Преобразователь постоянного напряжения

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскияСоциалистическихРеслублик(22) Заявлено 02.07. 81 (2) 3308354/24-07с присоединением заявки Мо(23) ПриоритетОпубликовано 212.82. Бюллетень Йо 47Дата опубликования описания. 23.12.82 Д 11 М. Кйт.з Н 02 М 3/335 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано во вторичных источниках электропитания систем радиоэлектроники и автоматики для преобразования уровня и стабилизации постоянного напряжения.Известны преобразователи, содержащие блок управления, усилитель, мощности с трансформатором, выходное напряжение которого после выпрямления сглаживается индуктивноемкостным фильтром, и блок защиты от перегрузки по току1.Недостатком этих устройств и, в первую очередь тех, которые имеют высокое напряжение питания (конверторы с бестрансформаторным подключением к сети), является их низкая надежность, Это обусловлено тем, что по окончании паузы на нуле транзисторы усилителя мощности включаются на время восстановлЕния обратно го сопротивления диодов выходного выпрямителя на короткозамкнутый контур. Ток через открываемые высоко-,: частотные транзисторы усилителя мощности быстро нарастает. При этом к открываемым транзисторам приложено полное напряжение питания и на них выделяется значительная импульсная мощность. Вследствие большой площади эмиттерного перехода мощных транзисторов за счет протекания базового тока изменяется смещение эмиттерного перехода. В результате ток эмиттера оказывается неравномерно распределенным по площади перехода и кумулируется при открывании транзистора в переферийных областях эмиттера, наиболее близко расположенных к базовым контактам. Это ведет к локальным перегревам и к необратимым изменениям структуры транзисторов. Быстродействующий блок защиты, который снимает сигнал воз буждения с баз транзисторов усиЛителя мощности при перегрузке по току, не предотвращает отказов подобного типа, Это обусловлено неуправляемостью по базе транзистора необратимых изменений в нем. Блок защиты от перегрузки срабатывает послеразрушения структуры транзистора.Наиболее близким к предлагаемому изобретению по достигаемому результату является преобразователь, который содержит блок управления, усилитель мощности, трансформаторный выход которого через выпрямитель соединен с индуктивно-емкостнымфильтром. При этом для ограниченияимпульсной мощности на начальнойстадии отпирания транзисторов усилителя мощности используются мно"гообмоточные дроссели. Первичнаяобмотка их включена последовательнос транзисторами усилителя мощностии в моменты отпирания транзисторовбольшая часть напряжения питанияпадает на дросселях. При этом существенно снижается величина импульс ной мощности. Во время закрытогосостояния транзисторов усилителя мощности накопленная .энергия по цепивторичной обмотки через диод и вспомогательный фильтр передается в выходную цепь 1 2).Одним из недостатков известногоустройства является большая длительность времени передачи накопленнойдросселем энергии в выходную цепь 20низкого уровня, часто используемогодля питания широкого класса микросхем. При соотношении числа витковмежду первичной и вторичной обмот-,ками пропорциональном соответственно напряжению питания и выходномунапряжению, время передачи накопленной в дросселе энергии пропорционально напряжению питания и временивосстановления обратного сопротивления диодов и обратно пропорционально выходному напряжению.В преобразователях с бестрансформаторным подключением к сети прииспользовании современных высокочастотных выпрямительных диодов время передачи накопленной энергии достигает 15 мкс. В течение времениособождения от накопленной энергиидроссель не подготовлен к ограни 40чению тока включаемых транзисторовусилителя мощности. Это сужает диапазон изменения скважности открытогосостояния транзисторов усилителямощности, что ведет к ухудшению КПД,динамических характеристик, ограничению верхней частоты преобразования, которая определяет массогабаритные характеристики преобразователя,а также снижает надежность устройства во времяпреждевременного включения 50транзисторов при неподготовленномсостоянии дросселей, При увеличениикоэффициента трансформации междуобмотками дросселя увеличиваетсяуровень высокочастотных помех. Кроме 55того, разряд накопленной энергиидросселя сопровождается перенапряжениями на транзисторах усилителямощности,Целью изобретения являетсяповышение надежности..Эта цель достигается тем, что впреобразователь, содержащий блок управления, усилитель мощности, выпрямитель и индуктивно-емкостный фильтр, 65 причем выход блока управления соединен с цепями управления транзисторами усилителя мощности, выход которого через выпрямитель соединен с индуктивно-емкостным фильтром, а выход фильтра - с входом блока управления, введен блок задержки, резистор,включенный последовательно в цепь питания усилителем мощности, шунтированный транзистором, цепь управления которого соединена с выходом блока задержки, вход которого соединен с выходом блока управления.Сущность изобретения состоит в том, что на время восстановления обратного сопротивления диодов выпрямителя питание на усилитель мощности поступает через введенный резистор, который ограничивает ток короткого замыкания транзисторов, находящихся при этом в режиме насыщения. Через определенное время, задаваемое блоком задержки и равное или несколько превышающее время восстановления обратного сопротивления диодов выпрямителя, резистор шунтируется введенным дополнительным транзистором, При этом транзисторы усилителя мощности (и введенный транзистор) не выходят из режима насыщения вследствие индуктивной реакции фильтра.Таким образом, импульсная мощность на время восстановления обратного сопротивления диодов выпрямителя выделяется на ввеценном резисторе, а не на траэисторах усилителя мощности, что повышает надежность преобразователя. Так как в предлагаемом устройстве для снижения импульсной мощности на транзисторах отсутствуют многообмоточные дроссели, для которыХ необходимо время подготовки, то частота преобразования может быть увеличена и улучшены динамические и массогабаритные характеристики. На чертеже приведена схема предлагаемого устройства.Преобразователь содержит блок 1 управления, усилитель 2 мощности, выпрямитель 3, индуктивно-емкостной фильтр 4, транзистор 5, шунтированный резистором б, и блок задержки 7. Усилитель 2 мощности соединен с первым входным выводом 8 питания конвертора непосредственно, а со вторым входным выводом 9 - через параллельно включенные резистор б и транзистор 5, база которого подключена к выходу блока 7 задержки. При этом выход блока 1 управления соединен с входом блока 7 задержки и с входом усилителя 2 мощности, трансформаторный выход 10 которого через выпрямитель 3 соединен с индуктивно-ем.костным фильтром 4, а его выход - свходом блока 1 управления.Устройство работает следующим .образом.В установившемся режиме работыпреобразователя в течение времениоткрытого состояния транзисторовусилителя 2 мощности с трансформаторного выхода 10 его поступает напряжение на выпрямитель 3. Один из диодов выпрямителя 3 открыт и через;дроссель фильтра 4, который при этомнакапливает энергию, на выход преобразователя и на вход блока 1 управления поступает напряжение. По истечении времени открытого состояния,определяемого блоком 1 управления,на его выходе пропадает сигнал возбуждения и транзисторы усилителя 2мощности запираются. На выходе трансформатора 10 усилителя мощностинапряжение исчезает. Энергия дросселя фильтра 4, накопленная во времяоткрытого состояния транзисторовусилителя мощности, расходуется наподдержание тока в нагрузке, которыйзамыкается через оба диода выпрямителя,Через время задержки после снятия сигнала возбуждения .запираетсятранзистор 5. При очередном появлении на выходе блока 1 управления сигнала возбуждения транзисторы усилителя 2 мощности отпираются. Коллекторный ток через транзисторы усилителя2 мощности ограничивается резистором 6. При этом на выходной обмоткетрансформатора 10 усилителя 2 мощности появляется небольшое напряжение другой полярности и происходитпереключение диодов, т.е. запирается диод, находившийся в предыдущийполупериод рабочего импульса в открытом состоянии. В течение временивосстановления обратного сопротивления диодов выпрямителя 3 импульснаямощность выделяется на резисторе б,а не на транзисторах усилителя 2 мощности. Через время задержки послепоявления на выходе блока 1 управления сигнала возбуждения, равноеили несколько превышающее времявосстановления диодов выпрямителя 3,которое задается блоком 7 задержки,отпирается транзистор 5. Вследствиеэтого на транзисторном выходе 10.усилителя 2 мощности появляется .полное напряжение и дроссель-индуктивно-емкостного фильтра 4 накапливает энергию. При этом транзисторы усилителя 2 мощности не выходятиз режима насыщения вследствие индуктивной реакции фильтра 4. В дальнейшем цикл работы полностью повторяется. При этом транзистор 5 переключается на удвоенной частоте работы усилителя 2 мощности с задержкой относительно сигнала возбуждения.Предлагаемое изобретение целесообразно применять в преобразователях большой мощности с высоким вход"ным.напряжением, которое имеется вовторичных источниках питания новогонакопления - устройствах с бестрансформаторным подключением к сети.Блок 1 управления содержит задаю 1 О щий генератор, компаратор, источникэталонного напряжения, широтно-импульсный модулятор, селекторы и Формирователи импульсов возбуждения,Для упрощения схемы вход блока 75 задержки можно соединить с выходомоднополярных сигналов модулятора,поступающих на селекторы блока 1 управления. При этом время задержки,задаваемое блоком 7, должно быть20 увеличено на длительность прохождения импульсов модулятора через селектор и формирователь импульсоввозбуждения усилителем мощности. Выходной каскад блока задержки органи 25 эует формирование форсированногоуправления введенным тразистором 5и при необходимости гальваническуюразвязку.Применение вместо многообмоточных30 дросселей в силовой цепи усилителямощности зашунтированного резистором транзистора, управляемого сигналом блока управления через блокзадержки, устраняет импульсные пере 35 грузки по мощности транзисторов усилителя мощности, что повыаает надежность конвертора,В установившемся режиме работытранзисторы усилителя мощности в4 р первый момент отпирания их включаются не на короткозамкнутую, а нарезистивную нагрузку Это исключаетопасную траекторию переключения прибольшом токе и напряжении. Формиро 45вание безопасной траектории переключения позволяет использовать впреобразователях с бестрансформаторным подключением к сети более низковольтные и менее дефицитные транзисторы без снижения надежности.5 О Отсутствие в предлагаемом устройстве многообмоточных дросселей, длякоторых необходимо время подготовки, позволяет увеличить частоту преобразования с целью снижения массы игабаритов.Предлагаемое изобретение, по сравнению с известным, обладает болеешироким диапазоном изменений скважнос"ти, что позволяет улучшить динамичес 6 О кие характеристики или увеличить КПД.Увеличение КПД достигается увеличением ширины рабочих (открывающих)импульсов усилителя мощности. Приэтом снижается величина тока в от 65 крытом состоянии и, следовательно,983939 Формула изобретения Составитель В.Моин дактор Л.Филиппова Техред З,палий Корректор Е.Рошко1 Под го комитета СССР ий и открытий Раушская наб.,Тираж 72 ИПИ Государственно по делам изобретен 035, Москва, Ж95 сно а Филиал ППП Патент, г. Ужгор Проектная,статические и динамические потери элементах. усилителя мощности. Отсутствие в предлагаемом устройстве многообмоточных дросселей снижает уровень излучения высокочастотных помех, передаваемых на выход кон- вертора,Предлагаемое изобретение может быть применень как в стабилизированных, так и в нерегулируемых преобразователях с фиксированной паузой на нуле, вводимой для исключения.сквозных токов. Преобразователь постоянного напряжения, содержащий транзисторный усилитель мощности с. выходным выпрямителем и фильтром и блок управления,выходы которого соединены с цепямиуправления транзисторами усилителямощности, а вход соединен с выходомпреобразователя, о т л и ч а ю щ и й-,с я тем, что, с целью повышениянадежности, в цепь питания усилителямощности включен последовательно введенный в схему резистор, шунтйрованный дополнительным транзистором,10 цепь управления которого подключенак одной из выходов укаэанного блокауправления через введенный блок задержки.Источники информации,15 принятые во внимание при экспертизе1, Авторское свидетельство СССРР 692030, кл. Н 02 М 3/335, 1976.2, Авторское свидетельство СССРР 773861, кл. Н 02 М 3/335, 1978,