Резонансный преобразователь постоянного напряжения с защитой по току

(71) Московский авиационный технский институт им. К,Э,Циолковского(54) РЕЗОНАНСНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ С ЗАЩТОЙ ПО ТОКУ(57) Изобретение относится к злектротехке и может найти применение в системаэлектропитания. Цель изобретения - поваение надежности и упрощение. В прео ОЛОГИЧЕ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ разователь, содержащий резонансный инвертор на магнитно-транзисторых ключах 1 и 2 с трансформатором 3 тока, и резонансный контур 5 с выходным трансформатором.6 и датчиком 4 тока, управляемый блоком 9 управления и узлом защиты с источником 18 опорного напряжения и пороговым усилителем 15, введены два делителя напряжения 14 и 16, два диода 22 и 24. резисторы, транзистор 28 и конденсатор 26, а трансформатор тока снабжен двумя пусковыми Ь . обмотками 7 и 8. Введение указанных зле. И- ментов позволяет повысить надежность резонансного преобразователя ак-путем ни-: защиты по току, так и путем упрощения схех мы защиты и осуществлять независимую реы- гулировку порогов срабатывания защиты и б- времени выдержки защиты; 1 ил.Ийапереключение транзисторов при ненулевомИзобретение относится кэлектротехни- значении тока и наличие динамических поке и может быть использовано в системах терь, При перегрузке, когда выходное наэлектропитания. пряжение уменьшается, блок обратнойИзвестен резонансный преобразова связи вырабатывает импульсы с более низтель напряжения, содержащий полумосто- кой частотой, чтобы увеличить амплитуду вой инвертор, в диагональ которого резонансного тока и тем самым скомпенсивключены резонансный контур с силовым ровать падение выходного напряжения, трансформатором и датчик тока, блок уп- Г 3 риперегрузкепотокуаварийноснижаетсю равления, содержащий усилители обратной 10 выходное напряжение. Снижение выходносвязи по выходному напряжению и средне- го напряжения приводит к Снижению частому току нагрузки, выходы которых через ты коммутации и росту амплитудного сумматор и узел преобразования напряже- значения резонансного тока по цепи обратния в частоту подключены к импульсному ной связи. Кроме того, снижение выходного усилителю силовых транзисторов, и узел 35 напряжения, пересчитанного в первичную контроля наличия резонансного тока на цепь,также ведет к росту амплитуды резокомпараторе, выходом подключенном к вхо- нансного тока. Ори этом коммутация транду импульсного усилителя, зисторов происходит вблизи максимальныхПостроение цепи управления указанно- значений резонансного тока, что еще более го преобразователя основано на контроле .20 повышает потери на переключение. Недо- суммы сигналов выходного напряжения и статком является также то, что в режиме среднего значения резонансного тока в ди- перегрузки или короткого замыкания схема агонали инвертора. При перегрузке и ава- защиты возвращается висходноесостояние рийном снижении выходного напряжения всякий раэ, когда резонансный ток в диагосреднее значение тока сначала возрастает 25 нали проходит через ноль, т,е. при перегрузподдействиемобратнойсвязи,уменьшаю- ке транзисторы работают в наиболее щей паузы между полуволнами резонансно- неблагоприятном режиме неограниченно го тока, а затем - эа счет роста амплитуды долго. Кроме того, сама схема защиты являрезонансноготока,таккакпересчитанноек ется довольно сложной, так как содержит первичной обмотке выходное напряжение ЗО синхронизируемый генератор, Формировауменьшается. Все это приводит к росту мак- тель длительности импульса и управляемый симальных знаМений тока через транэисто- узел сравнения.ры инвертора и при длительной работе на Цель изобретения - повышение надеж-. перегрузку или короткое замыкание может ности и упрощение,вызвать выход их из строя 35 Поставленная цель достигается тем, чтоНаиболее близким по технической сущ- в резонансном преобразователе постоянности и достигаемому результату, к предла- ного напряжения с защитой по току, содергаемому является реэонайсный жащем подключенный к выходным выводам преобразователь напряжения, содержащий двухтактный инвертор на магнитно-транэиполумостовой инвертор на магнитно-тран сторных ключах, в диагональ которого вклюзисторных ключах, в диагональ которого чены последовательно соединенные включен резонансный контур с датчиком то- резонансный контур, трансформаторный каисиловымтрансформатором,блокобрат- датчик тока и первичная обмотка силового ной связи, входом соединенный с трансформатора, выходные обмотки кото- выходными выводами, а выходом - с им рогочерезсиловые выпрямители ифильтры пульсным усилителем, своим выходом под- соединены с выходными выводами, блок уп. ключенным к выключающей обмотке равления входом соединен с одним из вытрансформатора тока магнитно-транзи- ходных выводов, а выходом через первый сторныхключей,иблокэащиты, выходкото- ключевой транзистор - с выходом первого рого через импульсный усилитель 50 выпрямителя, вход которого подключен к подключен к выключающей обмотке транс- выключающей обмотке трансформатора тоформатора тока, вход импульсного усилите- ка,магнитно-транзисторных ключей, второй ляподключенк выходу,уэлавыделениятока выпрямитель входом подключен к выходу перегрузки на усилителе, генераторе и тай- трансформаторного датчика тока, источник мере, 55 опорного напряжения и узел защиты, выПрийцип регулирования известного полненный на пороговом усилителе и втопреобразователя заключается в изменении ром ключевом транзисторе, трансформатор частоты колебаний вблизи резонансной, что тока снабжен двумя пусковыми обмотками, приводит к уменьшению амплитуды резо- соединенными с дополнительными выходанансного тока. Недостатками его являются ми блока управления, в узел защиты введегового усилителя 15 подключен к первому10 выводу конденсатора 26, другой вывод кото 15 вателем в случае как регулируемого, так и нерегулируемого вариантов может быть вы полнен по любой известной схеме, обеспе 30 35 40 45 силовые транзисторы 1 и 2. В номинальном 50 режиме при отсутствии перегрузки сигнал систочника 18 опорного напряжения через резистор 17 и делитель 16 подается на инвертирующий вход порогового усилителя 15, В этом режиме сигнал с датчика 4 тока 55 через выпрямитель 13 и делитель 14 поступает на интегратор, образованный сопроны два делителя напряжения, два диода, шесть резисторов, транзистор и конденсатор, а пороговый усилитель выполнен двух- выходным, причем первый делитель напряжения входом подключен к выходу второго выпрямителя, а выходом - к неинвертирующему входу порогового усилителя, инвертирующий вход которого подключен к выходу второго делителя напряжения, а вход через первый резистор - к источнику опорного напряжения, первый выход порогового усилителя через второй резистор соединен с выводом питания и через третий резистор с базой второго ключевого транзистора, эмиттер которого соединен с общей шиной, а коллектор через первый диод - с выходом первого выпрямителя и через второй диод и четвертый резистор с входом второго делителя напряжения, неинвертирующий вход порогового усилителя подклю. чен к выводу конденсатора, который другим выводом соединен с выводом питания через пятый резистор и с коллектором транзистора, эмиттер которого подключен к общей шине, база подключена соответственно к 2 второму выходу порогового усилителя и через шестой резистор к общей шине.На чертеже приведена схема предлагаемого преобразователя.Резонансный преобразователь содержит подключенный к входным выводам полумостовой инвертор на магнитно-транзисторных ключах, выполненных на силовых транзисторах 1 и 2 и трансФорматоре 3 тока, В диагональ инвертора включены последовательно датчик 4 тока, резонансный контур 5 и силовой трансформатор 6, выходные обмотки кото-: рого через силовые выпрямители и Фильтры подключены к выходным выводам, Пусковые обмотки 7 и 8 трансформатора 3 тока подключены к дополнительным выходам блока 9 управления, вход которого подключен к одному иэ выходных выводов. Выключающая обмотка 10 трансформатора 3 тока через первый выпрямитель 11 соединена с коллектором и змиттером первого ключевого транзистора 12, база которого подключена к выходу блока управления. Выход датчика 4 тока через второй выпрямитель 13 подключен к первому делителю 14 напряжения; выход которого соединен с неинвертирующим входом порогового усилйтеля 15, инвертирующим входом подключенного к выходу второго делителя 16 напряжения, который своим входом через первый резистор 17 подключен к источнику 18 опорного напряжения, Первый выход порогового усилителя 15 подключен через второй резйстор 19 к выводу питания и через третий резистор 20 к базе второго ключевого транэистора 21, змиттер которого через цепь 22 смещения подключен к общей шине, а коллектор через первый диод 23 соединен с выходом первого выпрямителя 11 и через последовательно соединенные второй диод 24 и четвертый резистор 25 с входом второго делителя 16. Неинвертирующий вход поророго соединен соответственно через пятый резистор 27 с выводом питания и через коллектор-эмиттер транзистора 28 с общей шиной. База транзистора 28 подключена соответственно к второму выходу порогового усилителя 15 и через шестой резистор. 29 к общей шине. Блок управления преобразочивающей противофазное управление магнитно-транзисторными ключами с нулевой паузой. Пороговый усилитель может быть выполнен на компараторе с открытыми коллектором и эмиттером выходного транзистора, например КР 5544 САЗ, или любом другом усилителе, имеющем два противофаэных выходаДатчик тока может быть выполнен на трансформаторе с нагрузочнымрезистором.Преобразователь работает следующимобразом.На управляющие обмотки 7 и 8 трансформатора 3 тока приходят чередующиеся импульсы, длительность которых достаточна для прохождения через соответствующий транзистор 1 (2) только одной полуволны .резонансного тока. Регулирование осуществляется длительностью паузы между управляющими импульсами, в течение которой обмотка 10 трансформатора 3 тока закорачивается через выпрямитель 11 ключевым транзистором 12, что удерживает оба транзистора 1 и 2 в закрытом состоянии. Средний уровень выходного напряжения, пересчитанный к первичной обмотке силового трансформатора 6, определяет максимальное значение резонансного тока через тивлениями делителя 14, резистором 27,конденсатором 26 и транзистором 28. Последний.в номинальном режиме открыт. Поскольку в номинальном режиме среднеезначение напряжения на конденсаторе 26 и ловия выхода инвертора на номинальнцй на неинвертирующем входе порогового уси- режим как при устранении перегрузки, так лителя 15 меньше, чем на инвертирующем и при первоначальном включении, когда входе,еговыходнойтранзистороткрыт. На- броски резонансного тока превышают нопряжением на резисторе 29 транзистор 28 5 минальные значения. Регулировка порога удерживается в открытом состоянии, а клю- срабатывания обеспечивается выбором дечевой транзистор 21 удерживается в закры- лителей 14 и.16, пороги отпускания - сооттом состоянии действием цепи 22 смещения ношением резисторов 17 и 25 и и не оказывает влияния на опорный сигнал соотношением резистора 27 и резистора на инвертирующем входе порогового усили нижнего плеча делителя 14. Диоды 23 и 24 теля 15, При перегрузке или коротком замы- служат для разделения цепей в номиналькаиии уменьшается пауза между ном режиме.управляющими импульсами под действием Таким образом, изобретение обеспечиблока обратйой связи и растет. амплитудное: вает повышение надежности резонансного значение резонансного тока, так кзк умень преобразователя как путем защиты, так и шилось выходное напряжение. Кондеиса- упрощением схемы защиты, а также позвотор 26 заряжается до напряжения, ляетосуществлять.независимуюрегулировпревышающего опорное в номинальном ре- ку порогов срабатывания или времени жиме. Пороговый усилитель 15 срабатывз- выдержки защиты.ет. Уровни сигналов на его выходах 20меняются напротивоположные,таккаквы- . Форму.ла изобретения ходной транзистор порогового усилителя 15 Резонансный преобразователь посто- закрывается. В результате открывается янного напряжения с защитой по току, сотранзистор 21. Входделителя 16 подключа- держащий подключенный к входнцм ется к выходу вновь образованного делите выводам двухтактный инвертор на мзгнитля на резисторах 17 и 25, Тем самым но-транзисторнцх ключах, вдиагональ кото- уровень опорного напряжения на инверти- рого включены последовательноющем входе порогового усилителя скач- соединеннце резонансный контур, транс. ком уменьшается. 8 зто же время форматорный датчик тока и первич а обн я бзакрывается транзистор 28, предотвращая 30 мотка силового трансформатора, выходные разряд конденсатора 26 на резисторы дели- обмотки которого через силовые выпрямителя 14. Таким образом, на иеинвертирую- . тели и фильтры соединены с выходными выщем входе порогового усилителя 15 сигнал водами, блок управления входом соединен оказывается выше, чем на инвертирующем с одним из выходных выводов, а выходом входе, что надежно удерживает пороговый 35 через первый ключевой транзистор - с выусилитель в выключенном состоянии. Одно- ходом первого выпрямителя, вход которого временно открытый транзистор 21 закора- подключен к выключающей обмотке трансчивает выключенную обмотку 10 форматорз тока магнитно-транэисторных трансформатора Зтока,чтосрываетколеба- ключей, второй выпрямитель входом подния инвертора независимо от наличия уп ключен к выходу трансформаторного датчиравляющих импульсов на обмотках 7 и 8. ка тока, источник опорного напряжения и Инвертор выключается. Через резистор 27 узел защиты, выполненный на пороговом .и часть делителя 14 начинается переэаряд усилителе и втором ключевом транзисторе,конденсатора 26 с постояинойвремени, оп- . о т л и ч а ю щ и й с я тем. что, с целью ределяемой, в основном, резистором 27, ко повышения надежности и упрощения, в нем торый определяет паузу между повторными трансформатор тока снабжен двумя пуско- включениями инвертора. При перезаряде выми обмотками, соединенными с дополни- конденсатора 26 напряжение на иеинверти- тельными выходами блока управления, в рующем входе порогового усилителя 15 узел защиты введены два делителя напряуменьшается и по достижении им величины 50 жения, два диода, шесть резисторов, траннапряжения на инвертирующем входе вы- эистор, конденсатор, а пороговый . ходные сигналы порогового усилителя ме- усилительвыполнендвухвыходным, причемняются на противоположные. Схема первый делитель напряжениявходом под- защиты возвращается в исходное состоя- ключен к выходу второго выпрямителя, а ние, происходит повторный запуск инверто выходом - к неинвертирующему входу пора. Разность напряжений срабатывания и рогового усилителя, инвертирующий вход отпускания на конденсаторе 26 определяет которого подключен к выходу второго делиа конденсатора 26 до момента теля напряжения, первый выход пороговогоследующего срабатывания, если перегрузка усилителя через второй резистор соединен неустранена, Это время выбирается иэ ус. с выводом питания и через третий резисторУ1709457 10 Составитель 8.МОсин Редактор АЛежнина Техред Ю,Моргентал Корректор Н.РевскаяЗаказ 433 . Тираж Подписное ВНИИЙИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 с базой второго ключевого транзистора, змиттер которого подключен к общей шине, . э коллектор через первый диод соединен с выходом первого выпрямителя и через последовательно соединенные второй диод и б четвертый резистор с входом второго делителя напряжения, неинвертирующий вход порогового усилителя подключен к выводу конденсатора, который другим выводом соединен соответственно с выводом питания через пятый резистор и с коллектором транзистора, змиттер которого подключен к общей шине, а база подключена соответственно к второму выходу порогового усилителя и через шестой резистор к общей шине.