SU1134998A1 - Преобразователь напр жени - Google Patents

Abstract

1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ , содержащий двухтактный инвертор С выходным трансформатором и сие-, тему управлени , состо щую из задающего генератора, выход которого подключен к входу узла разделени  фазы, пр мой и инверсный выходы которого подключены соответственно к первым входам первой и второй логических  чеек И, выходы которых через промет жуточные усилители подключены к цеп м управлени  силовыми ключами инвертора , и согласук чих цепочек,подключенных входами к крайним выводам обмотки выходного трансформатора, средний вывод которой подключен к общему проводу системы управлени , отличающийс  тем, что, с целью повышени  надежности и КЦД, введен D-триггер защиты, подключенный D -входом к пр мому выходу узла разделени  фазы, С-входом через  чейку НЕ к выходу задающего генератора, пр мым и инверсным выходом - соответственно к вторым входам первой и второй  чеек И, a R-и 5-входами - к вьрсодам в согласующих цепочек. 2. Преобразователь по п. 1, отличающийс  тем, что, с целью уменьшени  потребл емой системой управлени  мощности, согласующими цепочками  вл ютс  дифференцирующие ЙС-цейочки. СО 4 СО со оо

Description

11 Изобретение относитс  к электротехнике и может быть использовано дл  питани  устройств автоматики, вычислительной техники, средств св зи и т.п. Известны источники питани  с бес трансформаторным входом, которые на повышенной частоте преобразуют выпр мленное сетевое напр жение в необходимые выходные напр жени  с помощью транзисторных инверторов tli). Недостатком указанных источников «питани -  вл етс  низка  надежность защит от сквозньк токов, возникающих при одновременном протекании тока через транзисторы инвертора, работающие в ключевом режиме, в момент их переключени  из-за наличи  некоторого времени рассасывани  избыточных зар дов из области баз запираемых транзисторов. Одним из методов запщты от сквоз ных токов  вл етс  применение гарантированной паузы между импуль сами управлени  инвертором .23. Недостатками такой защиты  вл ютс  снижение выходной мощности и диапазона регулировани  вькодного напр жени  из-за ограничени  длительности импульса на величину паузы увеличение габаритов выходного фильт ра, низка  надежность из-за сложнос ти выбора длительности гарантирован ной паузы с учетом вли ни , факторов на врем  рассасывани  неосновных но сителей из области баз запираемых транзисторов и разброса частотных свойств самих транзисторов. Известен также преобразователь напр жени , содержащий двухтактный инвертор с выходным трансформатором и систему управ1 ени , состо щую из задающего генератора, выход кото рого подключен к входу узла разделени  фазы, пр мой и инверсный выходы которого подключены соответственно к первым входам первой и второй лонических  чеек И, выходы которых через промежуточные усилители подключены к цеп м управлени  силовыми ключами инвертора, и согласующих цепочек , подключенных входами к крайним выводам обмотки выходного трансформатора , средний вывод которой подключен к общему проводу системы управлени , причем коллекторы силовых транзисторов через резистивные делители напр жени  и защитные диоды 8 подключены к вторым входам первой и второй логических  чеек И 3j. Недостатками данного преобразовател   вл ютс  низкий КПД из-за потерь мощности в транзисторах преобразовател  напр жени  в момент их включени  и мощности, вьщел емой в указанных делител х напр жени , и недостаточна  надежность из-за возможности возникновени  сквозных токов в результате насыщени  выходного трансформатора при перегрузке или коротком замыканий вторичных обмоток. Например, при включении преобразовател  напр жени  происходит зар д конденсаторов фильтра, шунтирующих выходные обмотки трансформатора, и работа преобразовател  с максимальными длительност ми импульсов приводит к насыщению трансформатора Цель изобретени  - повьппение надежности и КПД преобразовател  напр жени . Поставленна  цель достигаетс  тем, что в преобразователь напр жени , содержащий двухтактный инвертор с выходным трансформатором и систему управлени  преобразователем, -состо щую из задающего генератора, выход которого подключен к входу узла разделени  фазы, пр мой и инверсный выходы которого подключены соответственно к первым входам первой и второй логических  чеек И, выходы которых через промежуточные усилители подключены к цеп м управлени  силовыми ключами инвертора, и согласующих цепочек, подключенных входами к крайним выводам обмотки вькодного трансформатора, средний вывод которой подключен к общему проводу системы управлени , введен D-триггер защиты, подключенный D-входом к пр мому выходу узла разделени  фазы, С-входом через  чейку НЕ - к выходу задающего генератора, пр мым и инверсным выхопом - соответственно к вторым входам первой и второй  чеек И, а R-И S-входами - к выходам согласующих цепочек, представл ющих собой дифференцирующие КС-цепочки. На фиг. 1 показана принципиальна  схема предлагаемого преобразовател ; на фиг. 2 - диаграммы напр жени , по сн ющие принцип ее работы. Преобразователь напр жени  содержит соединенные последовательно входной выпр митель 1, входной фильтр 2, инвертор 3, выходной трансформатор 4 систему управлени  преобразователем, состо щую из задающего генератора 5, выход которого подключен к входу узла 6 разделени  фазы, пр мой и инв .ерсный выход которого подключен соответственно к первым входам первой и второй 8 логических  чеек И, выходы которых подключены к промежуточным усилител м 9 с трансформаторным выходом, подключенным к цеп м управлени  силовых транзисторов инвертора 3, D-триггера 10 защиты, подключенного D-входом к пр мому выходу узла 6 разделени  фазы,. С-входом через чейку НЕ 11 - к выходу задающего генератора 5, пр мым и инверсным выходом - соответственно к вторым входам первой 7 и второй 8  чеек .И, а R- и S-входами через согласующие цепочки 13 - к крайним выводам дополнительной обмотки 12 выхоп )Ного трансформатора 4, средний вывод которой подключен к общему проводу системы управлени . Кроме того, к третьим выходам вентилей И 7 и 8 подключен выход формировател  16 импульсов управлени  инвертором, подключенный первым входом к выходному фильтру 15, подключенному к выпр мителю 14 напр жени  вторичной обмотки выходного трансформатора 4, а входом синхронизации - к задающему генератору 5.

Преобразователь напр жени  работает следующим образом.

Сетевое напр жение выпр мл етс  во входном выпр мителе 1, сглаживаетс  входным фильтром 2, преобразуетс  в двзпстактном инверторе 3 (выполненным , например, на транзисторах по полумостовой схеме) в высокочастотное переменное напр жение пр моугольной формы, которое с помощью выходно го трансформатора 4 повышаетс  либо понижаетс  до необходимой величины.

Управление транзисторймн инвертора 3 осуществл ет система управлени  через промежуточные усилители 9, к входам которых подключены выходы первой 7 и второй 8  чеек И, в которых осуществл етс  формирование начала и конца импульсов управлени  инвертором (длительности импульса управлени ) путем.объединени  на их входах сигналов с выходов узла 6 разделени  фазы и В-тпиггера 10 защиты.

На .вход узла. 6 разделени  фазы (вьтолненного, например, на триггере) поданы импульсы с выхода задающего генератора 5 (фиг. 2а). Триггер 6 измен ет свое состо ние каждый раз в момент прихода переднего фронта импульса задающего генератора (фиг. 2 б, в). Триггер 10 защиты повтор ет состо ние триггера 6 в момент заднего фронта импульсов задающего генератора 5 (фиг. 2 д), так как его вход подключен к выходу задающего генератора 5 через  чейку НЕ инвертирующую импульсы задающего генератора (фиг. 2 г), а D-вход подключен к пр мому выходу триггера узла 6 разделени  фазы. Таким образом, на выходах  чеек И 7 и 8 формируетс  гарантированна  пауза между импульсами управлени  инвертором, длительность которых равна длительности импульсов задающего генератора (фиг 2 е, ж). Длительность импульсов задающего генератора выбираетс  намного больще времени запирани  насыщенного транзистора с учетом разброса параметров транзисторов и внешних воздействий, так как ее величина не вли ет на работу преобразовател  в установившемс  режиме. Предположим , что в момент времени t, триггеры 6 и 10 установлены в единичное состо ние (т.е. на пр мых выходах присутствует логическа  единица). При этом перва   чейка И 7 через усилитель 9 и первый транзистор инвертора 3 Формирует в началах обмоток выходного трансформатора положительный потенциал. В момент времени t, триггер 6 поп возпействием задающего генератора 5 измен ет свое состо ние Перва   чейка И 7 запираетс  и первый транзистор инвертора 3 ч чинает запиратьс . Однако из-за ограниченных частотных свойств транзистора он закрываетс  некоторое врем  tj-t2 , продолжа  генерировать пр  -этом в начале обмоток выходного трансформатора положительный потенциал . После полного запирани  первого транзистора инвертора за счет  влени  самоиндукции потенциал обмоток мен етс  на противоположный, что приводит к по влению на R-входе триггера 10 защиты положительного потенциала (фиг. 2 з)л устанавливающего его в нулевое состо ние, (т.е. в состо ние , в котором находитс  в данный

момент триггер 6). При этом открываетс  втора  . чейка И 8, котора  отпирает второй транзистор инвертора 3. Запирание второго транзистора происходит аналогично первому, а обмотка 12 при этом устанавливает триггер 10 в единичное состо ние сразу после полного запирани  второго транзистора и по влени  положительного потенциала на З-входе D-триггера 10 защиты (фиг, 2 и).

Таким образом, схема позвол ет автоматически отпереть очередной транзистор инвертора 3 сразу после полного запирани  предьщущего, что устран ет возможность протекани  сквозных токов и обеспечивает максимальную ширину выходных импульсов, Кроме того, очередной транзистор инвертора включаетс  при малом напр жении коллектор - эмиттер, так как за счет  влени  самоиндукции первична  обмотка выходного трансформатора 4 стремитс  уменьшить напр жение коллектор - эмиттер открывающего с  транзистора, а открываетс  оН в тот момент, когда ЭДС самоиндукции на дополнительной обмотке дорастает до напр жени  логической единицы. Эт значительно уменьшает потери в транзисторах инвертора при включении и повышает КПД всего устройства в целом.

Если к входам  чеек И подключить выход формировател  16 импуль сов управлени  инвертором, который в зависимости от выходного напр жени  на выходном фильтре 15, подключенном к вьтр мителю 14 напр жени  вторичной обмотки выходного трансформатора 4, формирует широтно-модулированные импульсы, синхронизированные с задающим генератором 5, то полученный преобразователь напр жени  позвол ет стабилизировать выходное напр жение, причем диапазон регулировки выходного напр жени  расширен за счет того, что преобразовател позвол ет увеличивать коэффициент заполнени  периода до максимальной величины,- ограниченной только частот ными свойствами конкретных транзисторов инвертора,

В качестве формировател  импульсов управлени  инвертором может быть

узел, состо щий из усилитетг  обратной св зи, на один из входов которого подано опорное напр жение, а на второй - выходное напр жение преобразовател , выход которого подключен к одному из входов компаратора, на второй из которых подано линеаризирующее напр жение, например., с выхода , генератора пилообразного напр жени , синхронизированного с задающим генератором. Выход компаратора  вл етс  выходом формировател .

Дополнительна  обмотка 12 выходного трансформатора 4 подключена к Rи S-входам триггера 10 защиты через согласующие цепочки 13, роль которых могут выполн ть разделительные диоды либо, дл  уменьшени  потребл емой мощности от дополнительной обмотки, в качестве согласующих цепочек могут быть применены дифференцирующие RC-цепочки, так как дл  управлени  триггером 10 защиты достаточно кратковременного импульса с дополнительной обмотки.

При коротком замыкании во вторичных обмотках выходного трансформатора напр жение на дополнительной обмотке становитс  ниже величины логической единицы, что сразу же вызывает сужение импульсов управлени  до заданной заранее величины, равной паузе между импульсами задающего генератора 5, что обеспечивает одновременно защиту от короткого замыкани  и от сквозного тока. То же самое происходит и при любой неисправности в цепи дополнительна  обмотка - Dтрйггер заащты., что повышает надежность преобразовател .

Таким образом, предлагаемое устройство за счет введени  дополнитльного D-триггера защиты и обмотки в выходном трансформаторе исключает возникновение сквозных токов инвертора , повьшгает КПД преобразовател  за счет включени  транзисторов инвертора при низком напр жении коллектор-эмиттер , обеспечивает более широкий диапазон регулировки выходного напр жени , так как по вл етс  возможность получени  максимального коэффициента заполнени .

и,

сети

/f

Вых

15

Itf

ггг

с

г

е

&

Ми

Ж

LiVMMBiiM B й ат й щ 1 лЛ

13

12

tput.1

Claims (2)

1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий двухтактный инвертор £ выходным трансформатором и сис-. тему управления, состоящую из задающего генератора, выход которого подключен к входу узла разделения фазы, прямой и инверсный выходы которого подключены соответственно к первым входам первой и второй логических ячеек И, выходы которых через проме-? жуточные усилители подключены к цепям управления силовыми ключами инвертора, и согласующих цепочек,подключенных входами к крайним выводам обмотки выходного трансформатора, средний вывод которой подключен к общему проводу системы управления, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и КПД, введен D-триггер защиты, подключенный D -входом к прямому выходу узла разделения фазы, С-входом через ячейку НЕ к выходу задающего генератора, прямым и инверсным выходом - соответственно к вторым входам первой и второй ячеек И, aR -и 5-входами - к выходам § согласующих цепочек.

2. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что, с целью уменьшения потребляемой системой управления мощности, согласующими цепочками являются дифференцирующие ЙС-цеЛочки.

SU.J134998 . 2