Преобразователь постоянного напряжения

СООЭ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУбЛИК12626 5)4 Н 02 СЕСОГ.".1 Я ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 3 еР 1 т; НОГО Н ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОбРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ(56) Авторское свидетельство СССРУ 1010708, кл, Н 02 М 3/335, 1981,Заявка ФРГ В 2258898,кл. Н 02 И 3/335, 1980,(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯН АПРЯЖЕНИЯ(57) Изобретение относится к электротехнике и может использоваться вовторичных источниках питания, Цельизобретения - обеспечение защиты силовых транзисторов по мощности и повьппение КПД. Устр-во содержит задающий каскад 1, инвертор 2 с выходнымтрансформатором 19, исполнительныйорган (ИО) узла 3 защиты, логическиевентили 4 и 5, В устр-во введены ограничители 6 и 7 напряжения, управляемые ключи 8 и 9, интегрирующая цепь10 и формирователь 11 фронтов импульсов задающего каскада. При увеличениитока нагрузки линейно возрастает напряжение коллектор - эмиттер насыщенного транзистора, Напряжение на выходе цепи 10 пропорционально заданномутоку ограничения. Настройкой напряжения срабатывания ИО узла 3 защиты натребуемый уровень ограничения токанагрузки обеспечивается возможностьустановления мин, разности междумакс. рабочим током и заданным токомограничения. Устр-во контролируетувеличение тока нагрузки вьппе предельно допустимого и выход силовыхтранзисторов из режима насыщения, Этопозволяет осуществить контроль мощности, рассеиваемой на силовых транзисторах. 3 ил.Изобретение относится к преобразовательной технике и может использоваться в качестве вторичного источника питания в различных устройствахавтоматики и вычислительной техники.Цель изобретения - обеспечение защиты силовых транзисторов по мощностии повышение КПД.На фиг,1 приведена функциональнаясхема преобразователя, на фиг,2 и 3 -временные диаграммы, поясняющие егоработу,Преобразователь постоянного напряжения содержит задающий каскад с парафазным выходом 1, инвертор на силовых транзисторах с выходным трансформатором 2, исполнительный орган узла3 защиты, логические вентили 4 и 5,первый ограничитель 6 напряжения,второй ограничитель 7 напряжения,первый управляемый ключ 8, второй управляемый ключ 9, интегрирующую цепь10, Формирователь фронтов импульсов. задающего каскада 11, разделительныеэлементы 12 и 13.Задающий каскад с яарафаэным выходом и разделительным трансформатором1 состоит из генератора 14 импульсов,,счетного триггера 15, схемы 16 развязки,Инвертор 2 содержит силовые транзисторы 17 и 18 и выходной трансформатор 19.Формирователь фронтов импульсовзадающего каскада содержит цепь 20задержки, инвертор 21, схему ИЛИ-НЕ22, Р-триггер 23,Преобразователь постоянного напря -жения работает следующим образом.Задающий генератор 14 вырабатываетнесимметричные прямоугольные импульсы (13 фиг.2), поступающие на счетныйвход триггера 15. На прямом выходесчетного триггера 15 возникают симметричные прямоугольные импульсы (13фиг.2) со скважностью, равной двум.Иа инверсном выходе счетного триггера 15 возникают симметричные прямоугольные импульсы (Б фиг,2) со скважностью, равной двум.Через схему 16 развязки на управляющие входы силовых транзисторов 17и 18 двухконтактного транзисторногоинвертора с трансформаторным выходом19 поступает двухполярное напряжение.Транзисторы 17 и 18 поочередно отпираются, обеспечивая передачу в цепьнагрузки мощности источника питания, Трансформатор 19 работает в ненасыщенном режиме.В течение времени открытого состояния транзисторов 17 и 18 напряжение 5 между коллектором и эмиттером каждого транзистора Пкэ - Тт 1 п 1 + Т (1 +5,)Т +1 О Тэ "эа + Тк "кк. 15 где г э и г - сопротивление эмиттерного и коллекторногослоев транзисторов,1 " э - приведенный к первичной цепи ток нагрузки,В течение времени закрытого состояния транзисторов 17 и 18 напряжениемежду коллектором и эмиттером каждоготранзистора равно удвоенному напряжению питания, Осциллограмма напряжения между коллектором и эмиттеромтранзисторов 17 и 18 представлена ввиде напряжения Б,1, Б (фиг.2). В течение времени закрытого состояниятранзистора 17 первый ограничитель 66 напряжения открывается и напряжение13 э закрытого транзистора 17 на выходе ограничителя 6 ограничивается науровне 13,6 (У, фиг,2). Практически величина корр выбирается равнойпрямому падению напряжения на одномили двух диодах (в зависимости оттребуемого ограничения рассеиваемоймощности транзистора при перегрузке).35 Аналогично, в течение времени закрытого состояния транзистора 18 второйограничитель 7 напряжения открываетсяи напряжение Бэ закрытого транзистора 18 на выходе. ограничителя 7 огра ничивается на уровне Бор 7 (фиг.2).В течение времени открытого состояния транзисторов 17 и 18 напряжениенасыщения меньшее по абсолютной ве- .личине напряжения ограничения, не ог раничивается соответствующим ограничителем, Вследствие инерционности ограничителей напряжения 6 и 7 фронтыимпульсов, поступающих на входы ключей 8 и 9 (Уь и Б фиг.2), возраста ют, С целью исключения всплесков напряжения на выходе ключей 8 и 9 отФронтов имПульсов 13 Ь и Б 7 в устрОйство введена схема Формирования фронтов импульсов задающего каскада, ра 55 ботающая следующим образом.0-вход Э-триггера 23 подключен кположительной шине источника питанияпреобразователя. Поэтому при поступ 1262660ленни на С-вход 0-триггера уровнялогической единицы с прямого выходасчетного триггера 15 на прямом выходеР-триггера 23 возникает уровень логической единицы При поступлении на 5Р-вход Э-триггера 23 уровня логической единицы (фиг,2), задержанного относительно уровня логической единицына С-входе цепью 20 задержки на прямом выходе В-триггера, возникает уро вень логического нуля,Таким образом, на прямом выходе0-триггера 23 возникают импульсыЮ фиг.2), длительность которых определяется постоянной времени цепи 2015задержки. Величина постоянной временицепи 20 задержки выбирается иэ условия перекрь 1 тия длительности фронтовнапряжений Уь и П,Благодаря действию на входах второго логического вентиля ИПИ-НЕ 5напряжений Уз и Пэ на входе ключа 13действуют положительные импульсы П 1 э(фиг.2). В течение времени действияположительных импульсов П,5 на входинтегрирующей цепи 10 поступает напряжение насыщения 0 транзистора 18.На входы логического элемента ИЛИ-НЕ20 поступают напряжение У с прямоговыхода счетного триггера 15 и напряжение У,д, представляющее собой проинвертированное напряжение П с выхода цепи 20 задержки.На выходе логического элементаИЛИ в22 возникают импульсы (Ц З 5фиг,2), закрывающие первый логический вентиль 4 на время, определяемоепостоянной цепи 20 задержки, Благода-.ря действию на входах первого логического вентиля 4 напряжений П и 40П на входе ключа 8 действуют положительные импульсы П (фиг,2), Втечение времени действия положительных импульсов У, на вход интегрирующей цепи 10 поступает напряжение 45насыщения Пь транзистора 17,Входное напряжение интегрирующейцепи 10 (о, фиг.2) представляет собой последовательность импульсов, амплитуда которых равна величине напря кения насыщения транзистора 17 приоткрытом ключе 8 и величине напряжения насьццения транзистора 18 при открытом ключе 9..На выходе интегрирующей цепи 10 55напряжение пропорционально амплитуденапряжения насыщения силовых транзисторов 17 н 18,До момента выхода транзисторов ин"вертора иэ насыщения осуществляетсяконтроль тока нагрузки по значениюнапряжения коллектор-эмиттер насыщенных транзисторов. С увеличениемтока нагрузки линейно возрастает напряжение коллектор-эмиттер насыщенного транзистора, Поэтому в режиме насьпцения силовых транзисторов напряжение на выходе интегрирующей цепи пропорционально заданному току ограничения,Настройкой напряжения срабатыванияисполнительного органа узла 3 защитына требуемый уровень ограничения тока нагрузки обеспечивается воэмож-,ность установления минимальной разностимежду максимальным рабочим токоми заданным током ограниченияПри срабатывании исполнительногооргана узла 3 защиты на его выходеустанавливается уровень логическойединицы, поступающий на 8-вход счетного триггера 15.Счетный триггер 15 блокируется,на его прямом выходе устанавливаетсяуровень логической единицы, а на инверсном выходе - уровень логическогонуля. Схема 16 развязки прекращаетподачу управляющих импульсов на силовые транзисторы инвертора и силовыетранзисторы закрываются. На выходепервого логического вентиля 4 устанавливается уровень логического нуля, а на выходе второго логическоговентиля 5 устанавливается уровень логической единицы,Время закрытого состояния силовыхтранзисторов определяется постояннойвремени второй разделительной цепи13, подключенной к выходу логическоговентиля 5,Время открытого состояния силовыхтранзисторов определяется временемотпускания исполнительного органа узла защиты, на выходе которого приработе силовых транспарантов устанавливается уровень логического нуля.Осциллограммы напряжения и токанормально работающих силовых транзисторов показаны на фиг.З 03,ь , 116 ) .В режиме ограничения рабочего токаосциллограммы напряжения и тока представлены на фигЗ (Пя , 1 я).При коротком замыкании на выходепреобразователя транзисторы 17 и 18выходят иэ насыщения и на выходе интегрирующей цепи 10 устанавливается3 1262 уровень напряжения, определяемый параметрами первого и второго ограничителей 6 и 7 напряжения, Осциллограммы напряжения и тока в режиме ХЗ представлены на фиг.З Щ , 1 ). Выбором постоянной времени. разделительной цепи 13 обеспечивается скважность Т +Щ фиг.З) порядка 500 й10 1000. Поэтому во всех режимах работы силовых транзисторов мощность, рассеиваемая на силовых транзисторах, не превышает предельно допустимую и обеспечивается защита силовых транзисторов от пробоя.15Ток, потребляемый от источника питания, в режиме короткого замыкания во много раз меньше рабочего тока, После устранения короткого замыкания или снятия нагрузки (увеличения со 20 противления нагрузки до номинального) происходит автоматический запуск преобразователя, так как падение напряжения коллектор-эмиттер силовых тран 25 зисторов становится меньше необходимого для вКлючения интегрирующей цепи и подключения исполнительного органа узла 3 защиты к Б-входу счетного . триггера 15.При включении источника питания30 цепи 12 и 13 развязки исключают ложное срабатывание исполнительного органа узла 3 защиты.Устройство контролирует не только увеличение тока нагрузки выше пре 660дельно допустимого, но и выход силовых транзисторов иэ режима насыщения, Таким образом, осуществляется контроль мощности, рассеиваемой на силовых транзисторах.формула и э о б р е т е н и яПреобразователь постоянного напряжения, содержащий задающий каскад с парафазным выходом и инвертор на силовых транзисторах .с выходным трансформатором и исполнительным органом узла защиты, выход которого подключен к входу отключения задающего каскада, и логические вентили, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью обеспечения защиты силовых транзисторов по мощности и повьппения КПД, введены два ограничителя напряжения, два управляемых ключа, интегрирующая цепь и формирователь фронтов импульсов задающего каскада, причем ограничители напряжения входами подключены к выходам силовых транзисторов, а выходами через управляемые ключи и интегрирующую цепь - к входу исполнительного органа узла защиты, при этом управляющие входы ключей через разделительные элементы подключены к выходам логических вентилей, первые входы ко" торых соединены с парафазным выходом задающего каскада непосредственно, а вторые - через формирователь Фронтов импульсов задающего каскада.актор В,Ивано ректор С.Шекма Заказ 54425 П е зводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Тираж 631 НИИПИ Государственного по делам изобретений 035, Москва, Ж, Раушомитета СССРоткрытийкая наб д. 4/5