SU1714770A1

SU1714770A1 - Push-pull voltage converter

Info

Publication number: SU1714770A1
Application number: SU894752524A
Authority: SU
Inventors: Феликс Мордухович Гарцман; Владимир Владимирович Пилинский; Владимир Борисович Швайченко
Original assignee: Киевский Политехнический Институт Им.50-Летия Великой Октябрьской Социалистической Революции
Priority date: 1989-10-24
Filing date: 1989-10-24
Publication date: 1992-02-23

Abstract

Изобретение относитс к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано дл питани радиоэлектронной и электрофизической аппаратуры, чувствительной к высокочастотным помехам. Цель изобретени - повышение надежности. Преобразователь содержит усилитель мощности 6. управл емый высокоом- ный двухполюсник 4 на регулирующем транзисторе 5, задающий генератор 10, источ- никоднопол рногоуправл ющего напр жени 12 и выпр мительно-фильтрующий блок 11. Введение защитной uenvi из последовательно соединенных диода 15 и резистора 16 обеспечивает ограничение тока высокоомного двухполюсника 4 за счет подзапирани диода 15,2 ил. ; ^The invention relates to electrical engineering, in particular, to converter equipment, and can be used to power electronic and electrophysical equipment sensitive to high-frequency interference. The purpose of the invention is to increase reliability. The converter contains a power amplifier 6. a controlled high impedance two-terminal 4 on a control transistor 5, a master oscillator 10, a source of single-pole control voltage 12 and a rectifying filtering unit 11. The introduction of a protective uenvi from a series-connected diode 15 and a resistor 16 provides limiting the current of the high-resistance two-port 4 due to the trailing diode 15.2 Il. ; ^

Description

Изобретение относитс к электротехни ке, в частности к преобразовательной технике , и может быть использовано дл питани радиоэлектронной и электрофизической аппаратуры, чувствительной к высокочастотным помехам, а также дл построени на его основе высоковольтных стабилизирующих преобразователей или регул торов посто нного напр жени с вы соким качеством электромагнитной совместимости .The invention relates to electrical engineering, in particular, to converter equipment, and can be used to power electronic and electrophysical equipment sensitive to high-frequency interference, and also to build on its basis high-voltage stabilizing converters or constant voltage regulators with high quality electromagnetic compatibility.

Известен двухтактный преобразователь напр жени , содержащий включенные последовательно между входными выводами управл емый высокоомный двухполюсник н,а регулирующем транзисторе с резистором в цепи его эмиттера, подсоединенным своим свободным выводом к первому входному выводу, .и усилитель мощности с трансформаторным выходом, построенный по схеме со средней точкой, подключенный к.второму входному выводу, на полупроводниковых ключах, объединенных одноименными силовыми выводами, а также источник переключающего сигнала, состо щий , в частности, из задающего генератора синусоидального напр жени с трансформаторным выходом и источника посто нного напр жени , выполненного на диоде, смещенном в пр мом направлении и включенном встречно по отношению к пол рности напр жени входного питани между объединенными силовыми выводами ключей усилител мощности и Средней точкой выходного обмотки трансформатора задающего генератора, а противофазные выводы указанной обмотки подсоединены к управл ющим выводам ключей, источник однопол рного управл ющего напр жени , выполненный на другой выходной обмоткеA push-pull voltage converter is known, comprising a controlled high-resistance two-port connected in series between the input terminals, and a control transistor with a resistor in its emitter circuit connected by its free output to the first input terminal, and a power amplifier with a transformer output, constructed according to the circuit with an average point, connected to the second input terminal, on the semiconductor switches, united by the same power terminals, as well as the source of the switching signal, consisting in particular, from a master sinusoidal voltage generator with a transformer output and a DC voltage source made on a diode biased in the forward direction and switched oppositely with respect to the polarity of the input power supply between the combined power terminals of the power amplifier keys and the Medium the point of the output winding of the transformer of the master oscillator, and the antiphase outputs of the said winding are connected to the control terminals of the keys, the source of the unipolar control voltage, nenny to another output winding

трансформатора задающего генератора и двухполупериодНом выпр мителе, выходные выводы которого подключены к выводам управл ющего входа регулирующего элемента, и выпр мительно-фильтрующее устройство.a transformer of the master oscillator and a full-wave rectifier, the output terminals of which are connected to the terminals of the control input of the regulating element, and a rectifying-filtering device.

Наиболее близким устройством вл етс двухтактный преобразователь напр жени , содержащий включенные последовательно между входными выводами управл емый высОкромный двухполюсник на регулирующем транзисторе с резистором в цепи его эмиттера , подсоединенным С8;оим свободным выводом к первому входному выводу, и усилитель мощности с трансформаторным выходом, построенный по схеме со средней точкой, подключенной к второму входному выводу, на полупроводниковых ключах, объединенных силовыми выводами, а.также источник переключающего сигнала, включающий в себ задающий, генератор пр моугольных и мпульсов, источник переключающего сигнала , включающий в себ задающий генератор .пр моугольных импульсов, источник однопол рного управл ющего напр(1жени и выпр мительно-фильтрующее устройство, причем объединенные силавые выводы ключей подсоединены к общему выходному, а их управл ющие выводы - к противофазным выходным выводам указанного источника переключающего сигнала, выходные выводы источника управл ющего напр жени подключены к входным выводам регулирующего элемента.The closest device is a push-pull voltage converter, containing a controlled high-field two-pole controlled in series between input terminals on a control transistor with a resistor in its emitter circuit connected to C8, and a free output terminal to the first input terminal, and a power amplifier with a transformer output built according to the circuit with the midpoint connected to the second input terminal on the semiconductor switches united by the power terminals, as well as the source of the switching signal including a driver, a square and a pulse generator, a source of the switching signal, a driver of the rectangular pulses, a source of a unipolar control voltage (1 pin and a rectifying filtering device, the combined power outputs of the keys are connected to a common the output, and their control outputs to the antiphase output terminals of the indicated source of the switching signal, the output terminals of the source of the control voltage are connected to the input terminals of the regulating element.

Цель изобретени - вл етс повышение надежности путем предотвращени аварийного перенапр жени на выходе при увеличении управл ющего напр жени и сопротивлени нагрузки, iThe purpose of the invention is to increase reliability by preventing emergency overvoltage at the output while increasing the control voltage and load resistance, i

На фиг. 1 представлена функциональна схема преобразовател с защитой; на фиг. 2 - вариант реализации схемы защиты преобразовател .FIG. 1 shows a functional diagram of the converter with protection; in fig. 2 shows an embodiment of the protection circuit of the converter.

Двухтактный Преобразователь напр г жени содержит включенные последовательно между входными выводами 1 и 2 управл емый высокоомнЫй двухполюсник 3 на регулирующем транзисторе 4 с резистором 5 в цепи его эмиттера, подсоединенным своим свободным выводом к входному выводу 1. и усилитель мощности 6 на транзисторах 7 и 8, объединенных эмиттерами, с выходным трансформатором 9, средн точка первичной обмотки которого подключена к входному выводу 2. Источник переключающего сигнала, вл ющийс задающим ге; нератором 10, обеспечивает поочередный противофазный перевод ключей из провод щего состо ни в непровод щее и наоборот . Противофазные выходные выводыPush-pull Voltage converter contains connected in series between input terminals 1 and 2 controlled by high-voltage two-pole 3 on regulating transistor 4 with resistor 5 in its emitter circuit connected by its free output to input terminal 1. and power amplifier 6 on transistors 7 and 8, connected by emitters, with an output transformer 9, the middle point of the primary winding of which is connected to the input terminal 2. The source of the switching signal, which is the master switch; The generator 10 provides alternate phase transfer of the keys from the conducting state to the non-conducting state and vice versa. Anti-phase outputs

генератора 10 подсоединены к базам транзисторов 7 и 8 соответственно, а общий выходной вывод - к их объединенным одноименным эмиттерам. Между выходомthe generator 10 is connected to the bases of the transistors 7 and 8, respectively, and the common output output - to their combined emitters of the same name. Between the exit

усилител мощности 6 и вь)ходными выводами преобразовател включен выпр Мительно-фильтрующий блок 11. Источник однопол р 1ого управл ющего напр жени 12 своим выходным выводом 13, пол рностьpower amplifier 6 and b) the output terminals of the converter are switched on. The rectifying filtering unit 11. The source of the same-field first control voltage 12 by its output terminal 13, polarity

0 напр жени на коротком совпадает с пол рностью напр жени на входном выводе 2, подсоединен к базе регулирующего транзистора 4, а другим выходным выводом 14 - к общей точке дмода 15 и резистора 16 введенной защитной цепи, свободный вывод Диода 15 которой подключен к входному вы воду 1, а свободный вывод резистора 16 либо к входному выводу 2 (фиг. 1), либо к общей точке двухполюсника 3 и усилител 0 the voltage on the short coincides with the polarity of the voltage on the input terminal 2, is connected to the base of the regulating transistor 4, and the other output terminal 14 to the common point dmod 15 and the resistor 16 of the inserted protective circuit, the free output of the diode 15 of which is connected to the input water 1, and the free output of the resistor 16 or to the input terminal 2 (Fig. 1), or to the common point of the two-terminal 3 and the amplifier

Q мощности (фиг.2),К выходным выводам преобразовател подсоединена нагрузка.Q power (figure 2), to the output pins of the converter is connected to the load.

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

Под действием выходного однопол р5 ного напр жени источника 12 выходной ток управл емого двухполюсника 3, переключаемый ключами транзисторами 7 и 8 с частотой выходного сигнала генератора 10, формирует напр жение на первичных полу0 обмотках ВЫХОДНОГОтрансформатора 9. Частота выходного сигнала генератора 10 выбираетс равной резонансной частоте параллельного контура, образованного емкостью Си индуктивностью первичнойUnder the action of a single-field output voltage of the source 12, the output current of the controlled two-terminal 3, switched by the switches transistors 7 and 8 with the frequency of the output signal of the generator 10, generates a voltage on the primary half-windings of the OUT transformer 9. The frequency of the output signal of the generator 10 is chosen equal to the parallel resonant frequency the circuit formed by the capacitance C inductance primary

5 полуобмотки трансформатора 9. При этом напр жение на полуобмотках последнего представл ет собой либо совокупность отрезков параболы, либо синусоиду. Через диод 15 под действием напр жени входного5 the half windings of the transformer 9. In this case, the voltage on the half windings of the latter is either a set of parabola segments or a sinusoid. Through the diode 15 under the action of the input voltage

0 питани У вх преобразовател протекает ток0 power supply

IT, равный h Uex/Rie {Ri6 - сопротивлениеIT equal to h Uex / Rie {Ri6 - resistance

резистора 16) в случае реализации по фиг. 1,resistor 16) in the case of the implementation of FIG. one,

. или li (Uex-UBbiK/n9)/Ri6 (Увых - выходное. or li (Uex-UBbiK / n9) / Ri6 (Uvih - output

напр жение преобразовател , ng - коэффициент трансформации трансформатора 9) в случае реализации по фиг. 2.converter voltage, ng - transformer transformation ratio 9) in the case of the implementation of FIG. 2

Одновременно через указанный диод в противоположном направлении под действием выходного напр жени источника 12At the same time through the indicated diode in the opposite direction under the action of the output voltage of the source 12

0 протекает ток 12, вл ющийс базовым током транзистора 4, величина которого определ етс номинальным выходным Током преобразовател , коэффициентом трансформации трансформатора 9 и типом транзистора 4 (в частности, его/3).0 current 12 is flowing, which is the base current of transistor 4, the value of which is determined by the nominal output Current of the converter, the transformation ratio of the transformer 9 and the type of transistor 4 (in particular, its / 3).

Дл обеспечени нормальной работы преобразовател и надежной его защиты от перенапр жени на выходе выбирают практически М 1,512ном (I2HOM - значение тока 12.. соответствующее номинальной выходнойIn order to ensure normal operation of the converter and its reliable protection against overvoltage at the output, almost M 1.512nm is chosen (I2HOM is a current value of 12 .. corresponding to the nominal output

мощности, или, при неизменном сопротивлении нагрузки, номинальному выходному напр Ж1ению). Выходной ток двухполюсника 3 1выхЗ| определ емый соотношениемpower, or, with a constant load resistance, the nominal output voltage). Output current of a two-port 3 1 output | defined by the ratio

1выхЗ ивых12/К9 12 (ивых12 - ВЫХОДНОв На- 51 output 12 / K9 12 (and exit 12 - OUTPUT in- 5

пр жение источника 12, Вэ - сопротивление резистора 5), определ ет амплитуду напр жени а первичных полуобмотках трансформатора 9, а следовательно, и величину выходного напр жени преобразовател . 10The voltage source 12, Ve is the resistance of the resistor 5), determines the amplitude of the voltage in the primary half-windings of the transformer 9, and, consequently, the magnitude of the output voltage of the converter. ten

Рассмотрим ситуацию, возникающую в преобразователе в случае аварийного увеличени выходного напр жени источника 12 вследствие какой-либо его неисправности или, например, по ошибке настройщика 15 при неизменном сопротивлении нагрузки. Увеличение 1вых12 приводит при этом к пропорциональному увеличению выходного напр жени преобразовател . При увеличении тока 2 и выходного напр жени 20 преобразо,вател в полтора раза начинаетс подзапирание диода 15, ограничивающее ток 12 и выходное напр жение, повыша тем самым надежность, особенно высоковольтных преобразователей, так как предотвра- 25 щение перенапр жени исключает возможность пробо в элементах высоковольтных цепей (трансформатор 9, узел 11 и нагрузка).Consider a situation arising in the converter in the event of an emergency increase in the output voltage of source 12 due to some type of malfunction or, for example, by mistake tuner 15 with constant load resistance. An increase in 1 out 12 leads to a proportional increase in the output voltage of the converter. When current 2 and output voltage 20 are transformed, the cable 1.5 times begins to block the diode 15, which limits current 12 and output voltage, thereby increasing reliability, especially high-voltage converters, since preventing overvoltage eliminates the possibility of breakdown in cells high voltage circuits (transformer 9, node 11 and load).

Напр жение между коллектором и 30 эмиттером транзистора 4ик-э4 при номинальной выходной мощности преобразовател и номинальном напр жении.входного питани UBXHOM выбираетс равным ик-э4 з 4В+ 0,1UBx.HOM дл обеспечени активного 35 режима при уменьшении Uex на 10% от UBX.HOM. Практически увеличение ивых12 в полтора раза при номинальной выходной мощности и номинальном выходном и входном напр жени х приведет к более резкому 40 увеличению тока la. так как вследствие увеличени амплитуды напр жени на полуобмотках трансформатора 9 транзистор 4 войдет в насыщение, т.е. существенно(в 3-5 раз/и более) уменьшитс коэффициент пере- 45 дачи тока базы /З, а, следовательно, огра ничение тока la путем подзапирани диода 15 произойдет при значении напр жени ивых12 в 1{1нтервале ивых12ном ивых12 1,5ивых1аном(ивых12ном - значение Увыхи, 50 соответствующее номинальному выходно- . му напр жению)..The voltage between the collector and the 30 emitter of the 4ik-e4 transistor at the rated output power of the converter and the rated voltage. The input power of the UBXHOM is chosen equal to infrared 4B + 0.1UBx.HOM to provide an active 35 mode when Uex is reduced by 10% from UBX .HOM. Practically increasing willows12.5 times and a half at rated output power and rated output and input voltages will lead to a more dramatic increase in la current. since, due to an increase in the voltage amplitude at the half windings of the transformer 9, transistor 4 will become saturated, i.e. significantly (3-5 times / or more) the base current transfer factor / 3 will decrease, and, consequently, the limiting of the current la by locking the diode 15 will occur at a voltage value of 12 in 1 {1 interval and 12 in 12 and 1 5 by 1.5 (1 wihl12nom is the value of wihi, corresponding to the nominal output voltage).

Рассмотрим ситуацию, возникающую, в частности, при использовании преобразовател в составе стабилизирующего преоб- 55 разовател напр жени . Пусть в процессе эксплуатации уменьшилось сопротивление нагрузки RH. При этом возрастает выходной ок источника 12 ia. Если сопротивление RHLet us consider a situation arising, in particular, when using a converter as part of a stabilizing voltage transformer. Let the resistance of the load RH decrease during operation. At the same time, the output of the source 12 ia increases. If the resistance is RH

уменьшитс (вплоть до короткого замыкани ) настолько, что ток la установитс равным по величине току И, диод 15 подзапираетс , обеспечива тем самым ограничение тока la и, как следствие, выходного тока двухполюсника 3, предотвраща обусловленные указанной перегрузкой выбросы тока через транзисторы преобразовател 7 и 8 и св занные с этим отказы в работе. Ограничение выбросов выходного тока двухполюсника 3 1выхз при перегрузке осуществл етс в преобразователе с посто нной времени транзистора 4, работающего в активном режиме. Введенна цепь из диода 15 и резистора 16 потребл ет ток li. равный И 1,51выхЗ/ 3/1. При использовании в качестве транзистора 4 современных транзисторов, выполненных по схеме Дарлингтона и коэффициент пор дка нескольких сотен, величина тока 1выхЗ составл ет менее 1 % от тока 1выхЗ, потребл емого силовой цепью преобразовател от источника входного питани . Кроме того, при использовании транзисторов с большим коэффициентом 4 в случае подключени свободного вывода резистора по фиг. 2 вследствие большой величины сопротивлени указанного резистора (дес тки килоом) не наблюдаетс ухудшени показателей качества преобразовател , в частности не происходит сужение диапазона установки регулируемых значений выходного напр жени в области малых величин. При использовании предлагаемого преобразовател в составе стабилизирующего преобразовател напр жени защита от перегрузок по току вплоть до короткого замыкани обеспечиваетс во всем-диапазоне устанавливаемых значений выходного напр жени , а ложных срабатываний защиты при этом не происходит , т.е. имеет место расширение функциональных возможностей защиты. Повышение надежности преобразовател и расширение функциональных возможностей защиты обеспечены предельно простой реализацией цепи защиты - она содержит всеГо два электроэлемента - диод 15 и резистор 16.decreases (up to a short circuit) so that the current la is set equal to the current I, the diode 15 is blocked up, thereby limiting the current la and, as a result, the output current of the two-terminal 3, preventing current surges through the transistors of the converter 7 and 8 and associated failures. The limiting of the emissions of the output current of the two-pole 3 1 output at overload is carried out in a converter with a constant time of the transistor 4 operating in active mode. The input circuit from diode 15 and resistor 16 consumes current li. equal to 1.51 ых / 3/1. When used as a transistor 4 modern transistors, made according to the Darlington scheme and a ratio of several hundred, the current I 1 C3 is less than 1% of the 1 C out current consumed by the power circuit of the converter from the input power source. In addition, when using transistors with a large factor of 4 in the case of connecting the free output of a resistor of FIG. 2, due to the large resistance value of the indicated resistor (tens of kilo ohms), there is no deterioration in the quality indicators of the converter, in particular, the range of setting the regulated values of the output voltage does not narrow in the region of small values. When using the proposed converter as part of a stabilizing voltage converter, overcurrent protection up to a short circuit is provided in the entire range of the set values of the output voltage, and there are no false positives of protection, i.e. there is an expansion of the functionality of protection. Improving the reliability of the converter and extending the functionality of the protection is provided by an extremely simple implementation of the protection circuit - it contains just two electrical elements - a diode 15 and a resistor 16.

Фор мула изобретени Двухтактный преобразователь напр жени , содержащий включенные последовательно между входными выводами управл емый высокоомный двухполюсник на регулирующем транз.исторе с резистором в цепи эмиттера, подключенным свободным выводом к первому входному выводу, и усилитель мощности с трансформаторным Выходом, подключенный одним выводом питани к второму входному выводу , задающий генератор, выходом соединенный с управл ющими входами усилител мощности, выпр мительно-фильтрующий блок, выходом подключенный к выходным выводам , источник однопол рного управл ющего напр жени одним выходным выводом, пол рность напр жени на котором соответствует пол рности напр жени на втором входном выводе, подключен к базе регулирующего транзистора, отличающийс тем, что, с целью повышени надежности при увеличении управл ющего напр жени от пеГFormula of Invention A push-pull voltage converter containing a controlled high-impedance two-pole connected in series between input pins on a regulating transistor with a resistor in the emitter circuit connected by a free output to the first input pin, and a power amplifier with a transformer Output connected to the second power output terminal an input terminal, a master oscillator, an output connected to the control inputs of the power amplifier, a rectifying filtering unit, an output connected to the output The unipolar control voltage source with one output terminal, the polarity of the voltage on which corresponds to the polarity of the voltage on the second input terminal, is connected to the base of the regulating transistor, characterized in that, in order to increase the reliability with increasing control voltage wives from peG

ренапр жени на выходе и изменени нагрузки , введена защитна цепь из последовательно соединенных диода и резистора подключенна между первым и вторым входными выводами, причем обща точка защитной цепи подключена к другому выходному выводу упом нутого источника однопол рного напр жени , при этом диод указанной цепи Хключен в направлении пр мой проводимости по отношению к пол рности напр жени питани .output voltage and load changes, a protective circuit is inserted from a series-connected diode and a resistor connected between the first and second input terminals, and the common point of the protective circuit is connected to another output terminal of the said unipolar voltage source, while the diode of the specified circuit is disconnected direction of direct conduction with respect to the polarity of the supply voltage.

%27% 27

2Ы.х2Y.x

Claims

Claim

50 Push-pull voltage converter. a circuit containing a controllable high-resistance bipolar connected in series between the input terminals with a regulating transistor with a resistor 55 in the emitter circuit connected to a free output to the first input output, and a power amplifier with a transformer output connected to one second lithium output to the second input output, a master oscillator, connected to the control inputs of the power amplifier with an output, in turn, a power filter unit, connected to the output terminals with an output, a unipolar control source voltage with one output terminal, the voltage polarity on which corresponds to the voltage polarity at the second input terminal, is connected to the base of the control transistor, characterized in that, in order to increase reliability with increasing control voltage from output overvoltage and load changes, a protective circuit is introduced from series connected diode and resistor) connected between the first and second

5. 'input terminals, and the common point of the protective circuit is connected to another output terminal of the said unipolar voltage source, while the diode of this circuit is connected in the direction of direct conductivity 10 with respect to the polarity of the supply voltage.

Figure 2.