Двухтактный преобразователь напряжения

(57) ке,им. тиЕЛЬ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР(71) Киевский политехнический институт50-летия Великой Октябрьской социалческой революции(56) Авторское свидетельство СССРМ 1267553, кл. Н 02 М 3/335, 1984.Авторское свидетельство СССРЬЬ 1056168, кл. Н 02 М 3/335, 1980.(54) ДВУХТАКТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТНАПРЯЖЕНИЯ Изобретение относится к электротехни-. ке, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано для питания радиоэлектронной и электрофизической аппаратуры, чувствительной к высокочастотным помехам, а также для построения на его основе высоковольтных стабилизирующих преобразователей или регуляторов постоянного напряжения с высоким качеством электромагнитной совместимости.Известен двухтактный преобразователь напряжения, содержащий включенные последовательно между входнами выводами управляемый высокоомный двухполюсник на регулирующем транзисторе с резистором в цепи его эмиттера, подсоединенным своим свободным выводом к первому входному выводу. и усилитель мощности с трансформаторным выходом, построенИзобретение относится к электротехндв частности к преобразовательной технике, и может быть использовано для питания радиоэлектронной и электрофизической аппаратуры, чувствительной к высокочастотным помехам. Цель изобретения - повышение надежности. Преобразователь содержит усилитель мощности 6, управляемый высокоомный двухполюсник 4 на регулирующем транзисторе 5, задающий генератор 10, источникоднополярногоуправляющего напряжения 12 и выпрямительно-фильтрующий блок 11. Введение защитной цепи из последовательно соединенных диода 15 и резистора 16 обеспечивает ограничение тока высокоомного двухполюсника 4 за счет подзапирания диода 15, 2 ил. ный по схеме со средней точкой, подключенный к.второму входному выводу, на полупроводниковых ключах, объединенных одноименными силовыми выводами, а также источник переключающего сигнала, состоящий, в частности, из задающего, генератора синусоидального напряжения с трансформаторным выходом и источника постоянного напряжения, выполненного на диоде, смещенном в прямом направлении и включенном встречно по отношению к полярности напряжения входного питания между объединенными силовыми выводами ключей усилителя мощности и Средней точкой выходного обмотки трансформатора задающего генератора, а противофазные выводы указанной обмотки подсоединены к управляющим выводам ключей, источник однополярного управляющего напряжения, выполненный на другой выходной обмоткетрансформатора задающего генератора и двухполупериодном выпрямителе, выходные выводы которого подключены к выводам управляющего входа регулирующего элемента, и выпрямительно-фильтрующее устройство.Наиболее близким устройством является двухтактный преобразователь напряжения, содержащий включенные последовательно между входными выводами управляемый высбкоомный двухполюсник на 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, подключенной к второму входному выводу, на полупроводниковых ключах, объединенных силовыми выводами, а,также источник переключающего сигнала, включающий в себя задающий, генератор прямоугольных импульсов, источник переключающего сигнала, включающий в себя задающий генератор,прямоугольных импульсов, источник однополярного управляющего напряжения и выпрямительно-фильтрующее устройство, причем объединенные сиювые выводы ключей подсоединены к общему выходному, а их управляющие выводы - к противофвзным выходным выводам указанного источника переключающего сигнала, выходные выводы источника управляющего напряжения подключены к входным выводам регулирующего элемента,Цель изобретения - является повышение надежности путем предотвращения аварийного перенапряжения на выходе при увеличении управляющего напряжения и сопротивления нагрузки.На фиг. 1 представлена функциональная схема преобразователя с защитой; на фиг, 2 - вариант реализации схемы защиты преобразователя.Двухтактный преобразователь напря-. жения содержит включенные последовательно между входными выводами 1 и 2 управляемый высокоомный двухполюсник 3 на регулирующем транзисторе 4 с резистором 5 в цепи его змиттера. подсоединенным своим свободным выводом к входному выводу 1, и усилитель мощности 6 на транзисторах 7 и 8, объединенных эмиттерами, с выходным трансформатором 9; средняя точка первичной обмотки которого подключена к входному выводу 2. Источник переключающего сигнала, являющийся задающим генератором 10, обеспечивает поочередный противофаэный перевод ключей из проводящего состояния в непроводящее и наоборот, Противофазные выходные выводы генератора 10 подсоединены к базам транзисторов 7 и 8 соответственно, а общий выходной вывод - к их объединенным одноименным эмиттерам. Между выходом 5 усилителя мощности.б и выходными выводами преобразователя включен выпряйительно-фильтрующий блок 11. Источник однополярного управляющего напряжения 12 своим выходным выводом 13, полярность 10 напряжения на коротком совпадает с полярностью напряжения на входном выводе 2, подсоединен к базе регулирующего транзистора 4, адругим выходным выводом 14 - к общей точке диода 15 и резистора 16 вве денной защитной цепи, свободный выводдиода 15 которой подключен к входному выводу 1, а свободный вывод резистора 16 - либо к входному выводу 2 (фиг. 1), либо к общей точке двухполюсника 3 и. усилителя 2 Р мощности (Фиг.2).К выходным выводам преобразователя подсоединена нагрузка;Предлагаемый преобразователь работает следующим. образом.Под действием выходного однополяр ного напряжения источника 12 выходнойток управляемого двухполюсника 3, переключаемый ключами транзисторами 7 и 8 с частотой выходного сигнала генератора 10, формирует напряжение на первичных полу обмотках выходного трансформатора 9. Частота выходного сигнала генератора.10 выбирается равной резонансйой частоте па- раллельного контура, образованного емкостью С и индуктивностью первичной 35 полуобмотки трансформатора 9. При этомнапряжение .на полуобмотках последнего представляет собой либо совокупность отрезков параболы, либо синусоиду. Через диод -15 под действием напряжения входного 40 питания Охпреобразователя протекает ток1, равный И =Овх/816 (816 - сопротивление резистора 16) в случае реализации по фиг. 1, или 11"= (Овх Оаыхйв)И 16 (Овых - выходное напряжение преобразователя, пз - коэффи циент трансформации трансформатора 9) вслучае реализации по фиг. 2.Одновременно через указанный диод в,противоположном направлении под действием выходного напряжения источника 12 50 протекает ток 12, являющийся базовым током транзистора 4, величина которого определяется номинальным выходным током преобразователя, коэффициентом трансформации трансформатора 9 и типом тран зистора 4 (в частности, егор).Для обеспечения нормальной работыпреобразователя и надежной его защиты от. перенапряжения на выходе выбирают практически 1 ф 1,В 2 иом 02 н 0 м - значение тока Ь соответствующее номинальной выходноймощности, или, при неизменном сопротивлении нагрузки, номинальному выходномунапряжению). Выходной ток двухполюсника 3 1 выхз, определяемый соотношением1 выхз Овых 12/Вэ=12 ф 4 (Овых 12 выходное напряжение источника 12, йв - сопротивленйерезистора 5), определяет амплитуду напряжения на первичных полуобмотках трансформатора 9, а следовательно, и величинувыходного напряжения преобразователя 10Рассмотрим ситуацию, возникающую впреобразователе в случае аварийного увеличения выходного напряжения источника12 вследствие какой-либо его неисправно- .сти или, например, по ошибке настройщика . 15при неизменном сопротивлении нагрузки,УВЕЛИЧЕНИЕ вых 12 ПРИВОДИТ ПРИ ЭТОМ К ПРОпорциональному увеличению выходного напряжения преобразователя, Приувеличении тока 2 и выходного йапряжения 20преобразователя в полтора раза начинаетсяподзапирание диода 15, ограничивающееток 12 и выходное напряжение, повышая темсамым надежность, особенно высоковольтных преобразователей, так как предотвращение перенапряжения исключаетвоэможность пробоя в элементах высоковольтных цепей (трансформатор 9, узел 11 инагрузка).Напряжение между коллектором и 30эмиттером транзистора 4 Ок-з 4 при номинальной выходной мощности преобразова-теля и номинальном напряжении входногопитания Овхном выбирается равным Ох в 4 з 4Ф 4 В+ 0,1 Овх,ном для обеспечения активного 35режима при уменьшении Овх на 10 отОвх.ном Практически увеличение Овых 2 вполтора раза при номинальной выходноймощности и номинальном выходном и входном напряжениях приведет к более резкому 40увеличению тока 12, так как вследствие увеличения амплитуды напряжения на полуобмотках трансформатора 9 транзистор 4войдет в насыщение, т.е. существенно(в 3-5раэ,и более) уменьшится коэффициент передачи тока базы Ра, а, следовательно, ограничение тока 12 путем подзапирания.диода15 произойдет при значении напряженияОвых 12 в интервале Овых 2 ном Овыха(1 5 Овых 12 ном(Овых 12 ном - значение Овых 32,соответствующее номинальному выходному напряжению)Рассмотрим ситуацию, возникающую, вчастности, при использовании преобразо- .вателя в составе стабилизирующего преоб- %раэователя напряжения. Пусть в процессеэксплуатации уменьшилось сопротивлениенагрузки Вн. При этом возрастает выхоДнойток источника 12 2, Если сопротивление ВнГ уменьшится (вплоть до короткого замыка- " ния) настолько, что ток 12 установится равным по величине току 1, диод 15 подзапирается, обеспечивая тем самым ограничение тока 12 и, как следствие, выходного тока двухполюсника 3, предотвращая обусловленные указанной перегрузкой выбросы тока через транзисторы преобразователя 7 и 8 и связанные с этим отказы в работе. Ограничение выбросов выходноготока двухполюсника 3 1 выхз при перегрузке осуществляется в преобразователе с постоянной времени транзистора 4, работающего в активном режиме. Введенная цепь иэ диода 15 и резистора 16 потребляет ток 11, равный 1 д 1,5 выхз/Д. При использовании в качестве транзистора 4 современных транзисторов, выполненных по схеме Дарлингтона и имеющих коэффициент ф 4 порядка нескольких сотен, величина тока 1 выхз составляет менее 1)ь от тока 1 выхз, потребляемого силовой цепью преобразователя от источника входного питания. Кроме того, при использовании транзисторов с большим коэффициентом 34 в случае подключения свободного вывода резистора по фиг. 2 вследствие большой величины сопротивления укаэанного резистора (десятки килоом) не наблюдается ухудшения показателей качества преобразователя, в частности не происходит сужение диапазона установки регулируемых значений выходного напряжения в области малых величин. При использовании предлагаемого преобразователя в составе стабилизирующего преобразователя напряжения защита от перегрузок по току вплоть до короткого замыкания обеспечивается во всем диапазоне устанавливаемых значений выходного напряжения, а ложных срабатываний защиты при этом не происходит, т,е. имеет место расширение функциональных воэможностей защиты. Повышение надежности преобразователя и расширение функциональных возможностей защиты обеспечены предельно простой реализацией цепи защиты - она содержит всего два электрозлемента - диод 15 и резистор 16. Ф о р мула из о бр ете н и я Двухтактный преобразователь напряжения, содержащий включенные последовательно между входными выводами управляемый высокоомный двухполюсник на регулирующем транзисторе с резистором в цепи эмиттера, подключенным свободным выводом к первому входному выводу, и усилитель мощности с трансформаторным выходом, подключенный одним выводом питания к второму входному выво1714770 Составитель Ф.М.ГарцманТехред М.Моргентал ктор О.Кундри Редактор ени Заказ 70 ВНИТираж венного комитета и 113035, Москва, ЖГосуд комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина,Про венно-издат ду, задающий генератор, выходом соединенный с управляющими входами усилителя мощности; выпрямительно-фильтрующий блок, выходом подключенный к выходным выводам, источник однополярного управляющего напряжения одним выходным выводом, полярность напряжения на котором соответствует полярности напряжения на втором входном выводе, подключен к базе регулирующего.транэистора,отл и чаю щийсятем, что, с целью повышения надежности при увеличении управляющего напряжения от перенапряжейия на выходе и изменения нагрузки, введена защитная цепь из последовательно соединенных диода и резистора, подключенная между первым и вторым 5. входными выводами, причем общая точказащитной цепи подключена к другому выходному выводу уйомянутого источника однополярного напряжения, при этом диод указанной цепи включен в направлении 10 прямой проводимости по отношению к полярности напряжения питания. Подписноеэобретениям и огкрытиям при ГКНТРаушская наб 4/5