе генератора 2 однополярных пилообразных импульсов, мгновенное значение которых сравнивается с постоянным напряжением на входе компаратора 5. В первый момент времени напряжение на конденсаторе интегрирующей цепи 15 равно нулю. При этом длительность импульсов на выходе компаратора 16 близка также к нулю. Близка к нулю и длительность импульсов на выходе селекторов 6 и 7, усилителя 9 мощности и выпрямителя 11. Близко к нулю и выходное напряжение преобразователя. В связи с тем, что оно заведомо меньше опорного напряжения U_оп, выходное напряжение нуль-органа 14 имеет высокий уровень, за счет чего начинается постепенный заряд конденсатора интегрирующей цепи 15 и находится в насыщенном состоянии транзисторный ключ 17. Его выходное напряжение близко к нулю, диод 19 заперт и не оказывает влияния на вход нуль-органа 14. По мере заряда конденсатора интегрирующей цепи 15 увеличивается длительность выходных импульсов компаратора 16, что обеспечивает постепенное увеличение выходного напряжения конвертора и плавный заряд конденсатора сглаживающего фильтра 12. Плавный выход на режим конвертора позволяет избежать бросков тока через усилитель мощности в момент включения и обеспечивает экспоненциальное накопление энергии в реактивных элементах. После увеличения выходного напряжения конвертора до номинального уровня дальнейшее увеличение длительности управляющих импульсов на выходе селекторов 6 и 7 прекращается, так как длительность этих импульсов определяется выходным сигналом компаратора 5, который входит в состав следящей системы, обеспечивающей стабилизацию выходного напряжения преобразователя. Предположим, выходное напряжение преобразователя увеличилось свыше номинального значения, что приводит к увеличению входного напряжения цепи 4 обратной связи и снижению напряжения на ее выходе. Длительность выходных импульсов компаратора 5 снижается, что возвращает выходное напряжение конвертора в исходное состояние.When connected to a converter of supply voltages E ₁ and E _{2, the} master oscillator 1 generates pulses of the reference frequency of high duty cycle, which ensure that the output of the generator 2 is unipolar sawtooth pulses, the instantaneous value of which is compared with a constant voltage at the input of the comparator 5. At the first moment of time, the voltage at the capacitor of the integrating circuit 15 is zero. In this case, the pulse duration at the output of the comparator 16 is also close to zero. Close to zero and the duration of the pulses at the output of the selectors 6 and 7, the power amplifier 9 and the rectifier 11. Close to zero and the output voltage of the Converter. Due to the fact that it is obviously less than the reference voltage U _{op, the} output voltage of the null-organ 14 has a high level, due to which the gradual charge of the capacitor of the integrating circuit 15 begins and the transistor switch 17 is in a saturated state. Its output voltage is close to zero, the diode 19 is locked and does not affect the input of the zero-organ 14. As the capacitor of the integrating circuit 15 is charged, the duration of the output pulses of the comparator 16 increases, which ensures a gradual increase in the output voltage of the converter and melt the first charge capacitor snubber 12. Smooth access to the converter mode to avoid inrush current through the power amplifier at the time of inclusion and provides an exponential accumulation of energy in the reactive elements. After increasing the output voltage of the converter to the nominal level, a further increase in the duration of the control pulses at the output of the selectors 6 and 7 stops, since the duration of these pulses is determined by the output signal of the comparator 5, which is part of the tracking system that ensures stabilization of the output voltage of the converter. Suppose the output voltage of the converter increased above the nominal value, which leads to an increase in the input voltage of the feedback circuit 4 and a decrease in the voltage at its output. The duration of the output pulses of the comparator 5 is reduced, which returns the output voltage of the Converter to its original state.

В случае превышения выходным напряжением допустимого уровня, определяемого величиной опорного напряжения, выходное напряжение нуль-органа становится равным нулю и оно запирает транзисторный ключ 17. Напряжение на выходе транзисторного ключа увеличивается до величины +Е₂, диод 19 открывается и фиксирует потенциал на входе нуль-органа 14, величина которого определяется напряжением +Е и резисторами 13 и 18 и выбирается из условия удерживания нуль-органа в открытом состоянии. Низкое выходное напряжение нуль-органа приводит к разряду конденсатора интегрирующей цепи 15, что вызывает плавное уменьшение длительности управляющих импульсов и медленное снижение выходного напряжения. Следующее включение преобразователя возможно только после снятия первичного питания.If the output voltage exceeds the permissible level determined by the value of the reference voltage, the output voltage of the zero-organ becomes zero and it locks the transistor switch 17. The voltage at the output of the transistor switch increases to + E ₂ , the diode 19 opens and fixes the potential at the input of zero body 14, the value of which is determined by the voltage + E and resistors 13 and 18 and is selected from the condition of keeping the zero-organ in the open state. The low output voltage of the zero-organ leads to the discharge of the capacitor of the integrating circuit 15, which causes a smooth decrease in the duration of the control pulses and a slow decrease in the output voltage. The next switching on of the converter is possible only after removing the primary power.

Использование предлагаемого стабилизированного преобразователя позволяет повысить надежность конвертора при срабатывании защиты, а также улучшить переходные процессы при подаче на него первичного питания. (56) Авторское свидетельство СССР N 548929, кл. Н 02 М 7/12, 1977. Using the proposed stabilized converter allows to increase the reliability of the converter when the protection is triggered, as well as to improve transient processes when primary power is supplied to it. (56) Copyright certificate of the USSR N 548929, cl. H 02 M 7/12, 1977.

Авторское свидетельство СССР N 586530, кл. Н 02 М 3/24, 1977. USSR copyright certificate N 586530, cl. H 02 M 3/24, 1977.

Claims

A DC / DC converter to a constant voltage, comprising a master oscillator, connected by an output to a sawtooth generator, the output of which is connected to one of the inputs of the first comparator, the output connected to the first inputs of two selectors, the second inputs of which are connected through the frequency divider to the output of the master oscillator, power amplifier, the output of which through the rectifier and filter is connected to the output terminals, also connected to the feedback circuit connected to the second input of the first comparator and through a resistor - with the first input of the null-organ of the protection node, the second input of which is connected to the reference voltage source, and the output is connected to the input of the transistor switch, the output of which is connected through the resistive load to an additional power source and through the diode to the first input of the null-organ the fact that, in order to increase reliability by eliminating the failure of the power amplifier when the protection unit is triggered, a second comparator and an integrating circuit are introduced, the input of which is connected to the output of the zero-organ, the output to the first input of the WTO horn comparator, the second input of which is connected to the output of the sawtooth generator, and the output to the third inputs of the selectors.