Стабилизированный конвертор

(71) Научно-исследовательский институт управляющих вычислительныхмашин(54)(57) СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ КОНВЕРТОРпо авт. св944018, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения надежности путем защиты силовыхтранзисторов усилителя мощности отперегрузок по току, в него введенвспомогательный источник плавно нарастающего напряжения, входом соединенный с выводами для подключениявходного найряжения, а выходом - совходом введенного узла контроля напряжения, выход которого через введенный дополнительный диод подключенк указанной общей точке конденсатора и диода,145427 10 25 ФИзобретение относится к преобразовательной электротехнике, можетбыть использовано во вторичных источниках питания,По основному авт.св.В 944018известен стабилизированный конверторсодержащий усилитель мощности натранзисторах, входом соединенный свыводами для подключения входногонапряжения, а выходом - с первичнойобмоткой выходного трансформатора,вторичная обмотка которого черезвыпрямитель и фильтр подключена квыводам для подключения нагрузки ивходу широтно-импульсного модулятора, другими входами .соединенного систочником опорного напряжения ивыходом генератора пилообразногонапряжения, а выходом - с однимвходом формирователя управляющихимпульсов, выходом подключенного куправляющим входам усилителя мощности, а другим входом к выходу узлазащиты от перегрузки, одним входомсоединенного с источником опорногонапряжения, датчик тока перегрузки, входом включенный,в силовыецепи транзисторов усилителя мощности, выход датчика тока перегрузкизашунтирован последовательной цепью,состоящей из диода, конденсатора ирезистора, причем общая точка диодаи конденсатора соединена с другимвходом узла защиты, а общая точкаконденсатора и резистора - с выходом генератора пилообразного напряжения.Стабилизированный конвертор, использующии усилитель мощности сширотно-импульсной модуляцией, обычно содержит индуктивно-емкостнойсглаживающий фильтр.При включении стабилизированного, конвертора, когда его выходное напряжение еще не достигло номиналь ного значения, транзисторы усилителя мощности работают со скважностью два, поскольку широтно-импульсный модулятор еще не работает. Переменное напряжение на вторичной обмотке 50 выходного трансформатора имеет форму меандра и после его выпрямления получается постоянное напряжение, поступающее на вход сглаживающего фильтра. При этом возникает пере ходный процесс колебательного характера. При этом имеет место максимум зарядного тока дросселя, когда 1амплитуда тока в несколько раз превышает ток в дросселе в установившемся режиме. С такой же кратностьювозрастает коллекторный ток сижовыхтранзисторов усилителя мощности. Дополнительное воэрастани тока дросселя и, как следствие, токов силовых транзисторов возможно за счетнасыщения сердечника дросселя большим зарядным током 13.,Поскольку при включении коллекторный ток силовых транзисторов скратностью вьппе двух превьппает еговеличину в установившемся режиме,имеет место превьппение предельнодопустимого коллекторного тока силовых транзисторов, что, как известно, существенно снижает надежностьустройства. Таким образом,.недостатком известного стабилизированного конвертора является низкая надежность за счет перегрузки по кбллекторному току силовых транзисторов усилителя мощности при включении. Цель изобретения - повьппение надежности стабилизированного конвертора путем защиты силовых транзисторов усилителя мощности от перегрузок по току при включении.Указанная цель достигается тем, что в стабилизированный конвертор введен вспомогательный источник питания плавно нарастающего напряжения, входом соединенный с выводами для подключения входного напряжения, а выходом - со входом введенного узла контроля напряжения, выход которого через введенный дополнительный диод подключен к указанной общей точке конденсатора и диода.На чертеже представлена принци,пиальная электрическая схема стабилизированного конвертора в полумостовом варианте для случая выполнения датчика тока перегрузки на трансформаторе тока с первичной обмоткой, включенной последовательно с первичнойобмоткой выходного трансформатора, и вторичной обмоткой через выпрямитель подключенной к резистору.Стабилизированный конвертор содержит усилитель 1 мощности с силовыми транзисторами 2 и 3, управляющими с помощью трансформаторов 4 и 5 тока. К выходу усилителя 1 мощности подключена первичная обмотка выходного трансформатора 6, вторичнаяобмотка которого через выпрямитель1145427 ляющих импульсов 37 я фильтр 8 соедицеца с выводамидля подключения нагрузки, соединенными также с входом широтно-импульсного модулятора 9, другими входамиподключенного к выходу генератора 10пилообразного напряжения и источнику 11 опорного напряжения, а выходом - к входу формирователя 12 управляющих импульсов, выходы которогосоединены с управляющими обмотками 1 О13 и 14 трансформаторов 4 и 5 соответственно. Узел 15 защиты от перегрузки входом А соединен с источником 11 опорного напряжения, а выходом - с одним из входов формирователя 12 управляющих импульсов Датчик16 тока перегрузки входом включенв коллекторные цепи силовых транзис-.торов 2 и 3 последовательно с первичной обмоткой выходного трансформатора 6 и состоит из трансформатора17 тока, выпрямителя 18 и резистора 19, Вьгод датчика 16 тока перегрузки зашунтирован дополнительновведенной последовательной цепью,состоящей из диода 20, конденсатора21 и резистора 22. Общая точка диода. 20 и конденсатора 21 соединена совходом Б узла 15 защиты, .а общаяточка конденсатора 21 и резистора 22 Зсоединена с выходом генератора 1 Опилообразного напряжения через резистор 23. Вспомогательный источник24 питания плавно нарастающего напряжения входом соединен с выводамидля подключения входного напряжения,35а выходом - со входом узла 25 контроля напряжения, выход которого черездополнительный .диод 26 подключен кобщей точке конденсатора 21 и диода20. Узел 25 контроля напряжения может состоять.из делителя напряженияна резисторах 27 и 28, включенногона выходе вспомогательного источника 24 питания, один из выходных выводов последнего соединен с эмиттером транзистора 29, переход база -эмиттер которого зашунтирован резистором 30, база через последовательновключенные стабилитрон 31 и резистор32 подключена к другому выходномувыводу источника 24, а коллектор соединен со средней точкой резистивногоделителя напряжения (27, 28), являющейся выходом узла 25 контроля напряжения,Стабилизированный конвертор работает следующим образом. 4В широтно-импульсном модуляторе 9 происходит сравнение опорного напряжения источника 11 с суммой пилообразного напряжения и выходного напряжения стабилизированного конвертора. Выходные сигналы широтноимпульсцого модулятора 9 трапецеидальной формы поступают на вход формирователя 12 управляющих импульсов, формирующего два последовательно широтно-модулированных импульса с крутьми фронтами, сдвинутые по фазе одруг относительно друга на 180 . Эти импульсы посредством управляющихобмоток 13 и 14 трансформаторов 4 и 5 тока обеспечивают переключение силовых транзисторов 2 и 3 усилителя 1 мощности со скважностью, необходимой для поддержания выходного напряжеция стабилизированного конвертора ца заданном уровне, т.е. имеетместо режим стабилизации выходногонапряжения. При этом вых дные импульсы датчика 16 тока перегрузки, пропорциональные импульсам коллекторныхтоков транзисторов 2 и 3, через диод20 и резистор 22 заряжают до амплитудного значения импульсов конденсатор 21. Сумма напряжения на конденсаторе 21 и пилообразного напряжения ца резисторе 22, поступающая навход Б узла 15 защиты от перегрузки, в качестве которого может бытьиспользован операциоццый усилительили компаратор, меньше. опорного, напряжения ца входе А последцего, Приэтом отсутствует воздействие узла15,защить 1 ца Формирователь 12 управПри возникновении перегрузки по току ца выходе стабилизированного конвертора амплитуда импульсов напряжения на выходе датчика тока перегрузки 16 увеличивается, Конденсатор 21 через диод 20 и резистор 22 заряжается до цаиболыией амплитуды этих импульсов. -В результате сумма пилообразного напря:;ения ца резисторе 22 и напряжения на конденсаторе 21 ца части полупериода превышает опорное напряжение. При этом ца выходе узла 15 защиты появляются импульсы, воздействующие на Формирователь 12 таким образом, что скважцость управляющих импульсов, а следовательно, и импульсов коллекторного тока силовых транзисторов 2 и 3 возрастают.Выходное напряжение стабилизированно 1145421 бго конвертора падает, а выходной ток определяется порогом ограничения узла 15 защиты и остается неизменным при дальнейшем уменьшении сопротивления нагрузки вплоть до полного короткого; замыкания,т.е. имеет месторежим стабилизации выходного тока.После снятия перегрузки нормальный режим стабилизации выходного напряжения автоматически восстанав-10 ливается. Малая постоянная времени заряда конденсатора 21 и большая постоянная времени его разряда на входную цепь узла 15 защиты обеспечивают значительно меньшую ампли . туду переменного напряжения на конденсаторе 21, чем амплитуда пилообразного напряжения на резисторе 22. Это обуславливает в режиме перегруз- ки симметричное воздействие узла 1520 защиты на формирователь 12 и длительность импульсов транзисторов 2 и 3 уменьшается симметрично при уменьшении сопротивления нагрузки. Даже при значительном разбросе времен рас.25 сасывания транзисторов 2 и 3 насыщее" ния выходного трансформатора не происходит, а максимальная амплитуда коллекторных токов этих транзисторов определяется порогом ограничения Зо узла 15 защиты.Поскольку конденсатор 21 подключен на выход датчика 16 тока перегрузки через резистор 22, сопротивление которого может быть эначитель-. З но больше выходного сопротивления датчика 16 тока, при скачкообразном уменьшении сопротивления нагрузки, коротком замыкании или аварийном возрастании коллекторного тока сило О вого транзистора 2 или 3 весь выходной сигнал датчика 16 тока независимо от емкости конденсатора 21 мгновенно поступает на вход Б узла 15 защиты от перегрузок, т.е. имеет место быстродействующее токоограничение. Диод 20 предотвращает разряд конденсатора 21 на выходные цепи датчика 16 тока перегрузки.При включении стабилизированного 5 О конвертора выходное напряжение вспомогательного источника 24 питания плавно нарастающего напряжения поступает на вход узла 25 контроля напряжения. Когда его величина еще 55 не достигла установившегося значения, ток, поступающий через резистор 32 и стабилитрон 31, не создает на резисторе 30 напряжения, д остаточного для отпирания транзистора29, который при этом, закрыт, Падение напряжения на резисторе 28 черездополнительный диод 26 и резистор 22заряжает конденсатор 21 до напряжечия, значительно превышающего напряжение источника 11 опорного напряжения, На выходе узла 15 защиты устанавливается уровень, воздействующийна формирователь 12 управляющихимпульсов таким образом, что силовыетранзисторы 2 и 3 усилителя мощности остаются закрытыми,При дальнейшем повышении выходногонапряжения вспомогательного источника 24 напряжения транзистор 29 открывается током, поступающим в егобазу через резистор 32 и стабилитрон31, и шунтирует резистор 28 делителя напряжения. Диод 26 запирается,в результате чего прекращаетсязаряд конденсатора 21 с выхода узла 25 контроля напряжений. Начинаетсямедленный разряд конденсатора 21через входную цепь узла 15 защиты.По мере разряда конденсатора 21 винтервалы времени, когда суммапостоянного напряжения на конденсаторе 21 и пилообразного напряженияна резисторе 22 становится меньшевыходного напряжения источника 11опорного напряжения; на выходе узла15 защиты устанавливается уровень,обеспечивающий путем воздействияна формирователь 12 отпирание одного из силовых транзисторов 2 или 3усилителя мощности. В результате медленного снижения напряжения на конденсаторе 21 продолжительность открытого состояния транзисторов 2 и3 плавно увеличивается. Транзисторы2 и 3 пропускают рабочие импульсь 1тока с медленно уменьшающейся скважностью до достижения ее величины,определяемой широтно-модулированнымимпульсным управляющим сигналом.В результате на вход индуктивноемкостного фильтра 8 с выхода выпря"мителя 7 поступает импульсное напряжение с медленно уменьшающейсяскважностью от весьма большой дорабочей, определяемой широтно-импульсным модулятором 9. Большие длительности пауз по сравнению с длительностями импульсов в начале процесса включения обеспечивает такойразряд дросселя фильтра 8 в паузе каж145427 Составитель В, ЦишевскийРедактор Н. Киштулинец Техред Ж.Кастелевич Корректор М. Розман. Заказ 1184/40 Тираж б 46ВНК 1 ПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений,и открытий113035, Москва, Я, Раушская наб., д. 4/5 Подпися ое филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 7 1 дого полупериода рабочей частоты, что ток дросселя нарастает медленно без превышения его установившейся величины в пусковом режиме, Пропорционально току дросселя нарастают амплитуды импульсов коллекторного тока силовых транзисторов 2 и 3. Их величины при включении не превышают значений установившегося режима.В дальнейшем конденсатор 21 разряжается до уровня, определяемого напряжением на, выходе датчика 1 б тока перегрузки. Сумма этого напряжения и пилообразного напряжения нарезисторе 22 становится при этомниже напряжения опорного источника11 и на выходе узла 15 защиты устанавливается уровень, не оказывающий влияния на установившийся режимработы стабилизированного конвертора.Таким образом, изобретение обеспечивает повышение надежности стабили зированного конвертора путем защитысиловых транзисторов усилителя мощности от перегрузок по току привключении.