SU1145427A1

SU1145427A1 - Stabilized converter

Info

Publication number: SU1145427A1
Application number: SU833573797A
Authority: SU
Inventors: Анатолий Семенович Баскин; Анатолий Иванович Ратушный
Original assignee: Научно-Исследовательский Институт Управляющих Вычислительных Машин
Priority date: 1983-04-04
Filing date: 1983-04-04
Publication date: 1985-03-15

Abstract

СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ КОНВЕРТОР по авт. св. № 944018, отличающийс тем, что, с целью повышени надежности путем защиты силовых транзисторов усилител мощности от перегрузок по току, в него введен вспомогательный источник плавно нарастающего напр жени , входом соединенный с выводами дл подключени входного напр жени , а выходом - со входом введенного узла контрол напр жени , выход которого через введенный дополнительный диод подключен к указанной общей точке конденсатора и диода. СО 4 ел 4: tc «-JSTABILIZED CONVERTER on author. St. No. 944018, characterized in that, in order to increase reliability by protecting the power transistors of the power amplifier against overcurrent, an auxiliary source of gradually increasing voltage is introduced into it, connected to the terminals for connecting the input voltage, and output to the input of the input node control voltage, the output of which through the input of the additional diode is connected to the indicated common point of the capacitor and the diode. CO 4 ate 4: tc "-J

Description

Изобретение относитс к преобразовательной электротехнике, может быть использовано во вторичных источниках питани , По основному авт,св.№ 944018 известен стабилизированный конверто содержащий усилитель мощности на транзисторах, входом соединенный с выводами дл подключени входного напр жени , а выходом - с первичной обмоткой выходного трансформатора, вторична обмотка которого через выпр митель и фильтр подключена к выводам дл подключени нагрузки и входу широтно-импульсного модул тора , другими входами .соединенного с источником опорного напр жени и выходом генератора пилообразного напр жени , а выходом - с одним входом формировател управл ющих импульсов, выходом подключенного к управл ющим входам усилител мощности , а другим входом к выходу узл защиты от перегрузки, одним входом соединенного с источником опорного напр жени , датчик тбка перегрузки , входом включенный ,в силовые цепи транзисторов усилит.ел мощности , выход датчика тока перегрузки зашунтирован последовательной цепью состо щей из диода, конденсатора и резистора, причем обща точка диод и конденсатора соединена с другим входом узла защиты, а обща точка конденсатора и резистора - с выходом генератора пилообразного напр жени . Стабилизированный конвертор, ис пользующий усилитель мощности с широтно-импульсной модул цией, обыч но содержит индуктивно-емкостной сглаживающий фильтр. При В1 лючении стабилизированног конвертора, когда его выходное напр жение еще не достигло номинального значени , транзисторы усилите л мощности работают со скважностью два, поскольку широтно-импульсный дул тор еще не работает. Переменно напр жение на вторичной обмотке вькодного трансформатора имеет форму меандра и после его вьшр млени получаетс посто нное напр ж ние, поступающее на вход сглаживаю го фильтра. При этом возникает пер ходный процесс колебательного хара тера. При этом имеет место максиму зар дного тока дроссел , когда 27 , 2 амплитуда тока внесколт ко раз превышает ток в дросселе в установившемс режиме. С такой же кратностью возрастает коллекторный ток транзисторов усилител мощности. Дополнительное возрастание тока дроссел и, как следствие, токов силовых транзисторов возможно за счет насыщени сердечника дроссел большим зар дным током riJ. Поскольку при включении коллекторный ток силовых транзисторов с кратностью вьппе двух пр€;вьпиает его величину в установившемс режиме, имеет место превышение предельно допустимого коллекторного тока силовых транзисторов, что, как известно , существенно снижает надежность устройства. Таким образом, недостатком известного стабилизированного конвертора вл етс низка надежность за счет перегрузки по коллекторному току силовых транзисторов усилител мощности при включении. Цель изобретени - повьгаение надежности стабилизированного конвертора путем защиты силовых транзисторов усилител мощности от перегрузок по току при включении. Указанна цель достигаетс тем, что в стабилизированный конвертор введен вспомогательный источник питани плавно нарастающего напр жени , входом соединенный с выводами дл подключени входного напр жени , а выходом - со входом введенного узла контрол напр жени , выход которого через введенньй дополнительный диод подключен к указанной общей точке конденсатора и диода. На чертеже представлена принципиальна электрическа схема стабилизированного конвертора в полумостовом варианте дл случа вьшолнени датчика тока перегрузки на трансформаторе тока с первичной обмоткой, включенной последовательно с первичной обмоткой выходного трансформатора, и вторичной обмоткой через вьтр митель подключенной к резистору. Стабилизированный конвертор содержит усилитель 1 мощности с силовыми транзисторами 2 и 3, управ л ющими с помощью трансформаторов 4 и 5 тока. К выходу усилител 1 мощности подключена первична обмотка выходного трансформатора 6, вторична обмотка которого через вьтр митель 3 7 и фильтр 8 соедннепп с выводами дл подключени нагру:зки, соединенными также с входом широтно-иниульсного Модул тора 9, другими входами подключенного к выходу генератора 10 пилообразного напр жени и источнику 11 опорного напр жени , а выходом - к входу формировател 12 управл ющих импульсов, выходы которого соединены с управл юпшми обмотками 13 и 14 трансформаторов 4 и 5 соответственно . Узел 15 защиты от перегрузки входом А соединен с источником 11 опорного напр жени , а выходом - с одним из входов формировател 12 управл ющих импульсов. Датчи 16тока перегрузки входом включен в коллекторные цепи силовых транзисторов 2 и 3 последовательно с первич ной обмоткой выходного трансформатора 6 и состоит из трансформатора 17тока, выпр мител 18 и резистора 19. Выход Датчика 16 тока перегрузки зашунтирован дополнительно введенной последовательной цепью, состо щей из диода 20, конденсатора 21 и резистора 22. Обща точка диода 20 и конденсатора 21 соединена со входом Б узла 15 защиты, а обща точка конденсатора 21 и резистора 22 соединена с выходом генератора 10 пилообразного напр жени через резистор 23. Вспомогательный источник 24 питани плавно нарастающего напр жени входом соединен с выводами дл подключени входного напр жени , а выходом - со входом узла 25 контро л напр жени , выход которого через дополнительный .диод 26 подключен к общей точке конденсатора 21 и диода 20, Узел 25 контрол напр жени может состо ть из делители напр жени на резисторах 27 и 28, включенного на выходе вспомогательного источника 24 питани , один из выходных выводов последнего соединен с эмиттером транзистора 29, переход база эмиттер которого зашунтирован резистором 30, база через последовательно включенные стабилитрон 31 и резистор 32 подключена к другому выходному выводу источника 24, а коллектор сое динен со средней точкой резистивного делител напр жени (27, 28), вл ющейс выходом узла 25 контрол напр жени . Стабилизированный конвертор работает следующим образом. 274 В гаиротно-импульсноммодул торе 9 происходит сравнение опорного нлпр жени источника 11 с суммой пилообразного напр жени и выходного напр жени стабилизированного конвертора . Выходные сигналы щиротноимпульсного модул тора 9 трапецеидальной формы поступают на вход формировател 12 управл ющих импульсов, формирующего два последовательно широтно-модулированных импульса с крутыми фронтами, сдвинутые по фазе друг относительно друга на 180 . Эти импульсы посредством управл ющих обмоток 13 и 14 трансформаторов 4 и 5 тока обеспечивают переключение силовых транзисторов 2 и 3 усилител 1 мощности со скважностью, необходимой дл поддержани выходного напр жени стабилизированного конвертора на заданном уровне, т.е. имеет .. место режим стабипизации выходного напр жени . При этом импульсы датчика 16 тока перегрузки, пропорциональные импульсам коллекторных токов транзисторов 2 и 3, через диод 20и резистор 22 зар жают до амплитудного значени импульсов конденсатор 21. Сумма напр жени на конденсаторе 21 и пилообра иого напр жени на резисторе 22, поступающа на вход К узла 15 защиты от перегрузки , в качестве которот-о может быть использован операционный усилитель или компаратор, меньше опорного, напр жени на входе Л последнего. При этом отсутствует воздействие узла 15.защиты на формирователь 12 управл ющих импульсов. При возникновении перегрузки по току на вьсходе стабилизированного конвертора амплитуда импульсов напр жени на выходе датчика тока перегрузки 16 увеличиваетс . Конденсатор 21через диод 20 и резистор 22 зар жаетс до наиболыие амплитуды этих импульсов. -В результате сумма пилообразного напр жени на резисторе 22 и напр жени на конденсаторе 21 на части полупериода провынгает опорное напр жение. При этом на выходе узла 15 защиты по вл ютс импульсы, воздействующие на форм1грователь 12 та- КИМ образом, что скв;1ж ость управл ющих импульсов, а следовательно, и импульсов коллекторного тока силовых транзисторов 2 и 3 возрастают. Выходное напр жение стабилизированного конвертора падает, а выходной ток определ етс порогом огра1гичени узла 15 защиты и остаетс неизменным при дальнейшем уменьшении сопротивпени нагрузки вплоть до полного КО роткОго : замыкани ,т.е. имеет место режим стабилизации выходного тока.The invention relates to converter electronics, can be used in secondary power sources. According to the main auto, St. 944018 is known a stabilized envelope containing a transistor power amplifier, connected to the terminals for connecting the input voltage, and output to the primary winding of the output transformer, the secondary winding of which is connected via a rectifier and filter to the terminals for connecting the load and the input of a pulse-width modulator, other inputs connected to the source porous voltage and the output of the sawtooth voltage generator, and the output with one input of the control pulse shaper, the output connected to the control inputs of the power amplifier, and the other input to the output of the overload protection unit, one input connected to the reference source, a sensor An overload, the input included, in the power circuits of the transistors, amplifies the power, the output of the overload current sensor is shunted by a series circuit consisting of a diode, a capacitor and a resistor, and the common point is a diode and cond The sensor is connected to another input of the protection node, and the common point of the capacitor and resistor is connected to the output of the saw-tooth generator. A stabilized converter that uses a pulse-width modulated power amplifier usually contains an inductive capacitive smoothing filter. When B1 is switched on the stabilized converter, when its output voltage has not yet reached the nominal value, the transistors of the power amplifier operate with a duty cycle of two, since the pulse-width pulsator does not work yet. The alternating voltage on the secondary winding of the encoder transformer has the form of a meander and after it is exhausted, a constant voltage is applied to the input of the smoothing filter. In this case, there arises a process of oscillatory nature. In this case, the maximum of the charge current of the throttle occurs, when the 27, 2 current amplitude is split more than the current in the choke in the steady state. With the same multiplicity increases the collector current of the transistors power amplifier. An additional increase in the current of the throttles and, as a result, of the currents of the power transistors is possible due to the saturation of the core of the throttles with a large charging current riJ. Since when switching on the collector current of power transistors with a multiplicity of two pr €; its value in a steady state, the maximum permissible collector current of power transistors, which, as is well known, significantly reduces the reliability of the device. Thus, the disadvantage of the known stabilized converter is the low reliability due to the overload of the collector current of the power transistors of the power amplifier when turned on. The purpose of the invention is to povigeniya reliability stabilized converter by protecting the power transistors of the power amplifier against overcurrent when turned on. This goal is achieved by introducing a smoothly increasing auxiliary power supply to the stabilized converter, the input connected to the leads for connecting the input voltage, and the output to the input of the input voltage monitoring node, the output of which is connected to the specified common point through the input additional diode. capacitor and diode. The drawing shows a circuit diagram of a stabilized converter in a half-bridge version for implementing an overload current sensor on a current transformer with a primary winding connected in series with the primary winding of an output transformer and a secondary winding through a transmitter connected to a resistor. The stabilized converter contains a power amplifier 1 with power transistors 2 and 3 controlled by current transformers 4 and 5. The output winding of the output transformer 6 is connected to the output of the power amplifier 1, the secondary winding of which is connected via a terminal 3 7 and a filter 8 connected to terminals for connection of the load connected also to the input pulse width modulator 9, other inputs connected to the output of the generator 10 the sawtooth voltage and the source 11 of the reference voltage, and the output to the input of the driver 12 control pulses, the outputs of which are connected to the control windings 13 and 14 of transformers 4 and 5, respectively. An overload protection node 15 is connected to an input source A with a voltage source 11, and an output to one of the inputs of a driver 12 control pulses. An overcurrent sensor input is connected to the collector circuit of power transistors 2 and 3 in series with the primary winding of the output transformer 6 and consists of a transformer 17current, rectifier 18 and a resistor 19. The output of the overload sensor 16 is shunted by an additionally inserted serial circuit consisting of diode 20 a capacitor 21 and a resistor 22. The common point of the diode 20 and the capacitor 21 is connected to the input B of the protection unit 15, and the common point of the capacitor 21 and resistor 22 is connected to the output of the sawtooth generator 10 via a resistor source 23. Auxiliary power supply 24 of a smoothly increasing voltage is connected to the terminals for connecting the input voltage, and the output to the input of the node 25 is a voltage controller, the output of which is connected through an additional diode 26 to the common point of the capacitor 21 and diode 20, Voltage monitoring node 25 may consist of voltage dividers on resistors 27 and 28 connected at the output of auxiliary power supply 24, one of the output pins of the latter is connected to the emitter of transistor 29, the junction base of which is emitter A resistor 30, a base through a series-connected Zener diode 31 and a resistor 32 are connected to another output terminal of source 24, and the collector is connected to the midpoint of the resistive voltage divider (27, 28), which is the output of the voltage control unit 25. Stabilized converter works as follows. 274 In a gairo pulse modulator 9, the reference voltage of the source 11 is compared with the sum of the sawtooth voltage and the output voltage of the stabilized converter. The output signals of the pulse-width modulator 9 of the trapezoidal shape are fed to the input of the driver 12 of the control pulses, which forms two successively width-modulated pulses with steep fronts that are out of phase relative to each other by 180. These pulses, by means of the control windings 13 and 14 of the current transformers 4 and 5, switch the power transistors 2 and 3 of the power amplifier 1 with the duty ratio necessary to maintain the output voltage of the stabilized converter at a predetermined level, i.e. has .. place stabilize the output voltage. In this case, the pulses of the overload current sensor 16, proportional to the pulses of the collector currents of the transistors 2 and 3, through the diode 20 and the resistor 22 are charged to the amplitude of the pulses of the capacitor 21. The sum of the voltage on the capacitor 21 and the saw voltage on the resistor 22 applied to the input overload protection node 15, as an operating amplifier or comparator, less than the reference, the voltage at the input L of the latter can be used as a Q-switch. At the same time, there is no impact of the protection node 15. on the driver of the control pulses 12. When an overcurrent occurs at the upstream of the stabilized converter, the amplitude of the voltage pulses at the output of the overcurrent sensor 16 increases. The capacitor 21 through the diode 20 and the resistor 22 is charged to the greatest amplitude of these pulses. As a result, the sum of the sawtooth voltage on the resistor 22 and the voltage on the capacitor 21 on the part of the half-cycle coaxes the reference voltage. In this case, at the output of the protection node 15, there appear pulses affecting the formatter 12 in such a way that the RMS; 1 of the control pulses, and hence the collector current pulses of the power transistors 2 and 3, increase. The output voltage of the stabilized converter drops, and the output current is determined by the limiting threshold of the protection node 15 and remains unchanged with a further decrease in load resistance up to the full TO: short circuit, i.e. There is a mode of stabilization of the output current.

После сн ти перегрузки нормальный режим стабилизации выходного напр жени автоматически восстанавливаетс . Мала посто нна времени зар да конденсатора 21 и больша посто нна времени его разр да на входную цепь узла 15 защиты обеспечивают значительно меньшую амплитуду переменного напр жени на конденсаторе 21, чем амплитуда пилообразного напр жени на резисторе 22. Это обуславливает в режиме перегрузки симметричной воздействие узла 15 защиты на формирователь 12 и-длительность импульсов транзисторов 2 и 3 уменьшаетс симметрично при уменшении сопротивлени нагрузки. Даже при значительном разбросе времен рас сасывани транзисторов 2 и 3 насыщени вьтходного трансформа-тора не происходит , а максимальна амплитуда коллекторньтх токов этих транзисторов определ етс порогом ограничени узла 15 защиты.After the overload is removed, the normal stabilization mode of the output voltage is automatically restored. The small constant of the charge time of the capacitor 21 and the longer constant of its discharge to the input circuit of the protection unit 15 provide a much smaller amplitude of the alternating voltage on the capacitor 21 than the amplitude of the sawtooth voltage on the resistor 22. This causes the node to act in an overload mode. 15, the protection to the driver 12 and the pulse duration of the transistors 2 and 3 decrease symmetrically with a decrease in the load resistance. Even with a significant scatter in the suction times of the transistors 2 and 3, the saturation of the downstream transformer does not occur, and the maximum amplitude of the collector currents of these transistors is determined by the threshold limit of the protection node 15.

ПОСКОЛЬКУ конденсатор 21 подключен на выход датчика 16 тока перегрузки через резистор 22, сопротивление которого может быть значйтельно больше выходного сопротивлени датчика 16 тока, при скачкообразном уменьшении сопротивлени нагрузки, коротком замыкании или аварийном возрастании коллекторного тока силового транзистора 2 или 3 весь выходной сигнал датчика 16 тока независимо от емкости конденсатора 21 мгновенно поступает на вход Б узла 15 защиты от перегрузок, т.е. имеет место быстродействующее токоограничение . Диод 20 предотвращает разр д конденсатора 21 на выходные цепи датчика 16 тока перегрузки.BECAUSE the capacitor 21 is connected to the output of the overload current sensor 16 through a resistor 22, the resistance of which can be significantly greater than the output resistance of the current sensor 16, with an abrupt decrease in load resistance, short circuit or emergency rise of the collector current of the power transistor 2 or 3, the entire output signal of the current sensor 16 regardless of the capacitance of the capacitor 21 instantaneously enters the input B of the node 15 protection against overloads, i.e. There is a fast current limit. Diode 20 prevents the discharge of capacitor 21 to the output circuit of current overload sensor 16.

При включении стабилизированного конвертора выходное напр жение вспомогательного источника 24 питани плавно нарастающего напр жени поступает на вход узла 25 контрол напр жени . Когда его величина еще не достигла установившегос значени , поступающий через резистор 32 и стабилитрон 31, не созда-;When the stabilized converter is turned on, the output voltage of the auxiliary power supply 24 of the gradually increasing voltage is fed to the input of the voltage control unit 25. When its value has not yet reached the steady-state value, which comes through the resistor 32 and the zener diode 31, it has not been created;

ет па резисторе 30 напр жени , достаточного дл отпирани транзистора 29, который при этом,закрыт, Падение напр жени на резисторе 28 через дополнительный диод 26 и резистор 22 зар жа.ет ):онденсатор 21 до напр жени , значительно превьпиающего напржение источника 11 опорного напр жени . На выходе узла 15 защиты устанавливаетс уровень, воздействующий на формирователь 12 управл ющих импульсов таким образом, что силовые транзисторы 2 и 3 усилител мощности остаютс закрытыми.There is a voltage resistor 30 sufficient for unlocking the transistor 29, which is then closed. The voltage drop across the resistor 28 through the auxiliary diode 26 and the resistor 22 charges. Net): The capacitor 21 to a voltage that significantly exceeds the voltage source 11 of the reference tension At the output of the protection unit 15, a level is established which acts on the driver 12 of the control pulses so that the power transistors 2 and 3 of the power amplifier remain closed.

При дальнейшем повьшении выходног напр жени вспомогательного источника 24 напр жени транзистор 29 открываетс током, поступающ в его базу через резистор 32 и стабилитрон 31, и шунтирует резистор 28 делител напр жени . Диод 26 запираетс , в результате чего прекращаетс зар д конденсатора 21 с выхода узла 25 контрол напр жений. Начинаетс медленный разр д конденсатора 21 чере;з входную цепь узла 15 защиты. По мере разр да конденсатора 21 в интервалы времени, когда сумма посто нного напр жени на конденсаторе 21 и пилообразного напр жени на резисторе 22 становитс меньше выходного напр жени источника 11 опорного напр жени , на выходе узла 15 защиты устанавливаетс уровень, обеспечивающий путем воздействи на формирователь 12 отпирание одного из силовых транзисторов 2 или 3 усилител мощности. В результате медленного снижени напр жени на конденсаторе 21 продолжительность открытого состо ни транзисторов 2 и 3 плавно увеличиваетс . Транзисторы 2 и 3 пропускают рабочие импульсы тока с медленно уменьшающейс скважностью до достижени ее величины, определ емой широтно-модулированным импульсным управл юпщм сигналом. В результате на вход индуктивноемкостного фильтра 8 с выхода выпр. мител 7 поступает импульсное напр жение с медлэнно уменьшающейс скважностью от весьма большой до рабочей, определ емой широтно-импульсным модул тором 9. Большие длительности пауз по сравнению с длительност ми импульсов в начале процесса включени обеспечивает такой | разр д дроссел фильтра 8 в паузе каж7 1143 дого полупериода рабочей частоты, что ток дроссели нарастает медленно без превышени его установившейс величины в пусковом режиме. Пропорционально току дроссел нарастаютj амплитуды импульсов коллекторного тока силовых транзисторов 2 и 3. Их величины при включении не превышагот значений установившегос режима. В дальнейшем конденсатор 21 раз- ю р жаетс до уровн , определ емого напр жением на, выходе датчика 16 тока перегрузки. Сумма этого напр 4278 жени и пилообразного напр жени на / резисторе 22 станогштс при этом ниже напр жени опорного источника 11 и на вькоде узла 15 защиты устанавливаетс уровень, не оказывающий вли ни на установившийс режим работы стабилизированного конвертора. Таким образом, изобретение обеспечивает повьппенйе надежности стабилизированного конвертора путем защиты силовых транзисторов усилител мощности от перегрузок по току при включении.With a further increase in the output voltage of the auxiliary voltage source 24, the transistor 29 is opened by current, entering its base through the resistor 32 and the zener diode 31, and bypasses the resistor 28 of the voltage divider. The diode 26 is locked, as a result of which the charge of the capacitor 21 from the output of the voltage control unit 25 is stopped. Slow discharge of the capacitor 21 begins; from the input circuit of the protection unit 15. As the capacitor 21 is discharged at intervals when the sum of the DC voltage on the capacitor 21 and the sawtooth voltage on the resistor 22 becomes less than the output voltage of the reference voltage source 11, the output level of the protection node 15 is set to provide 12 unlocking one of the power transistors 2 or 3 power amplifier. As a result of the slow decrease of the voltage on the capacitor 21, the duration of the open state of the transistors 2 and 3 increases smoothly. Transistors 2 and 3 transmit operating current pulses with a slowly decreasing duty cycle until it reaches its value, determined by the width-modulated pulse control signal. As a result, the input of the inductive filter 8 from the output rectified. Mettel 7 receives a pulse voltage with a slowly decreasing duty cycle from a very large to a working one defined by a pulse width modulator 9. A longer pause duration compared to the pulse duration at the beginning of the switching process provides such | The discharge of the choke of the filter 8 in the pause of each 1143 second half-period of the operating frequency that the choke current increases slowly without exceeding its steady-state value in the starting mode. In proportion to the throttle current, the amplitudes of the pulses of the collector current of power transistors 2 and 3 increase. Their magnitudes when the values of the steady state are turned on. Subsequently, the capacitor 21 is expanded to a level determined by the voltage on the output of the overload current sensor 16. The sum of this voltage 4278 and sawtooth voltage on the stannog resistor 22 is then below the voltage of the reference source 11 and on the code of the protection unit 15 a level is established that does not affect the steady state operation of the stabilized converter. Thus, the invention provides for the reliability of the stabilized converter by protecting the power transistors of the power amplifier from overcurrent during switching on.

Claims

STABILIZED CONVERTER by ed. St. ft 944018, characterized in that, in order to increase reliability by protecting the power transistors of the power amplifier from current overloads, an auxiliary source of smoothly rising voltage is introduced into it, connected to the terminals for connecting the input voltage, and the output to the input of the input node voltage control, the output of which through the introduced additional diode is connected to the indicated common point of the capacitor and diode.

SU. 1145427>