Преобразователь постоянного напряжения в постоянное

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК б 5476 А 1 02 М 3 33 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН АВТО РСКО ИДЕТЕЛ ЬСТВ 7) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в источниках вторичного электропитания, Цель - повышение КПД. Устр-во содержит трансформатор 1, вторичная обмотка которого через выпрямитель 2 и фильтр 3 присоединена к выходным выводам, полупроводниковый ключ 4, например полевой транзистор со статической индукцией, вход управления которого через два дополнительных ключа 5,6 подключен к выходу блока управления 7. При поочередном отпирании и запирании первого 5 и второго б дополнительного клюа чей через управляющий вход полупроводникового ключа 4 будут проходить импульсь 1 отпирающего и запирающего тока, причел 1 благодаря конденсатору 14 импульсы тока управления форсируют отпирание и запирание полупроводникового ключа 4, 4 ил.(71) Киевский политехним.50-летия Великой Октстической революции й институт ой социали ск Морозов и ССР 2, Изобрке и можетвторичноготехники, аники. к первому силовому выводу пол кового ключа 4, например полев стора с управляющим р-и перех управления полупроводниковог подключен к первым выходны двух дополнительных ключей, н эмиттерам комплементарной па сторов 5,6, базы которых присо выходам блока управления 7, а первого транзистора 5 подсоед вому выводу однополярного ист пряжения 8. Второй трэн комплементарной пары, шунти третьим резистором 9, подключе) конденсатору 10 и диоду 11, при ному к точке соединения первог рого 13 резисторов и вт конденсатора, третьего ключа 1 бретения является повыше схе ааааа рованный к первому соединено 12 и втоо рого 14. Блок упГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(56) Авторское свидетельство СМ 951594, кл, Н 02 М 3/335, 198Патент США М 4763236,кл. Н 02 М 3/335, 363-19, 1988.Патент США М 4621311,кл. Н 02 М 3/335, 363-21, 1986.(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГОНАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ тение относится к электротехнибыть использовано в источниках электропитания систем радиотоматики и вычислительной техЦелью из ние КПД; На фиг.1 ма преобразо раммы токов преобразоват электрическая ний на элемен Преобраз жения содер ная обмотка выпрямитель водами, а перприведена электрическая вателя; на фиг.2 даны диаги напряжений на элементах еля; на фиг.3 и 4 приведена схема и диаграммы напряжетах блока управления.ователь постоянного напряжит трансформатор 1, вторичкоторого соединена через 2 и фильтр 3 с выходными вывичная обмотка присоединена упроводниого транзиодол 1, вход о ключа 4 м выводам апример к ры транзиединены к коллектор инен к перочника назистор 65 10 15 20 30 35 40 45 50 55 равления 5 содержит датчик перегрузки 16, широтно-импульсный модулятор 17, триггер 18,.элемент И 19, элемент ИЛИ 20, усилитель мощности 21, согласующий трансформатор 22, диодный оптрон 23, первый 24 и второй 25 логические инверторы, третий конденсатор 26 и восьмой резистор 27 пусковой цепи 28, ключ 29, а также четвертый 30, пятый 31, шестой 32 и седьмой ЗЗ резисторы.Для обеспечения надежного функционирования преобразователя напряжение источника однополярного напряжения и напряжение питания блока управления 7 должны появляться раньше входного напряжения преобразователя и исчезать после снятия последнего.Входное напряжение обычно подается на преобразователь от сетевого выпрямителя через пусковые цепи,Источник однополярного напряжения 8 и источник питания блока управления 7 могут быть реализованы на основе автономного маломощного преобразователя напряжения, питающегося от сетевого выпрямителя. В ряде случаев источник 8 одновременно может быть использован и для питания блока управления 7.Рассмотрим работу устройства в установившемся режиме. Пусть в некоторый момент времени и включается первый транзистор (фиг.2,а) 5 и выключается транзистор 6. В интервале 11- т 2 (фиг,2,в) происходит форсированное отпирание ключа 4 через форсирующий конденсатор 14 и заряд конденсатора 10 по цепи: положительный полюс однополярного источника напряжения, транзистор 5, затвор-исток ключа 4, запирающий конденсатор 10, резистор 12, отрицательный полюс однополярного источника напряжения 8. По окончании импульса управления в момент тз происходит эапирание первого транзистора 5 (фиг.2,а) и отпирание транзистора 6 (фиг.2,б), Идет быстрый перезаряд емкости затвор-исток ключа 4 с последующим поддержанием последнего в запертом состоянии за счет напряжения на конденсаторе 10, заряженного в предыдущий полупериод (фиг.2,г). Одновременно с этим на этапе запертого состояния ключа 4 (интервал 1 з - с 4) происходит разряд до нуля конденсатора 14 черезрезистор 13,При пропадании импульсов блока управления 7 (например, срабатывание защиты или неисправности самой системы управления 15), а также при включении преобразователя необходимо обеспечить подачу запирающего напряжения между управляющим и одним из силовых выводов(источник) полупроводникового ключа 4. В момент включения преобразователя постоянного напряжения управляющий сигнал с выхода блока управления 7 поступает на базу ключа 15 и открывает его. Идет быстрый заряд конденсатора 10 по цепи: положительный полюс однополярного источника напряжения 8. ключ 15, конденсатор 10, диод 11, резистор 12, отрицательный полюс источника однополярного напряжения 8, Напряжение на конденсаторе 10 через резистор 9 прикладывается между управляющим и одним из силовых (истоков) выводов полупроводникового ключа 4 и последний оказывается запертым, По окончании переходных процессов в блоке управления 7 вырабатывается сигнал, запирающий ключ 15. В дальнейшем преобразователь работает, как было показано ранее.При попадании импульсов управления транзисторы 5,6 выключены, блок управления 7 вырабатывает сигнал, отпирающий ключ 15, и на управляющем входе полупроводникового ключа 4 поддерживается запирающее напряжение. Таким образом обеспечивается надежное эапирание полу-. проводникового ключа 4, как в установившемся, так и в аварийных режимах, Блок управления 7 предназначен для выработки управляющих импульсов, обеспечивающих поочередное включение транзисторов 5 и 6 и запирание ключа 15 в установившемся режиме, а также запирание транзисторов 5 и 6 и включение ключа 15 при первоначальном включении преобразователя и в аварийных режимах. Как правило, блок управления имеет трансформаторный выход, что обеспечивает гальваническую развязку входной и выходной цепи преобразователя, а также содержит широтно-импульсный модулятор 17, обеспечивающий стабилизацию выходного напряжения преобразователя.Рассмотрим пример реализации блока управления 15, Он состоит из датчика перегрузки 16, предназначенного для защиты силового транзистора от перегрузок, широтно-импульсного модулятора (ШИМ) 17, вырабатывающего импульсы управления, модулированные по длительности, усилителя мощности 21, обеспечивающего усиление импульсов управления до необходимого уровня, согласующего трансформатора напряжения 22, обеспечивающего гальваническую развязку блока управления 7 и полупроводникового ключа 4, При включении преобразователя постоянного напряжения ключ 9 замыкается и входное напряжение прикладывается к пусковой цепи 28 и обеспечивает заряд ее конденсатора26. В интервале 1 - и (фиг.4,а), пока напряжение на резисторе 27 превышает пороговое напряжение первого логическогоинвертора 24, напряжение на его выходеравно нулю, которое устанавливает триггер 518 в единичное состояние, Этот нуль устанавливает второй инвертор 25 в единичноесостояние (фиг.4,д), которое обеспечиваетсигнал высокого уровня на выходе логического элемента ИЛИ 20. Это приводит к 10значительному увеличению тока излучателяоптрона 23, Приемный элемент оптрона 23через ограничительный резистор 32 соединен с первым и вторым выходными выводами ключа 15 (фиг,1). Поэтому в интервале т 112 (фиг,4;а) происходит отпирание ключа 15и заряд конденсатора 10.Необходимо отметить, что с момента т 1(фиг,4,а) начинает работать ШИМ 17, но импульсы управления на входе усилителя мощности 21 отсутствуют, пока присутствуетнулевой уровень на одном из входов схемыИ 19, и на выходной обмотке согласующеготрансформатора напряжения 22, один крайний вывод которого соединен с эмиттерамитранзисторов 5, 6 преобразователя, а другой - через базовые резисторы 30, 31 соединен с базами транзисторов 5,6,Таким образом, в интервале 11 - т 2 30(фиг.4,а) транзисторы 5,6 окажутся запертыми нулевым напряжением с выходной обмотки согласующего трансформатора 22, аключ 4 - напряжением запирающего конденсатора 10, 35Таким образом, устраняется возможность появления недопустимо больших токов через ключ 4 и при включении,После окончания переходных процессов при включении на выходе логического 40инвертора 24 устанавливается единица(фиг,4,б), на выходе логического инвертора25 (фиг.4,д) - нуль, Это приводит к установлению низкого уровня напряжения на выходе логического элемента ИЛИ 20, 45прекращению тока приемного элемента оптрона 23 и запиранию ключа 15, Одновременно с этим в момент с 2 (фиг.4,а) с выходалогического инвертора 24 поступает разрешающий сигнал (фиг.4,б) на вход элемента 50И 19. Сигнал широтно-импульсного модулятора 17 проходит через элемент И 19, усиливается до необходимого уровняусилителем мощности 21 и через.трансформатор 22 управляет работой транзисторов 555,6 преобразователя.Необходимо отметить, что в отсутствиеаварийных режимов на выходе датчика перегрузки 16 присутствует логическая единица. В аварийных режимах (момент з) навыходе датчика перегрузки 16 устанавливается логический нуль(фиг,4,е), который устанавливает триггер 18 в единичное состояние по инверсному выходу (фиг,4,г), на выходе логического элемента ИЛИ 20 появляется сигнал высокого уровня, который через оптрон 23 открывает ключ 15 преобразователя и, как было указано выше, обеспечивает заряд конденсатора 10 и запирание ключа 4, Одновременно с этим (фиг.2.е) нулевой сигнал с неинвертирующего выхода триггера 18 поступает на один из входов элемента И 19, запрещает" прохождение сигналов широтно-импульсного модулятора 17 на вход усилителя мощности 31. На выходе трансформатора 22 напряжение равно нулю и транзисторы 5 и 6 преобразователя оказываются запертыми.Преобразователь постоянного напряжения в пос 1 оянное позволяет резко увеличить рабочую частоту преобразователя до сотен килогерц и выше вследствие обеспечения необходимого крутого фронта и повысить его КПД,Формула изобретения 1, Преобразователь постоянного напряжения в постоянное, содержащий трансформатор, вторичная обмотка которого соединена через выпрямитель и фильтр с выходными выводами, а первичная обмотка включена между первым входным выводом и первым силовым выводом полупроводникого ключа, второй силовой вывод которого присоединен с второму входному выводу, а вход управления подключен к точке соединения первых выходных выводов двух дополнительных ключей, управляющие входы которых присоединены с выхода блока управления, входы которого соединены с выходными выводами и с датчиком перегрузки соответственно, второй выходной вывод первого дополнительного ключа подсоединен к первому выводу однополярного источника напряжения, а второй выходной вывод второго дополнительного ключа присоединен к первому выводу первого конденсатора, третий ключ, первый и второй резисторы, второй конденсатор и диод, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения КПД, второй вывод первого конденсатора присоединен к второму силовому выводу полупроводникового ключа и к первому выходному выводу третьего ключа, управляющий вход которого присоединен к введенному входу блока управления, второй выходной вывод третьего ключа - к первому выводу однополярного источника напряжения, второй вывод которого соединен через первый резистор и второй конденсатор, шунтированный вторым резистором, с вто 1665476рым силовым выводом полупроводникового ключа, при этом второй выходной вывод второго дополнительного ключа, шунтированного третьим резистором, соединен через диод с точкой соединения первого 5 резистора и второго конденсатора, при этом блок управления выполнен обеспечивающим формирование отпирающего третий ключ сигнала на введенном входе при переходных и аварийных режимах,1665476 Редактор Л,Лашк ор О.Кравцова тельский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 1 роиэводственн акаэ 2397 ВНИИП оставитель В,Ежов .ехред М.Моргентал Тираж 390осударственного комитета по изобретен 113035, Москва, Ж-ЗБ, Раушская одписноем и открытиям при ГКНТ ССС