SU736289A1 - Стабилизированный транзисторный конвертор - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к электротехнике и может быть использовано в цеп х . питани  различной радиотехнической аппаратуры.

Известный стабилизированный транзисторный конвертор содержит силовой трансформатор, выпр митель, регулирующий транзистор, включенный последовательно с выходным дросселем фипьтра, устройство защиты от перегрузок по току, включающее в себ  интегрирующий элемент на транзисторе и отключаюидай орган на тиристоре , к управл ющему, электроду которого подключен диэъюнктор, один из входов которого соединен с выходом интегрирующего элемента, причем устройство защиты снабжено датчиком амплитуду пульсаций на трансформаторе , первична  обмотка которого включена во входную силовую цепь регулирующего транзистора, а вторична  - ко входу дополнительного выпр мител , выход которого через резистор подключен ко второму входу дизъюнктора 1.

Наиболее близким техническим решением  вл етс  устройство, содержащее ключевой усилитель мощности на транзисторах с управл ющирли

трансформаторами, подключенный по входу к входным клеммам, а выходомк первичной обмотке выходного трансформатора , вторична  обмотка которого через выпр митель и сглаживающий фильтр подсоединена к выходным клеммам, соединенным также с первым входом широтно-импульсного модул тора , подсоединенного вторым входом

10 с выходом задающего генератора,другой выход которого соединен со счетным входом триггера, источник опорного напр жени , соединенный с третьим входом широтно-импульсного

15 модул тора, формирователь управл ющих импульсов, первым входом соединенный с выходом широтно-импульсного модул тора, выходом соединенный с входами двух узлов совпадени , к

20 другим входам которых подключены выходы триггера, а два выхода соединены с базами транзисторов, в коллекторные цепи которых включены обмотки управл ющих трансформаторов,

25 другие обмотки которых соединены с базами транзисторов ключевого усилител  мощности, датчик тока перегрузки , включающий в себ  трансформатор тока, первична  обмотка кото30 рого соединена одним концом послеовательно с первичной обмоткой вы ходного трансформатора, а другим концом - с выходом ключевого усилител  мощности, а вторична  обмотка через выпр митель подсоединена к резистору, уэеп защиты, один вход которого подсоединен к резистору датчика тока перегрузки, другой вход - к источнику опорного напр жени , а выход - к второму входу формировател  управл ющих импуль сов 21.

Недостатки известных устройств низкое быстродействие защиты от перегрузок по току и невозможность повышени  быстродействи  без снижени  помех устойчивости.

При этом дл  повышени  помехоустойчивости узла защиты между управл ющим электродом и катодом тиристора устанавливаетс  конденсатор, что еще более ухудшает быстродействие защиты.

Цель изобретени  - повышение быстродействи  защиты силовых тра-.нзисторов ключевого усилител  мощности конвертора от перегрузок по току без ухудшени  помехоустойчивости ,

Цель достигаетс  тем, что в транзисторный конвертор дополнительно введены и включены между выходом датчика тока перегрузки и формирователем управл ющих импульсов последовательно соединенные диод,стабилитрон и резистор.

На чертеже приведена принциписшьна  электрическа  схема транзисторного конвертора.

: Конвертор состоит из транзисторного усилител  1 мощности, выходного трансформатора 2, выпр мител  3, сглаживающего фильтра 4, задгиощего генератора 5у широтно-импульснсго модул тора б, источника 7 опорного напр жени , триггера 8, формировател  9 управл ющих импульсов, датчика 10 тока перегрузки, узла 11 зс ЩИ1Ы, дополнительно введенных 12, стабилитрона 13, резистора 14,

Задающий генератор 5, выполненный на эквиваленте однопереходного транзистора (транзисторы 15, 16), генерирует короткие треугольные импульсы, управл ющие по счетном;/ входу триггером 8, работающем в режиме делител  частоты и пилообразное напр жение, через змиттерный повторитель на транзисторе 17 поступающее в выходной сравниваюсои  делитель щиротно-импульсного модул тора 6 (ШИМ), в качестве которого используетс  дифференциальный каскад на транзисторах 18, 19. На базу транзистора 18 подаетс  сумма части выходного и пилообразного напр жений. На багу транзистора 19 .поступает опорное напр жение от источника 7. В результате сравнени 

этих напр жений с выхода ШИМ трапецеидальные , импульсы поступают на вход формировател  9 управл ющих импульсов , состо щего из формировател  20 управл ющих импульсов на транзисторах 21, 22, двух узлов совпадени  на инверторах с открытым коллектором 23,. 24 и управл ющих транзисторов 25, 26. На одни входы инверторов 23, 24 поступают сдвинутые друг относительно друга на 180 последовательности импульсов с выходом триггера 8, на другие входы подаетс  сигнал с коллектора выходного транзистора 22 формировател  20 управл ющих импульсов. С выходов инверторов 23, 24 на базы выходных транзисторов 25, 26 поступают сдвинутые на 180 последовательности широтно-модулированных импульсов, В коллекторных цеп х транзисторов 25, 26 включены обмотки 27,. 28 управлени  трансформаторов 29, 30 тока . Другие обмотки этих трансформаторов включены соответственно в эмнттерную и цепи силовых транзисторов 31, 32 ключевого усилител  1 мощност;. В результате эти транзисторы включаютс  один раз в полпериода со скважностью, обеспечивающей стабилизацию выходного напр жени  конвертора при изменени х входного напр жени  и тока нагрузки

Датчик 10 тока перегрузки состоит из трансформатора 33 тока выпр мител  34 и резистора 35, Первичип  обмотка трансформатора тока 33 включена последовательно с первичной обмоткой выходного трансформатора 2, Напр жение вторичной обмотки трансформатора 33 выпр мл етс  выпр мителем 34 и поступает на резистор 35, напр жение на котором пропорционально импульсному току силовых транзисторов 31, 32. Напр жение с выхода датчика 10 тока перегрузки поступает на вход узла 11 защиты, в качестве которого используетс  триггер, выполненный на базе операционного усилител  (ОУ) 36. Другой вход ОУ подключен к источнику 7 опорного напр жени . В нормальном ре симе работы напр жение на резисторе 35 меньше опорного напр жени . На выходе ОУ имеетс  низкий уровень напр жени ,, диод 37 и ciaбилитрон 38 заперты, т.е. узел 11 защиты не сказывает вли ни  на работу конвертора.

В аварийной ситуации, если ток через транзисторы 31, 32 усилитб л  1 мощности нарастает относительно медленно (например, при коротком замыкании на выходе индуктивно-емкостного фильтра конвертора), когда увеличивающеес  напр жение на резисторе 35 превышает опорное напр жение , диод 37 открываетс , на вход (+) ОУ начинает поступать ток

с выхода ОУ. Этот ток не лрекращаетс  даже после уменьшени  напр жени  на резисторе 35 до нул , т.е. триггер на ОУ устанавливаетс  в устойчивое состо ние. Стабилитрон 38 начинает проводить ток, который через последо-зательный резистор поступает в базу транзистора 22 формировател  20 управл ющих импульсов. Транзистор 22 открываетс , на входы инверторов. 23 , 24 поступает нулевой уровень, выходные транзисторы инверторов запираютс , в базу запертого в текущем полупериоде транзистора 25 или 26 через резисторы 39 или 40 поступает ток,. Транзистор 25 (26) отпираетс  и ток, поступающий в обмотку управлени  27 (28) трансформатора 29 (30), блокирует поступление тока в базу силового транзистора 31 (32). При этом нарастание коллекторного тока силового транзистора может быть только за счет накопленных неосновных носителей в базе и по величине незначительно . Таким образом, происходит блокировка силовых транзисторов усилител  1 мощности путем воздействи  на формирователь управл ющих импульсов сигнала с выхода узла защиты дискретного действи . Узел защиты может быть выполнен на базе тиристора, туннельного диода и др. но характер его воздействи  на формирователь управл ющих импульсов аналогичен,

Задержка срабатывани  ОУ составл ет 1-2 МКС. За счет RC-фильтра на входе ОУ, обеспечивающего помехозащищенность узла 11 защиты, задержка срабатывани  последнего составл ет 5-10 МКС. Примерно така  же или больша  задержка получаетс  при использовании в узле защиты других дискретных элементов: туннельного диода, тиристора и др. Как указывалось выше, в течение такого времени задержки срабатывани  узла зашиты ток через силовые транзисторы усилител  мощности может достигнуть недопустимой величины, обуславлива  выход транзисторов из стро .

Дополнительно введенна  цепь последовательно соединенные диод 12, стабилитрон 13, резистор 14 включенна  между выходом датчика 10 тока перегрузки и базой транзистора 22 формировател  9 управл ющих импульсов, позвол етобеспечить быстродействующую защиту транзисторов 31, 32 усилител  мощности 1 от токовых перегрузок без ухудшени  помехоустойчивости узла 11 защиты дискретного действи .

Параметры цепи - диод 12, стаби литрон 13, резистор 14 - выбираютс  таким образом, что воздействие через эту цепь непосредственно на Формирователь 9 управл ющих импульсов начинаетс  при напр жении на резисторе 35 несколько превишающем порог срабатывани  узла 11 защиты. Это напр жение в основном определ етс  напр жением стабилизации стабилитрона 13. Резистор 14 ограничивает базовый ток транзистора 22. Поскольку выпускаемые отечественной Промышленностью стабилитроны  вл ютс  низкочастотными приборами,они имеют довольно большую собственную

o емкость. Включение последовательно со стабилитроном импульсного диода 12 с незначительной собственной емкостью резко снижает суммарную емкость последовательно включенных

5 элементов 12, 13. При отсутствии в цепи диода импульсное напр жение на резисторе 23 дифференцируетс  емкостью стабилитрона поступает на базу транзистора 22, если даже

0 амплитуда напр жени  импульсов на резисторе 35 меньше напр жени  стабилизации стабилитрона 13. При этом нарушаетс  нормальный режим- работы конвертора. При включении последовательно со стабилитроном 13 диода

5 12 воздействие напр жени  с выхода датчика тока перегрузки 10 на транзистор 22 по цепи 12-13-14 практически отсутствует,

В случае быстрого аварийного

0 нарастани  тока, включенного в данном полупериоде транзистора 31 (32) усилител  мощности 1, например при пробое одного из вентилей выпр мител  3, напр жение на резисто5 ре 35 практически мгновенно достигает такого уровн , что по цепи 1213-14 в базу транзистора 22 поступает ток, транзистор 22 открываетс  и происходит описанный выше процесс

0 блокировки управл ющих импульсов транзисторов 31, 32. Начинаетс  рассасывание неосновных носителей, во врем  которого возможно некоторое нарастание коллекторного тока силового транзистора за счет накоплен5 ных в базе неосновных носителей. Далее начинаетс  резкий спад коллекторного тока.

Если врем  рассасывани  неосновных носителей транзисторов 31, 32

0 больше времени задержки срабатывани  узла 11 дискретной защиты, то по истечении времени задержки узел 11 защиты устанавливаетс  в устойчивое состо ние и через стабилитрон

5 38 продолжительно воздействует на транзистор 22 узла формировани  управл ющих импульсов 9. Дл  введени  конвертора в рабочий режим необходимо его выключение и повторное

0 включение.

Если врем  рассасывани  неосновных носителей транзисторов 31, 32 меньше времени задержки срабатывани  узла 11 защиты, то по истечении времени;рассасывани  начинает5

с  спад импульса тока силового транзистора 31, 32, прекращаетс  воздействие , на транзистор 22 по цепи 1213-14 , вновь по вл ютс  управл ющие импульсы, транзистор 31 (32) снова включаетс  и ток перегрузки создает на резисторе 35 напр жение, достаточное дл  повторной блокировки формировател  9 управл ющих имщльсов по цепи 12-13-14. Таких циклов может быть несколько до тех пор, пока по истечении времени задержки срабатывает узел 11 защиты и блокировка сигналов формировател  9 управл ющих импульсов становитс  продол ЯШ тельной„.

Таким образом, осуществл етс  быстродействующа  защита силовых транзисторов конвертора без ухудшени  помехоустойчивости узла защиты от перегрузок.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Стабилизированный транзисторный конвертор, содержащий ключевой усилитель мощности на транзисторах с управл ющими трансформаторами, подклю .ченный по входу к входным клеммам , а выходом - к первичной обмотке выходного трансформатора, вторична  обмотка которого через выпр митель и сглаживающий фильтр подсоединена к выходным клеммам, соединенным также с первым входом широтно-импульсного модул тора.под:соединенного вторым.входом с выхо; дом задающего генератора,, другой i выход которого соединен со счётным ;входом триггера, источник опорного напр жени , соединенный с третьим входом широтно-импульсного модуп тора , формирователь управл юЕДих импульсов , первым входом соединенный

   с выходом широтно-импульсного модул тора , выходом соединенный с входами двух узлов совпадени , к другим входам которых подключены выходва выхода соеfS триггера.

   5 динены с базами транзисторов, в коллекторные цепи которых включены обмотки-управл ющих трансформаторов , другие обмотки которых соединены с базами транзисторов ключеQ вого усилител  мощности, датчик тока перегрузки, включающий в себ  трансформатор тока, первична  обsroTKa которого соединена одним кондом последовательно с первичной об моткой выходного трансформатора, а .другим концом - с выходом ключевого усилител  мощности, а вторична  обмотка через выпр митель подсоединена к резистору,, узел защиты, один вход которого подсоединен к резистору датчика тока перегрузки, другой вход - к источнику опорного напр жени , а выход - к одному из входов формировател  управл ющих импульсов, отличающийс 

   5 тем, что, с целью повышени  быстродействи  защиты транзисторов ключевого усилител  мощности от перегрузок по току без ухудшени  помехоустойчивости , в него дополнительно

   п введены и включены между выходом датчика тока перегрузки и вторым входом формировател  управл ющих импульсов последовательно соединенные диод, стабилитрон и резистор.

   5 Источники инфоомации,

   прин тые во внимание при экспертизе

   1, Авторскоесвидетельство СССР

   483662, кл. Q05 F 1/58, 1974.

   0 2, Авторскоесвидетельство СССР

   № 464049, кл. Н02 М 3/22, 1975 (прототип).