Стабилизированный транзисторный конвертор

0 П И В ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских Социалистических Республик(23) ПриоритетОпубликовано 250 580 Бголлетень М 19Дата опубликования описания 2605.80 гН 02 М 3/22 Государственный комитет СССР по деааи изобретений и открытий( 54) СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ ТРАНЗИСТОРНЫЙ КОНВЕРТОР Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в цепях питания различной радиотехнической аппаратуры.Известный стабилизированный транзисторный конвертор содержит силовой трансформатор, выпрямитель, регулирующий транзистор, включенный последовательно с выходным дросселем Фильтра, устройство защиты от перегрузок по току, включающее в себя интегрирующий элемент на транзисторе и отключающий орган на тиристоре, к управляющему электроду которого подключен диэъюнктор, один из входов которого соединен с выходом интегрирующего элемента, причем устройство защиты снабжено датчиком амплитуды пульсаций на трансФорматоре, первичная обмотка которого включена во входную силовую цепь регулирующего транзистора, а вторичная - ко входу дополнительного выпрямителя, выход которого через резистор подключен ко второму входу дизъюнктора (1),Наиболее близким техническим решением является устройство, содер" жащее ключевой усилитель мощности на транзисторах с управляющими трансформаторами, подключенный повходу к входным клеммам, а выходомк первичной обмотке выходного трансформатора, вторичная обмотка которого через выпрямитель и сглаживающий фильтр подсоединена к выходнымклеммам, соединенным также с первымвходом широтно-импульсного модулятора, подсоединенного вторым входомс выходом задающего генератора,другой выход которого соединен со счетным входом триггера, источник опорного напряжения, соединенный стретьим входом широтно-импульсного 15 модулятора, формирователь управляющих импульсов, первым входом соединенный с выходом широтно-импульсного модулятора, выходом соединенныйс входами двух узлов совпадения,к 2 О другим входам которых подключенывыходы триггера, а два выхода соединены с базами транзисторов, в коллекторные цепи которых включены обмотки управляющих трансформаторов,другие обмотки которых соединеныс базами транзисторов ключевого усилителя мощности, датчик тока перегрузки, включающий в себя трансформатор тока, первичная обмотка кото- ЗО рого соединена одним концом после 736289овательно с первичной обмоткой выходного трансформатора, а другимконцом - с выходом ключевого усилителя мощности, а вторичная обмотка через выпрямитель подсоединенак резистору, уэсл защиты, один входкоторого подсоединен к резисторудатчика тока перегрузки, другойвход - к источнику опорного напряжения, а выход - к второму входу формирователя управляющих импульсов (2).Недостатки известных устройствнизкое быстродействие защиты от перегрузок по току и невозможностьповышения быстродействия без снижения помех устойчивости,При этом для повышения помехоустойчивости узла защиты между управляющим электродом и катодом тиристора устанавливается конденсатор,что еще более ухудшает быстродействие защиты,1(ель изобретения - повышениебыстродействия защиты силовых тра,нзисторов ключевого усилителя мощности конвертора от перегрузок потоку без ухудшения помехоустойчивости.Бель достигается тем, что в транэисторный конвертор дополнительновведены и нключены между выходомдатчика тока перегрузки и формирователем управляющих импульсов пос -ледовательно соединенные диод,стабилитрон и резисторНа чертеже приведена принципиальная электрическая схема транзисторного конвертора,Конвертор состоит иэ транзисторного усилителя 1 мощности, выходного трансформатора 2, выпрямителя 3,сглаживающего фильтра 4, задаюшегогенератора 5 широтно-импульсногомодулятора б, источника 7 опорногонапряжения, триггера 8, формирователя 9 управляющих импульсов, датчика 10 тока перегрузки, узла 11 защиты, дополнительно введенных диода12, стабилитрона 13, резистора 14,Задающий генератор 5, выполненный на эквиваленте однопереходноготранзистора (транзисторы 15, 16),генерирует короткие треугольныеимпульсы, управляющие по счетномувходу триггером 8, работающем в режиме делителя частоты и пилообразное напряжение, через эмиттерныйповторитель на транзисторе 17 поступающее в выходной сравнивающийделитель щиротно-импульсного модулятора 6 (ШИН), в качестве которого используется дифференциальныйкаскад на транзисторах 18, 19, Набазу транзистора 18 подается сумма части выходного и пилообразногонапряжений, На ба;у транзистора 19.поступает опорное напряжение отисточника 7, В результате сравнения 5 (О 1 20 25 3 О 35 40 45 50 55 6 О 65 этих напряжений с выхода ШИИ трапецеидальные, импульсы поступают навход формирователя 9 управляющих импульсов, состоящего из формирователя 20 управляющих импульсов на транзисторах 21, 22, двух узлов совпадения на инверторах с открытымколлектором 23,. 24 и упранляюихтранзисторов 25, 26. На одни входыиннерторон 23, 24 поступают сдвинутые друг относительно друга на 180последовательности импульсов с выходом триггера 8, на другие входыподается сигнал с коллектора выходного транзистора 22 формирователя20 управляющих импульсон. С выходонинверторов 23, 24 на базы выходныхтранзисторов 25, 26 поступают сдвинутые на 180 О последовательностиширотно-модулированных импульсов.В коллекторных цепях транзисторов25, 26 включены обмотки 27,. 28 управления трансформаторов 29, 30 тока, Другие обмотки этих трансформаторов включены соответственно вэмиттерную и базовую цепи силовыхтранзисторов 31, 32 ключевого усили -теля 1 мощности. В результате этитранзисторы включаются один раз вполпериода со скважностью, обеспечивающей стабилизацию выходного напряжения конвертора при измененияхвходного напряжения и тока нагрузки,Датчик 10 тока перегрузки состоит из трансформатора 33 тока выпрямителя 34 и резистора 35. Первичнаяобмотка трансформатора тока 33 включена последовательно с первичнойобмоткой выходного трансформатора2, Напряжение вторичной обмоткитрансформатора 33 выпрямляется выпрямителем 34 и поступает на резистор 35, напряжение на котором пропорционально импульсному току силовых транзисторов 31, 32, Напряжение с выхода датчика 10 тока пере -грузки поступает на вход узла 11защиты, в качестве которого исполь -зуется триггер, выполненный на базе операционного усилителя (ОУ) 36.Другой вход ОУ подключен к источнику 7 опорного напряжения, В нормальном режиме работы напряжение на резисторе 35 меньше опорного напряже -ния. На выходе ОУ имеется низкийуровень напряжения, диод 37 и стабилитрон 38 заперты, те. узел 11защиты не сказывает влияния на ра -боту конвертора,В аварийной ситуации,. если токчерез транзисторы 31, 32 усилителя1 мощности нарастает относительномедленно ( например, при короткомзамыкании на выходе индуктинно-емкостного фильтра конвертора), когда увеличивающееся напряжение нарезисторе 35 превышает опорное напряжение, диод 37 открывается, навход (+) ОУ начинает постпать ток35 55 60 с выхода ОУ, Этот ток не прекращается даже после уменьшения напряжения на резисторе 35 до нуля, те,триггер на ОУ устанавливается в устойчивое состояние, Стабилитрон 38начинает проводить ток, который через последовательный резистор поступает в базу транзистора 22 формирователя 20 управляющих импульсов,Транзистор 22 открывается, на входы инверторов. 23, 24 поступает нулевой уровень, выходные транзисторы инверторов запираются, в базузапертого в текущем голупериодетранзистора 25 или 26 через резисторы 39 или 40 поступает ток. Транэис"тор 25 (26) отпирается и тон, поступающий в обмотку управления 27(28) трансформатора 29 (30), блокирует поступление тока в базу силового транзистора 31 (32), При этомнарастание коллекторного тока силового транзистора может быть толькоза счет накопленных небсновных носителей в базе и по вел)лчине незначительно, Таким образом, происходитблокировка силовых транзисторовусилителя 1 мощности путем воздействия на формирователь управляющихимпульсов сигнала с выхода узлазашиты дискретного действия, Узелзашиты может быть выполнен на базетиристора, туннельного диода и дрно характер его воздействия на формирователь управляющих импульсованалогичен.Задержка срабатывания Оу составляет 1-2 мкс. За счет РС-фильтра навходе ОУ, обеспечивающего помехозащищенностьь узла 11 защиты, задержкасрабатывания последнего составл яет5-10 мкс. Примерно такая же илибольшая задержка получается при использовании в узле защиты другихдискретных элементов: туннельногодиода, тиристора и др, Как указывалось выше, в течение такого времении з адержки срабатывания узла з ащиты ток через силовые транзисторыусилителя мощности может достигнутьнедопустимой величины, обуславливая выход транзисторов иэ строя,Дополнительно введенная цепьпоследовательно соединенные диод12, стабилитрон 13, резистор 14включенная между выходом датчика 10тока перегрузки и базой транзистора 22 формирователя 9 управляющихимпульсов, позволяет обеспечитьбыстродействующую защиту транзисторов 31, 32 усилителя мощности 1 оттоковых перегрузок беэ ухудшенияпомехоустойчивости узла 11 защитыдискретного действия,Параметры цепи - диод 12, стабилитрон 13, резистор 14 - выбираются таким образом, что воздействиечерез эту цепь непосредственно наформирователь 9 управляющих импульсов начинается при напряжении нарезисторе 35 несколько превышающемпорог срабатывания узла 11 защиты,Это напряжение в основном определяется напряжением стабилизации стабилитрона 13. Резистор 14 ограничивает базовый ток транзистора 22,Поскольку выпускаемые отечественнойпромышленностью стабилитроны являются низкочастотными приборами,ониимеют довольно большую собственнуюемкость, Включение последовательносо стабилитроном импульсного диода 12 с незначительной собственнойемкостью резко снижает суммарнуюемкость последовательно включенныхэлементов 12, 13. При отсутствии вцепи диода импульсное напряжение нарезисторе 23 дифференцируется емкостью стабилитрона 13 и поступаетна базу транзистора 22, если дажеамплитуда напряжения импульсов нарезисторе 35 меньше напряжения стабилизации стабилитрона 13. При этом нарушается нормальный режим работы конвертора, При включении последовательно со стабилитроном 13 диода 12 воздействие напряжения с выхода датчика тока перегрузки 10 на транзистор 22 по цепи 12-13-14 практически отсутствует,В случае быстрого аварийного нарастания тока, включенного в данном полупериоде транзистора 31 (32) усилителя мощности 1, например при пробое одного иэ вентилей выпрямителя 3, напряжение на реэисторе 35 практически мгновенно достигает такого уровня, что по цепи 1213-14 в базу транзистора 22 поступает ток, транзистор 22 открываетсяи происходит описанный выше процессблокировки управляющих импульсов транзисторов 31, 32, Начинается рассасывание неосновных носителей, вовремя которого возможно некотороенарастание коллекторного тока силового тран:истора за счет накопленных в базе неосновных носителей,Далее начинается резкий спад коллекторного токаЕсли время рассасывания неосновных носителей транзисторов 31, 32 больше времени задержки срабатывания узла 11 дискретной защиты, то по истечении времени задержки узел 11 зашиты устанавливается в устойчивое состояние и через стабилитрон 38 продолжительно воздействует на транзистор 22 узла формирования управляющих импульсов 9. Для введения конвертора в рабочий режим необходимо его выключение и повторное включение,Если время рассасывания неосновных носителей транзисторов 31, 32 меньше времени задержки срабатывания узла 11 защиты, то по истечении времени .рассасывания начинает 73 б 289ся спад импульса тока силового транзистора 31, 32,прекращается воздействие. на транзистор 22 по цепи 1213-14, вновь появляются управляющиеимпульсы, транзистор 31 (32) сновавключается и ток перегрузки создает на резисторе 35 напряжение, достаточное для повторной блокировкиформирователя 9 управляющих импульсов по цепи 12-13-14, Таких цикловможет быть несколько до тех пор,пока по истечении времени эадеркки срабатывает узел 11 защиты и блокировка сигналов формирователя 9управляющих импульсов становитсяпродолжительнойТаким образом, осуществляетсябыстродействующая защита силовыхтранзисторон конвертора беэ ухудщения помехоустойчивости узла защитыот перегрузок,Формула иэобретени яСтабилизированный транзисторный конвертор, содержащий ключевой усилитель мощности на транзисторах с управляющими трансформаторами, подключенный по входу к входным клеммам, а выходом - к первичной обмотке выходного трансформатора, вторичная обмотка которого через выпрямитель и сглаживающий фильтр подсоединена к выходным клеммам,.соединенным также с перным входом широтно-импульсного модулятора,.подсоединенного вторым входом с выходом задающего генератора, другой выход которого соединен со счетным входом триггера, источник опорного напряжения, соединенный с третьим входом широтно-импульсного модулятора, формирователь управляющих импульсов, первым входом соединенный с выходом широтно-импульсного модулятора, выходом соединенный с входами двух узлов совпадения, к другим входам которых подключены выходы триггера, а дна выхода соединены с базами транзисторов, в коллекторные цепи которых включены обмотки управляющих трансформаторов, другие обмотки которых соединены с базами транзисторов ключе О "вог- усилителя мощности датчик тока перегрузки, включающий н себя трансформатор тока, первичная обмотка которого соединена одним концом последовательно с первичной обмоткой выходного трансформатора, а 1другим концом - с выходом ключевого усилителя мощности, а вторичная обмотка через ныпрямитель подсоединена к резистору узел защиты, один вход которого подсоединен к реэис О тору датчика тока перегрузки, другой нход - к источнику опорного напряжения, а выход - к одному из входон фоомирователя управляющих импульсон, о т л и ч а ю щ и й с я з 5 тем, что, с целью повышения быстродействия защиты транзисторов ключевого усилителя мощности от перегрузок по току без ухудшения помехоустойчивости, в него дополнительно вне,цены и включены между выходом датчика тока перегрузки и вторым входом формирователя управляющих импульсов последовательно соединенные диод, стабилитрон и резистор.35 Источники инФоомации, принятые во внимание при экспертизе 1, Авторское свидетельство СССРМ 483 бб 2, кл. с 05 Р 1/58, 1974,4 О 2, Авторское свидетельство СССР9 464049, кл, Н 02 М 3/22, 1975