SU1735980A1 - Преобразователь посто нного напр жени в посто нное - Google Patents

Abstract

Использование: во вторичных источниках питани , работающих от сети посто нного тока с резкомен ющимс  напр жением, например от выпр мленной промышленной сети переменного тока , и может быть использовано в ав томатике, телемеханике и средствах вычислительной техники в качестве преобразовател  вторичного источника питани .. Сущность изобретени : устройство содержит силовой транзисторный ключ 1, запирающий транзистор 5, цепь отоицательной обратной св зи 22, силовой трансформатор 9, параллельно включенные диод 13 и конденсатор 14 - с первым выводом обмотки положительной обратной св зи этого трансформатора . Введены вспомогательный выпр митель 4 и емкостной накопитель 6. Выполнение компаратора напр жени (3)совмещенным с триггером обеспечивает надежное запирание силового транзисторного ключа и повышают быстродействие. 1 з.п.ф-лы, 2 ил. (Л

Description

Изобретение относитс  к электротехнике , в частности к преобразовател м напр жени  вторичных источников питани , работающих от сети посто нного тока с резко мен ющимс  напр жением , например от выпр мленной промышленной сети переменного тока, и может быть использовано в автоматике телемеханике и средствах вычислительной техники в качестве преобразовател  напр жени  вторичного источника питани .

Известен преобразователь напр жени , содержащий силовой транзисторный ключ, накопительный трансформатор, у

которого первична  обмотка подключена между коллектором силового транзисторного ключа и потенциальным выводом выпр мител  сетевого напр жени , обмотка положительной обратной св зи соединена первым выводом через дроссель с базой силового транзисторного ключа, а вторым выводом через последовательно соединенные резистор и конденсатор, зашунтиро- ванный двум  диодами, - с эмиттером силового транзисторного ключа, вторична  обмотка через выпр митель, емкостной накопитель и сглаживающий фильтр соединена с цепью нагрузки,

1

iO

Јп

х

30

датчик тока и тиристор,  вл ющийс  одновременно компаратором напр же- ни  и элементом принудительного запирани  силового транзисторного ключа последнее совместно с накопительным конденсатором.

Недостатками такого преобразовател   вл ютс  изменение порога срабатывани  компаратора напр жени , выполненного на тиристоре, при изменении условий окружающей среды; ограниченность частотного диапазона преобразовател  ввиду необходимости применени  высокочастотного тиристора; необходимость первичного запуска от сети и последующее его вли ние на работу преобразовател .

Известен преобразователь напр жени  .содержащий накопительный трансформатор , силовой транзистор, пускоч вой узел, выпр мительные диоды и сглаживающие конденсаторы цепей нагрзок , врем задающий конденсатор, первый и второй резисторы, накопительный конденсатор, запирающий транзистор , ,мпаратор, выполненный по схеме- транзисторного аналога однопереход- ного транзистора, согласующий блок, вспомогательный выпр митель, первый и. второй источники опорного напр жени , первый и второй управл ющие транзисторы, измерительный конденсатор . При этом в трансформаторе нар д с первичной, базовой и нагрузочной обмотками имеютс  управл ющие и измерительные обмотки.

Основным недостатком данного преобразовател   вл етс  его относительна  сложность.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению  вл етс  преобразователь напр жени , содержа- .щий силовой транзисторный ключ, накопительный трансформатор с немагнитным зазором в магнитопроводе, первична  обмотка которого одним выводом соединена с источником питани , а другим - с коллектором силового транзисторного ключа, эмиттер которого соединен через резисторный датчик тока с общей шиной, а через резистор - с транзисторным компаратором напр жени , выход которого подключен между общей шиной и базой силового транзисторного ключа, с которой сое- динен также через параллельно включенные диод и конденсатор первый вывод обмотки положительной обратной св зи накопительного силового транс

1 ,

. у

15

20

7359804

форматора, второй вывод которой соеди-/ нен с общей шиной.. ,

Недостатками известного преобразо- вател  напр жени   вл ютс : относительно большое врем  запирани  силового транзисторного ключа, так как транзисторный компаратор по входу управл етс  током эмиттера силового

IQ транзисторного ключа, запирание которого приводит также к закрыванию компаратора,т.е. к взаимозависимости; при относительно больших токах в первичной обмотке накопительного силового трансформатора и высоких напр -- жени х уменьшаетс  надежность работы преобразовател  из-за затруднений обеспечени  требуемых условий запирани  силового транзисторного ключа.

Целью изобретени   вл етс  обеспечение условий надежного запирани  силового транзисторного ключа и повышение его быстродействи , а также уменьшение динамических потерь.

25 Поставленна  цель достигаетс  тем, что в преобразователь посто нного напр жени  в посто нное дополнительно введены вспомогательные выпр митель и емкостной накопитель, а компаратор напр жени  выполнен совмещенным с триггером, при этом компаратор напр жени  соединен выходом с управл ющим входом запирающего транзистора, а выводом питани  - с вспомогательным емкостным накопителем, который через последовательно соединенные четвертый резистор и вспомогательный выпр митель подключен к первому выводу обмотки положительной обратной св зи накопительного силового трансформатора, второй вывод которой подключен к эмиттеру силового транзисторного ключа с

Известное устройство использует принцип кратковременного призакрыва45 ни  силового транзисторного ключа и последующее его закрывание за счет регенеративной цепи положительной обратной св зи,а это значит, что при различной величине тока, проте50 кающего через силовой транзисторный ключ и первичную обмотку накопиг/зль- ного силового трансформатора, электромагнитные процессы будут протекать.по разному (по длительности) и поэтому

55 запирание силового транзисторного i ключа будет различно. При относительно высоких напр жени х питани  воз- никают услови  дл  вторичного про- бо  в силовом транзисторе и как ре30

35

40

л17

зультат - неуправл емость, а иногла и выход из стро  силового транзистор ного ключа.

Предлагаемый преобразователь использует иной принцип, а именно при достижении тока через силовой гран-, эисторный ключ заданной величины компаратор напр жени  формирует сигнал на открывание запирающего транзистора , который не зависит от тока, протекающего через сиговой транзисторный ключ, и длительность этого сигнала выбираетс  достаточной дл  надежного запирани  указанного ключа. Это позвол ет создать простое и надежное устройство, не чувствительное к изменени м входного напр жени  с относительно малыми динамическими потер ми на силовом транзисторном ключе.

На фиг.1 представлена функциональна  схема преобразовател  посто нного напр жени  в посто нное; на фиг.2 - временные диаграммы, по сн ющие работу устройства.

Преобразователь посто нного напр жени  в посто нное содержит силовой транзисторный ключ 1, датчик тока 2, компаратор напр жени  3, выполненный совмещенным с триггером и подключенный входом через резистор k к точке соединени  эмиттера силового транзисторного ключа 1 и датчика тока 2, выходом . - к базе запирающего транзистора 5, а выводом питани  - к дополнительному вспомогательному емкостному накопителю 6, который через последовательно соединенные вспомогательный выпр митель(диод) 7 и резистор 8 подключен к первому выводу обмотки положительной обратной св зи 9 накопительного трансформатора 10, с этим же выводом через последовательно соединенные резистор 11 и цепь 12, состо щую из диода 13 и конденсатора Н соединена база силового транзисторного ключа 1, к которой подключен также коллектор запирающего транзистора 5, а коллектор силового транзисторного ключа 1 подключен к источнику пи- тани  15 через первичную обмотку 16 накопительного силового трансформатора 10, вторична  обмотка 17 которого срединена с нагрузкой 18 через выпр митель 19, емкостной накопитель 20 и сглаживающий фильтр 21, цепь отрицательной обратной св зи 22, подключенную между нагрузкой 18, на которой стабилизируетс  напр жение, с одной стороны и входом компаратора 3 и по3U80 6

тенциальным выводом вспомогательно о источника питани  23, состо щего, например, из конденсатора и диода 25, подключенного к первому выводу обмотки положительной обратной св зи 9 накопительного силового трансформатора 10. При этом база силового транзисторного ключа t через резне .ц торы }1 и 26 соединена с потенциальным выводом источника питани  15, а база запирающего транзистора 5 через резистор 27 подключена к точке соединени  эмиттера силового транзисторjc ного ключа 1 и датчика тока 2.

Работает устройство следующим образом .

В момент включени  источника питани  15 (t0 на фиг.2,а) подаетс  нап2о р жение на коллектор силового транзисторного ключа 1 через первичную обмотку 16 накопительного силового трансформатора 10 и на его базу - через резисторы 11 и 26. В этот же мо5 мент силовой транзисторный ключ 1 открываетс  до насыщени , так как по цепи источник питани  15, первична  обмотка 16 накопительного силового трансформатора 10, переход коллектор-эмиттер силового транзис- , торного ключа 1, датчик тока 2, обща  шина, источник питани  16 начинает протекать.

За счет положительной обратной св зи по цепи обмотка положительной 5 обратной св зи 9 накопительного силового трансформатора 10, цепь 12, резистор 11, переход база-эмиттер силового транзисторного ключа 1, обмотка положительной обратной- св зи 9 0 также начинает протекать ток. Развиват етс  лавинообразный процесс, в результате которого силовой транзисторный ключ 1 полностью открываетс  (см,фиг.2,б) и через него, первичную 5 обмотку 16 накопительного силового трансформатора 10 и датчик тока 2 протекает линейно возрастающий ток, падение напр жени  от которого на датчике тока 2 формирует пилообраэ- 0 ную составл ющую сигнала U (см. фиг.2,в). Посто нна  составл юща  сигнала U- в это врем  равна нулю, так как цепь отрицательной обратной св зи 22 имеет большое солротивле- 5 ние, поскольку напр жение на нагрузке 18 к окончанию первого импульса равно нулю. Одновременно от обмотки положительной обратной св зи 9 через вспомогательный дополнительный

выпр митель 7 и резистор 8 зар жаетс  вспомогательный дополнительный емкостной накопитель 6 (см.фиг.3, г), зачитывающий компаратор напр жени  3. Величина его емкости 28 выбираетс  такой, чтобы накопленной энергии было достаточно дл  поддержани  в открытом состо нии запирающего транзистора 5 в течение заданного времени, которое зависит и от резистора 29 емкостного накопител  6. В момент времени t (фиг.2,в), когда величина сигнала U достигнет величины Unпорога срабатывани  компаратора напр жени  3, последний включаетс  и остаетс  во включенном состо нии до тех пор, пока не сниметс  с него напр жение питани  так как он выполнен совмещенным с триггером, т.е. пока не разр дитс  дополнительный вспомогательный емкостной накопитель 6 {см.фиг.2,г). Практически в течение этого времени находитс  в открытом состо нии запирающий транзистор 5 (см.фиг.2,д), который закорачивает базу силового транзисторного ключа 1 с общей шиной, тем сйным запира  его.

Поскольку внутреннее сопротивление открытого запирающего транзистора 5 мало, то процесс запирани  силового транзисторного ключа 1 протекает быстро (t на фиг.2,б) и не зависит от сигнала на датчике тока 2. В момент времени t,, закрывани  силового транзисторного ключа 1 в первичной обмотке 16 накопительного силового трансформатора 10 возникает ЭДС самоиндукции Uk3 (см.фиг.2,б), вызывающа  протекание тока по цепи первый вывод вторичной обмотки 17, выпр - 40 шаетс  крутизна пилообразной части

митель 19, емкостной накопитель 20, второй вывод вторичной обмотки 17, который зар жает емкостной накопитель 20 и питает нагрузку 18 после предварительной фильтрации сглаживающим фильтром 21 (см.фиг.2,е). По мере передачи энергии, накопленной в силовом накопительном трансформаторе 10, в цепь вторичной обмотки 17 напр жение в базовой цепи Ug силового транзисторного ключа 1 становитс  менее отрицательным и в момент времени t (см,фиг.2,ж) оно достигает напр жени , при котором силовой транзисторный ключ 1 входит в активную зону, но развитию лавинообразного процесса его открывани  преп тствуют открытое состо ние выпр мител  19 и разр женный конденсатор 28

напр жени  Us (момент времени t.,,, на фиг.2,в), что приводит к увеличению времени открытого состо ни  силового транзисторного ключа 1 (мо

моt ,i на фиг.2,б)

45 мент времени

настолько, что вольт-секундна  площадь импульса напр жени  остаетс  посто нной. Таким образом, автоматически обеспечиваетс  инвариантнос

50 выходного напр жени  к изменени м н р жени  Uutl источника питани  15.

На фиг.1 представлено также возможное схемное, решение компаратора напр жени  3. Компаратор напр жени 

55 3- состоит из усилител , выполненног на двух транзисторах 30 и 31 разног типа проводимости, и транзисторного ключа, выполненного на транзисторе 32. Резисторы 33 и 3 обеспечивают

5

дополнительного емкостного накопител  6. В момент времени t создаютс  услови  дл  лавинообразного процесса открывани  силового транзисторного ключа 1 и он полностью открываетс  (см.фиг.2,б). Интервал времени можно регулировать в некоторых пределах резистором 8, так как он позвол ет регулировать ток зар да конденсатора 28 дополнительного емкостного накопител  6 и исключать перегрузку в момент запуска силового транзисторного ключа 1. Далее описанные процессы включени  и выключени  силового

транзисторного ключа 1 и передачи энергии в цепь нагрузки повтор ютс , По мере- зар да емкостного накопител  20 напр жение на нагрузке увеQ личиваетс  и по достижении заданного значени  включаетс  в цепь отрицательной обратной св зи 27, котора  добавл ет в сигнал Ug- посто нную составл ющую Up (см.фиг.2,в после мо5 мента 15) такой величины, чтобы длительность открытого состо ни  силового транзисторного ключа 1 была достаточной дл  поддержани  на нагрузке 18 заданной величины напр жени  ий (см. фиг.2,е). С увеличением напр жени 

0

5

UUn источника питани  15 (см.фиг.2,а момент времени ts) увеличиваетс  крутизна наклона пилообразной части напр жени  Ug- (момент времени tg- to на фиг.2,б) настолько, что вольт-секундна  площадь импульса напр жени  остаетс  посто нной. С уменьшением напр жени  Uuri источника питани  15 (см.фиг.2,а, момент времени t10) наблюдаетс  обратна  картина - уменьнапр жени  Us (момент времени t.,,, на фиг.2,в), что приводит к увеличению времени открытого состо ни  силового транзисторного ключа 1 ( ,i на фиг.2,б)

5 мент времени

настолько, что вольт-секундна  площадь импульса напр жени  остаетс  посто нной. Таким образом, автоматически обеспечиваетс  инвариантность

0 выходного напр жени  к изменени м напр жени  Uutl источника питани  15.

На фиг.1 представлено также возможное схемное, решение компаратора напр жени  3. Компаратор напр жени 

5 3- состоит из усилител , выполненного на двух транзисторах 30 и 31 разного типа проводимости, и транзисторного ключа, выполненного на транзисторе 32. Резисторы 33 и 3 обеспечивают

температурные режимы резисторов 31 и 32 соответственно. При этом базы транзисторов 30 и 31, образующих усилитель, соединены с коллекторами транзисторов противоположной проводимости , образу  транзисторный аналог тиристора, управл ющий вход которого подключен по входу компаратора напр жени , а анод - к базе транзисторно го ключа 32, эмиттер которого соединен с выводом питани  компаратора напр жени  3, а коллектор - с выводом выхода компаратора напр жени  3.

Работает схема следующим образом.

При достижении сигнала и напр жени  открывани  транзистора 30 он приоткрываетс  и его коллекторный ток втекает в базу транзистора 31, приоткрыва  его, что способствует увеличению базового тока транзистора 30. Развиваетс  лавинообразный процесс , в результате которого оба тран зистора полностью открываютс  и в базу ключевого транзистора 32 втекает ток, открывающий его. Открытый транзисторный ключ 32 открывает запирающий транзистор 5. Величиной резистора 29 можно подобрать необходимый ток дл  надежного открывани  запирающего транзистора 5, а величиной емкости . 28 - врем , в течение которого надо поддерживать запирающий транзистор 5 в открытом состо нии, чтобы надежно закрыть силовой транзисторный ключ 1.

Использование предлагаемого технического решени  позволит существенно повысить надежность работы силового транзисторного ключа 1 путем обеспечени  условий дл  надежного его запирани , а также уменьшить динамические потери посредством более быстрого запирани  этого ключа.

Таким образом, общественно-полезный эффект, получаемый от предлагаемого технического решени , состоит в улучшении технических характеристик преобразователей напр жени .

Claims (2)

1. Формула изобретени 

   . 1. Преобразователь посто нного напр жени  в посто нное, содержащий силовой транзисторный ключ, у которого эмиттер соединен с общей шиной через резисторный датчик тока и с входом .компаратора напр жени  через i первый резистор, коллектор соединен с потенциальным выводом источника питани  через первичную обмотку накопительного силового трансформатора, вы0

   5

   0

   5

   0

   5

   0

   5

   0

   5

   полненного с немагнитным зазором.в магнитопроводе, база соединена через второй и третий резисторы с потенциальным выводом источника питани  и через второй резистор и параллельно включенные диод и конденсатор - с первым выводом обмотки положительной обратной св зи этого трансформатора, вторична  обмотка которого через последовательно включенные выпр ми- - тель, емкостной накопитель и сглаживающий фильтр соединена с целью нагрузки , запирающий транзистор, переход , коллектор -эмиттер которого включен между базой силового транзистор- ногф ключа и общей шиной, цепь отрицательной обратной св зи, подключенную между клеммами стабилизированного выхода преобразовател  с одной сторо-. ны и входом компаратора напр жени  и потенциальным выводом вспомогательного источника посто нного напр жени  с другой стороны, отличающийс  тем, что, с целью обеспечени  условий надежного запирани  силового транзисторного ключа и . повышени  его быстродействи , а также уменьшени  динамических потерь, в него дополнительно введены вспомогательные выпр митель и емкостной накопитель , а компаратор напр жени  выполнен совмещенным с триггером, при этом компаратор напр жени  соединен выходом с управл ющим входом запирающего транзистора, а выводом питани  - с вспомогательным емкостным накопителем , который через последовательно ( соединенные четвертый резистор и вспомогательный выпр митель подключен к первому выводу обмотки положительной обратной св зи накопительного силового трансформатора, второй вывод которой подключен к эмиттеру силового транзисторного ключа.
2. 2. Преобразователь по п.1, о т - личающийс  тем, что компаратор напр жени  состоит из усилител , выполненного на двух транзисторах разного типа проводимости, и транзисторного ключа, при этом базы транзисторов , образующих усилитель, соединены с коллекторами транзистороа противоположной проводимости, образу  транзисторный аналог тиристора, управл ющий вход которого подключен к , входу компаратора, а анод - к базе транзисторного ключа, эмиттер которого соединен с выводом питани  компаратора напр жени , а коллектор - с его выходом.

   Jlmim

   JP

   Ifflfflh

   Ш

   VJ9