SU1709457A1 - Резонансный преобразователь посто нного напр жени с защитой по току - Google Patents

Description

Изобретение относитсй к электротехнике и может быть использовано в системах электропитани .

Известен резонансный преобразователь напр жени , содержащий полумостовой инвертор, в диагональ которого включены резонансный контур с силоа ым трансформатором и датчик тока, блок управлени , содержащий усилители обратной св зи по выходному напр жению и среднему току нагрузки, выходы которых через сумматор и узел преобразовани  напр жени  в частоту подключены к импульсному усилителю силовых транзисторов, и узел контрол  наличии резонансного тока на компараторе, выходом подключенном к входу импульсного усилител .

Построение цепи управлени  указанного преобразовател  основано на контроле суммы сигналов выходного напр жени  и среднего значени  резонансного тока в диагонали инвертора. При перегрузке и аварийном снижении выходного напр жени  среднее значение тока сначала возрастает под действием обратной св зи, уменьшающей паузы между полуволнами резонансного тока, а затем - за счет роста амплитуды резонансного тока, так как пересчитанное к первичной обмотке выходное напр жение уменьшаетс . Все это приводит к росту мак симальных зна4енйй тока через транзисторы инвертора и при длительной работе на перегрузку или короткое замыкание может вызвать выход их из стро .

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату, к предлагаемому  вл етс  резонансный преобразователь напр жени , содержащий полумостовой инвертор на магнитно-транзисторных ключах, в диагональ которого включен резонансный контур с датчиком тока и силовым трансформатором, блок обратной св зи, входом соединенный с выходными выводами, а выходом с импульсным усилителем, своим выходом подключенным к выключающей обмотке трансформатора тока магнитно-транзисторных ключей, и блок защиты, выход которого через импульсный усилитель подключен к выключающей обмотке трансформатора тока, вход импульсного усилител  подключен к выходу узла выделени  тока перегрузки на усилителе, генераторе и таймере .

Принцип регулировани  известного преобразовател  заключаетс  в изменении частоты колебаний вблизи резонансной, что приводит к уменьшению амплитуды резонансного тока. Недостатками его  вл ютс 

переключение транзисторов при ненулевом значении тока и наличие динамических потерь . При перегрузке, когда выходное напр жение уменьшаетс , блок обратной

св зи вырабатывает импульсы с более низкой частотой, чтобы увеличить амплитуду резонансного токд и тем самым скомпенсировать падение выходного напр жени . При перегрузке потоку аварийно снижаетс 

0 выходное напр жение. Снижение выходного напр жени  приводит к снижению частоты коммутации и росту амплитудного значени  резонансного тока по цепи обратной св зи. Кроме того, снижение выходного

5 напр жени ,пересчитанного в первичную цепь, также ведет к росту амплитуды резонансного тока. При зтом коммутаци  транзисторов происходит вблизи максимальных значений резонансного тока, что еще более

0 повышает потери на переключение. Недостатком  вл етс  также то, что в режиме перегрузки млм короткого замыкани  схема защиты возвращаетс  в исходное состо ние вс кий раз, когда резонансный ток в диагонали проходит через ноль, т.е. при перегрузке транзисторы работают в наиболее неблагопри тном режиме неограниченно долго. Кроме того, сама схема защиты  вл етс  довольно сложной, так как содержит

0 синхронизируемый генератор, формирователь длительности импульса и управл емый узел сравнени .

Цель изобретени  - повышение надежности и упрощение.

5 Поставленна  цель достигаетс  тем, что в резонансномпреобразователе посто нного напр жени  с защитой по току, содержащем подключенный к выходным выводам двухтактный инвертор на магнитно-тракзи0 сторных ключах, в диагональ которого включены последовательно соединенные резонансный контур, трансформаторный датчик тока и первична  обмоткз силового трансформатора, выходные обмотки которого через силовые выпр мители и фильтры соединены с выходными выводами, блок уп равлени  входом соединен с одним из вы-ходных выводов, а выходом через первый ключевой транзистор - с выходом первого

0 выпр мител , вход которого подключен к выключающей обмотке трансформатора тока магнитно-транзисторных ключей, второй выпр митель входом подключен к выходу трансформаторного датчика тока, источник

5 опорного напр жени  и узел защиты, выполненный на пороговом усилителе и втором ключевом транзисторе, трансформатор тока снабжен двум  пусковыми обмотками, соединенными с дополнительными выходами блока управлени , в узел защиты введены два делител  напр жени , два диода, шесть резисторов, транзистор и конденсатор , а пороговый усилитель выполнен двухвыходным , причем первый делитель напр жени  входом подключен к выходу второго выпр мител , а выходом - к неинвертирующему входу порогового усилител , ин вертирующйй вход которого подключен к выходу второго делител  напр жени , а вход через первый резистор - к источнику опорного напр жени , первый выход порогового усилител  через второй резистор соединен с выводом питани  и через третий резистор с базой второго кл ючевого транзистора , эмиттер которого соединен с общей шиной, а коллектор через первый диод - с выходом первого выпр мител  и через второй диод и четвертый резистор С входом второго делител  напр жени , неинвертирующий 8ХОД порогового усилител  подклк) чен к выводу конденсатора, который другим выводом соединен с выводом питани  через п тый резистор и с коллектором транзисто ра, эмиттер которого подключен к общей шине, база подключена соответственно к второму выходу порогового усилител  и через шестой резистор к общей шине.

На чертеже приведена схема предлагаемого преобразовател .

Резонансный преобразователь содержит подключенный к входным выводам полумостовойинверторна магнитно-транзисторных ключах, выполненных на силовых транзисторах 1 и 2 и трансформаторе тока. В диагональ инвертора включены последовательно датчик 4 тока, резонансный контур 5 и силовой трансформатор 6, Выходные обмотки которого через силовые выпр мители и фильтры подключены к выходным выводам. JflycKOвые обмотки 7 и 8 трансформатора 3 тока подключены к дополнительным выходам блока 9 управлени , вход которого подключен к одному из выходных выводов, выключающа  обмотка 10 трансформатора 3 тока через первый выпр митель 11 соединена С коллектором и змитгером первого ключевого транзистора 12, база которого подключена к выходу блока управлени . Выход датчика 4токачерез второй выпр митель 13 подключен к первому делителю 14 напр жени , выход которого соединен с неинвертирующим входом порогового усилител  15, инвертирующим входом подключенного к выходу второго делител  16 напр  кёни , который СВОИМ входом через первый резистор 17 подключен к источнику 18 опорного капр  кени . Первый выход порогового усилител  15 подключен через второй резистор 19 к выводу питани  и через третий резистор 20 к базе второго ключевого транзистора 21, эмиттер которого через цепь 22 смещени  подключен к общей шине, а коллектор через первый диод 23 соединен с выходом первого выпр мител  11 и через последовательно соединенные второй диод 24 и четвертый резистор 25 с входом второго делител  16. Неинвертирующий вход порогового усилител  15 подключен к первому выводу конденсатора 26, другой вывод которого соединен соответственно через п тый резистор 27 с выводом питани  и через коллектор-эмиттер транзистора 26 с общей шиной . База транзистора 28 подключена соответственно к втррому выходу порогового усилител  15 и через шестой резистор 29 к общей шине. Блок управлени  преобразователем в случае как регулируемого, так и нерегулируемого вариантов может быть выполнен по любой известной схеме, обеспечивающей противофазное управление магнитно-транзисторными ключами с нулевой паузой. Пороговый усилитель может быть выполнен на компараторе с открытыми коллектором и эмиттером выходного транзистора , например КР5544САЗ, или любом другом усилителе, имеющем два противофазных выхода. Датчик тока может быть выполнен на трансформаторе с нагрузочным резистором.

Преобразователь работает следук1щим образом.

На управл ющие обмотки 7 и 8 трансФорматора 3 тока приход т чередующиес  импульсы, длительность которых достатЬч на дл  прохождени  через соответствующий транзистор 1 (2) только одной полуволны резонансного тОка. Регулирование осуществл етс  длительностью паузы между управл ющими импульсами, в течение которой обмотка 10 трансформатора 3 тока закорачиваетс  .через выпр митель 11 ключевым транзистором 12, что удерживает оба транзистора 1 и 2 в закрытом состо нии. Средний уровень выходного напр жени , пересчитанный к первичной обмотке силового трансформатора 6, определ ет максимальное значение резонансного тока через силовые транзисторы 1 и 2. В номинальном режиме при отсутствии перегрузки сигнал с источника 18 опорного напр жени  через резистор 17 и делитель 16 подаетс  на инвертирующий вход порогового усилител  15. В этом режиме сигнал с датчика 4 тока через выпр митель 13 и делитель 14 поступает на интегратор, образованный сопротивлени ми Делител  14, резистором 27, конденсатором 26 и транзистором 28. Последний .в номинальном режиме открыт. Поскольку в номинальном режиме среднее

значение напр жени  на конденсаторе 26 и на неинвертирующем входе порогового усилител  15 меньше, чем на инвертирующем входе, его выходной транзистор открыт. Напр жением на резисторе 29 транзистор 28 удерживаетс  в открытом состо нии, а ключевой транзистор 21 удерживаетс  в закрытом состо нии действием цепи 22 смещени  и не оказывает вли ни  на опорный сигнал на инвертирующем входе порогового усилител  15. При перегрузке или коротком замыкании уменьшаетс  пауза между управл ющими импульсами под действием блока обратной св зи и растет амплитудное значение резонансного тока, так как уменьшилось выходное напр жение. Конденсатор 26 зар жаетс  до напр жени , превышающего опорное в номинальном режиме . Пороговый усилитель 15 срабатывает . Уровни сигналов на его выходах мен ютс  на противоположные, так как выходной транзистор порогового усилител  15 закрываетс . В результате открываетс  транзистор 21. Вход делител  16 подключаетс  к выходу вновь образованного делител  на резисторах 17 и 25. Тем самым уровень опорного напр жени  на инвертирующем входе порогового усилител  скачком уменьшаетс . В это же врем  закрываетс  транзистор 28. предотвраща  разр д конденсатора 26 на резисторы делител  14. Таким образом, на иеинвертирующем входе порогового усилител  1В сигнал оказываетс  выше, чем на инвертирующем входе, что надежно удерживает пороговый усилитель в выключенном состо нии. Одновременно открытый транзистор 21 закорачивает выключенную обмотку 10 трансформатора 3 тока, что срывает колебани  инвертора независимо от наличи  управл ющих импульсов на обмотках 7 и 8. Инвертор выключаетс . Через резистор 27 и часть делител  14 начинаетс  перезар д конденсатора 26 с посто нной времени, определ емой , в основном, резистором 27, который определ ет паузу между повторными включени ми инвертор. При перезар де конденсатора 26 напр жение на неинвертирующем входе порогового усилител  15 уменьшаетс  и по достижении им величины напр жени  на инвертирующем входе выходные сигналы порогового усилител  мен ютс  на противоположные. Схема защиты возвращаетс  в исходное состо ние , происходит повторный запуск инверто ра. (азность напр жений срабатывани  и отпускани  на конденсаторе 26 определ ет врем  зар да конденсатора 26 до момента следующего срабатывани , если перегрузка не устранена. Это врем  выбираетс  из услови  выхода инвертора на номинальный режим как при устранении перегрузки, так и при первоначальном включении, когда броски резонансного тока превышают номинальные значени . Регулировка порога срабатывани  обеспечиваетс  выбором делителей 14 и 16, пороги отпускани  - соотношением резисторов 17 и 25 и соотношением резистора 27 и резистора

0 нижнего плеча делител  14. Диоды 23 и 24 служат дл  разделени  цепей в номинальном режиме..

Таким образом, изобретение обеспечивает повыш ение надежности резонансного

5 преобразовател  как путем защиты, так и упрощением схемы защиты, а также позвол ет осуществл ть независимую регулировку порогов срабатывани  или времени выдержки защиты.

Формул а изобретёни  Резонансный преобразователь посто нного напр жени  с защитой по току, содержащий подключенный к входным

5 выводам двухтактный инвертор на магнитно-транзисторных ключах, в диагональ которого включены последовательно соединенные резонансный контур, трансформаторный датчик тока и первична  обмотка силового трансформатора, выходные обмотки которого через силовые выпр мители ифильтры соединены с выходными выводами , блок управлени  входом соединен с одним из выходных выводов, а выходом

5 через первый клк)чевой транзистор - с выходом первого выпр мител , вход которого подключен к выключающей обмотке трансформатора тока магнитно-транзисторных ключей, второй выпр митель входом подключен к выходу трансформаторного датчика тока. Источник опорного напр жени  и узел защиты, выполненный на пороговом усилителе и втором ключевом транзисторе, о т л и ч а ю щ и и с   тем. что, с целью

5 повышени  надежности и упрощени , в нем трансформатор тока снабжен двум  пусковыми обмотками, соединенными с дополнительными выходами блока управлени , в узел защиты введены два делител  напр жени , два диода, шесть резисторов, транзистор , конденсатор, а пороговый усилитель выполнен двухвыходным, причем первый делитель напр жени  входом подключен к выходу 8т(хрого выпр мител , а

5 выходом-к неинвертирующёму входу порогового усилител , инвертирующий вход которого подключен к выходу второго делител  напр жени , первый выход порогового усилител  через второй резистор соединен с выводом питани  и через третий резистор

9 170945710

С базой второго ключевого транзистора,конденсатора, который другим выводом соэмиттер которого подключен к общей шине,единен соответственно с выводом питани 

а коллектор через первый диод соединен счерез п тый резистор и с коллектором транвыходом первого выпр мител  и через по-зистора, эмиттер которого подключен к обследовательно соединенные второй диод и5 щей щине, а база подключена

четвертый резистор с входом второго дели-соответственно к второму выходу пороговотел  напр жени , неинвертирующий входго усилител  и через шестой резистор к обпорогового усилител  подключен к выводущей шине.

Claims (1)

1. Формула изобретён ия

   Резонансный преобразователь постоянного напряжения с защитой по току, содержащий подключенный к входным 25 выводам двухтактный инвертор на магнитно-транзисторных ключах, в диагональ которого включены последовательно соединенные резонансный контур, трансформаторный датчик тока и первичная об30 мотка силового трансформатора, выходные обмотки которого через силовые выпрямители ифильтры соединены с выходными выводами, блок управления входом соединен с одним из выходных выводов, а выходом 35 через первый ключевой транзистор - с выходом первого выпрямителя, вход которого подключен к выключающей обмотке трансформатора тока магнитно-транзисторных ключей. Второй выпрямитель входом под40 ключей к выходу трансформаторного датчика тока, источник опорного напряжения и узел защиты, выполненный на пороговом усилителе и втором ключевом транзисторе, о т л и ч а ю щ и й с я тем. что, с целью 45 повышения надежности и упрощения, в нем трансформатор тока снабжен двумя пусковыми обмотками, соединенными с дополнительными выходами блока управления, в узел защиты введены два делителя напря50 жения, два диода, шесть резисторов, транзистор, конденсатор, а пороговый усилитель выполнен двухвыходным, причем первый делитель напряжения входом подключен к выходу второго выпрямителя, а 55 выходом-к неинвертирующему входу порогового усилителя, инвертирующий вход которого подключен к выходу второго делителя напряжения, первый выход порогового усилителя через второй резистор соединен с выводом питания и через третий резистор с базой второго ключевого транзистора, эмиттер которого подключен к общей шине, а коллектор через первый диод соединен с выходом первого выпрямителя и через последовательно соединенные второй диод и четвертый резистор с входом второго делителя напряжения, неинвертирующий вход порогового усилителя подключен к выводу конденсатора, который другим выводом соединен соответственно с выводом питания через пятый резистор и с коллектором транзистора, эмиттер которого подключен к об5 щей шине, а база подключена соответственно к второму выходу порогового усилителя и через шестой резистор к общей шине.