Стабилизированный конвертор

СОЮЗ СОВЕТСКИХиапапапвпРЕСПУБЛИК ОПИСА ТЕНИ Вивв и 4 еку о ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРа ииаи ииаюпвп и иввпа(71) Специальное конструкторскоебюро Вычислительных машин(56) 1. Моин В.С Лаптев Н.Н. Стаби;лизированные транзисторные преобра-.зователи. И ".Энергия", 1972,с. 426, рис. 11-3,2. Авторское свидетельство СССР. (54) (57) 1. СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ КОН-.ВЕРТОР, содержащий транзисторныйкпючевой усилитель мощности, к выходу которого подключен силовойтрансформатор, вторичная обмотка которого через выпрямитель и фильтрподключена к выходным зажимам конвертора, схему управления, связанную с указанным усилителем мощности,узел защиты, состоящий из датчика,.силового тока усилителя мощности,выполненного на транс 4 оириаторе тока идополнительном выпрямителе, вход которого подключен к вторичной обмоткетрансФорматора тока, а выход связан .с первым. входом порогового элемента,к второму входу которого подключенисточник опорного напряжения, а выход порогового элемента подключенк схеме управления, о т л и ч а юЯО, 1-127054 А ЗЮЮ Н 02 М 3/335 6 05 Р 1/64 щ и й с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей конвертора путем более полного использования перегрузочных способностей транзисторов, к выходу дополнительного выпрямителя подключен делитель напряжения на Ь резисторах, образующих Ь выходов указанного делителя, каждый из которых связан с первым входом порогового элемента через соответствующие раэвязывающие диоды и интегрирующие цепочщи, причем постоянные времени интегрирующих ц почек с увеличением коэффициента передачи реэистивного делителя.возрастают.2. Конвертор по п. 1, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что, с целью исключения режима повторных включений конвертора при перегрузках, порого" вый элемент выполнен с самоблокировиа кой.3. Конвертор по п. 1, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целЬю повыпения помехоустойчивости, между интегрирующими цепочками и первым входом порогового элемента включены дополнительные транзисторы в .режиме эмиттерных повторителей с дополнительным резистором в общих цепях, а общая точка соединения интегрирующих цепочек подключена к источнипорного напряжения.ки с малой кратностью длительно. Это в свою очередь ограничивает область применения конвертора.Цель изобретения - расширение функциональных возможностей конвертора путем более полного использования перегруэочньи способностей транзисторов.Поставленная цель достигается тем,что в стабилизированном конверторе, содержащем транзисторный ключевой усилитель мощности, к выходу которого подключен силовой трансформатор, вторичная обмотка которого через выпрямитель и фильтр подключена к выходным зажимам конвертора, схему управления, связанную с указанным .усилителем мощности, узел защиты, состоящий из датчика силового тока усилителя мощности, выполненного на трансформаторе тока и дополнительном выпрямителе, вход которого под- . ключен к вторичной обмотке трансформатора тока, а выход связан с первым входом порогового элемента, к второму входу которого подключен источник опорного напряжения, а выходФпорогового элемента подключен к схеме управления, к вьиоду дополнительного выпрямителя подключен делитель напряжения на и резисторах, образующих О вьиодов указанного делителя, каждый из которых связан с первым входом порогового элемента через со. ответствующие раэвязывающие диоды и интегрирующие цепочки, причем постоянные времени интегрирующих цепочек с увеличением коэффициента передачи резистивного делителя возрастают.С целью исключения режима повторных включений конвертора при перегрузках пороговой элемент может быть выполнен с самоблокировкой.С целью повышения помехоустойчи" вости конвертора между интегрирующими цепочками и первым входом порогового элемента могут быть включены дополнительные транзисторы в режиме эмиттерных повторителей с дополнительным резистором в общих эмиттерных цепях, а общая точка соединения интегрирующих цепочек может быть под" ключена к источнику опорного напряжения. ЗО На чертеже представлена принципиальная электрическая схема стабилизированного конвертора, 1127054 2Изобретение относится к преобраэоаательной электротехнике и может;найти применение во вторичных источ-,Ъниках электропитания,Известен стабилизированный пре 5образователь, содержащий ключевойусилитель мощности, схему управления, узел защиты, состоящий.из датчика силового тока ключевого усилителя мощности, выполненного на 1 Отрансформаторе тока, дополнительноговыпрямителя, вход которого подключенк вторичной обмотке трансформаторатока, а вьиод связан с пороговымэлементом, подключенным к схеме управления 1 1 1.Недостатком этого устройства является ограниченное использованиеперегрузочных возможностей транзисторов ключевого усилителя мощности,Наиболее близким к изобретениюявляется. стабилизированный конвертор,содержащий транзисторный ключевойусилитель мощности, к выходу которого подключен силовой трансформатор, вторичная обмотка которого через выпрямитель и,фильтр подключена к выходным зажимам конвертора,схему управления, связанную с укаэанным усилителем мощности, узелзащиты, состоящий из датчика силового тока усилителя мощности, выполненного на трансформаторе тока идополнительном выпрямителе, вход которого подключен к вторичной обмотке трансформатора тока, а выход свяэан с первым входом порогового элемента, квторому входу которогоподключен источник опорного напряжения, а выход порогового элементаподключен к схеме управления. В данном конверторе на входе пороговогоэлемента, образующего первый каналсрабатывания запреты, включена ин-;тегрирующая цепочка, обеспечивающая эацержку его срабатывания кро ф 5ме того, узел защиты имеет безынерционный канал, воздействующий насхему управления усилителя мощности 23Недостатком данного инвертора яв Оляется практически одинаковый порогсрабатывания обоих каналов защиты,что ограничивает использованиеперегрузочных способностей транзисторов усилителя мощности, заключающееся в том, что перегрузки большойкратности транзисторы способны выдерживать кратковременно, а перегруз3 112705Конвертор содержит транзисторныйключевой усилитель мощности 1,трансформатор 2, выпрямитель 3,фильтр 4, схему управления 5, источник опорного напряжения 6, узел за-,щиты 7, датчик силового тока усилителя мощности 8, датчик выходногонапряжения 9, трансформаторы импульсов управления 10 и 11.Усилитель мощности 1 содержитдва силовых транзистора 12 и 13.Датчик силового тока 8 выполнен натрансформаторе тока 14, дополнительном выпрямителе 15 и резисторе.16.Узел защиты 7 состоит из пороговогоэлемента 17, выполненного на операционном усилителе 18 с целью самоблокировки на диоде 1.9, а также из делителя напряжения на резисторах20-23, первой интегрирующей ЙС -цепочки на .резисторе 24 и конденсаторе25, второй интегрирующей йС -цепочкина резисторе 26 и конденсаторе 27и двух эмиттерных повторителей натранзисторах 28 и 29, развязывающихдиодах 30-32 и дополнительном резисторе 33.Ключевой усилитель мощности 1,трансформатор 2, выпрямитель 3,фильтр 4 составляют силовую цепьконвертора. Усилитель мощности 1 пре 30образовывает постоянное входноепитающее напряжение в серию импульсов повышенной частоты, которые далее трансформируются трансформатором 2 в импульсы необходимой амплитуды, выпрямляются выпрямителем 3и далее сглаживаются С -фильтром4. Таким образом, на выходе конвертора получается постоянное напряжениенеобходимой величины, гальванически. изолированное от входного питающегонапряжения.Схема управления 5 вырабатываетдве сдвинутые на 180 послецовательности широтно-модулированных импульсов, одна из которых через трансфор.матор импульсов управления 10, адругая через трансформатор импульсов управления 11 поступают на входы транзисторов 12 и 13 усилителя 0мощности 1 соответственно. Скважность импульсов автоматически изменяется широтно-импульсным модулятором схемы управления 5 в зависимостиот отклонения выходного напряженияконвертора от заданного значения,определяемого напряжением источникаопорного напряженияисточника 6 и 4 4коэффициентом деления, входящего в состав схемы управления 5 делителя датчика выходного напряжения конвертора 9. В итоге транзисторы 12 и 13 усилителя мощности 1 работают в двухтактовом ключевом режиме, включаясь по одному один раз в подпериода со скважностью, обеспечивающей стабилизацию выходного напряжения конвертора при изменениях входного питающего напряжения, тока нагрузки илн других .Факторов.Первичная обмотка трансформатора тока 14 датчика 8 включена последовательно с первичной обмоткой выходного трансформатора 2, Ток вторичной обмотки трансформатора тока.14 выпрямляется дополнительным выпрямителем 15 и поступает на резистор .16. В результате напряжение на резисторе 16 пропорционально току первичной обмотки выходного трансформатора 2. Выходной сигнал датчика 8 с резистора. 16 поступает на вход делителя напряжения 20-23 и через элементы 24-33 воздействует на вход порогового элемента 17,Ф-"В качестве первого входа порогового элемента 17 используется иеинвертирующий вход операционного усилителя 18 (ОУ), Между выходом н неиивертирующим входом ОУ 18 включен диод 19 однонаправленной глубокой положительной обратной связи. Инвертирующий вход ОУ 18 подключен к источнику опорного напряжения 6. В нормальном рабочем режиме напряжение на первом входе порогового элемента 17 меньше опорного напряже". ния источника 6. На выходе ОУ 18 имеется низкий уровень напряжения, не оказывающей влияния на работу схемы управления 5. В этом режиме диод 19 находится в непроводящем состоянии. Когда напряжение на входе порогового, элемента 17 превышает уровень опорного напряжения источника 6, что происходит в аварийной ситуации, на выходе ОУ 18 появляется высокий уровень напряжения, который, воздействуя на схему управления 5, мгновенно занрещает. прохождение из нее импуль-, сов для открывания транзистороа 12 и 13. Высокий уровень выходного напряжения ОУ через диод 19 поступает на неинвертирующий вход ОУ 18, и этим обеспечивает пребывание ОУ. в состоянии высокого выходного иаЭ 1127054 пряжения независимо от входных сигналов, т.е. происходит самоблокировка. Транзисторы 12 и 13 усилителя мощности.1 запираются и продолжают оставаться в запертом состоянии, что и защищает конвертор.Сигнал, поступающий от датчика токовых перегрузок 8 на вход узла защиты 7, вначале поступает на делитель напряжения, образованный резисторами 20-23 Этот делитель имеет три выхода: первый " имеющий наибольший коэффициент передачи (точка соединения резисторов 20 и 21), второй- имеющий средний коэффициент переда" 15 чи (точка соединения резисторов 21 и 22), третий - имекпций минимальный коэффициент передачи (точка соединения резисторов 22 и 23). Входы первой и второй интегрирующихЯ -цепочек подключены (соответственно 24, 25 и 26, 27) к первому и второму выходам делителя 20-23. Базы транзисторов 28 и 29 эювтер" ных повторителей подключены к вщо- ;у дам первой и второй интегрирующих ЯС -цепочек соответственно 24, 25 и 26., 27. Эммитеры транзисторов И и 29 соединены параллельно и через резистор ЗЗ подключены к входупорогового элемента 17, куда же через диод 32 подключен третий выход делителя. Последовательно резисторам 24 и 26 включены диоды 30 и 31 соответственно.Переходы база - эммитер транзисторов 28 и 29 и диоды 30-32 используются в качестве элементов однонаправленной .проводимости, которые необходимы для йсключения взаимного влияния .выходных импедансов конденсаторов 25 и 27 н резистора 23 друг .на друга в сохранением возможности прохождения на вход порогового элемента 17 напряжения от того из элементов 25, 27, 23, на котором оно в данный момент максимальное. Включение транзисторов 28 и 29 по схеме эмнттерных повторителей позволяет выбрать сопротивление резисторов 24 н 26, нревцшающее по край- . ней мере на порядок величину сопротивления резисторов 21-23, что практически исключает влияние токов заряда конденсаторов 25 н 27 на55 коэффициенты передачи пр всем трем выходам делнтеля на резисторах 20- 23. Наличие диодов 30 и 31 исьлючает возможность разряда конденсато-. 6ров 25 и 27 через резистооы 24.и 26соответственно на резисторы 21-23делителя во время пауз между импульсами выходного сигнала датчика 8.Включение резистора 33 в эммитерецепи транзисторов 28 и 29 обеспечивает отрицательную обратную связь потоку этих транзисторов, что повышаетпомехоустойчивость узла защиты 7к внешним импульсным помехам.Повышение помехоустойчивости к внешнимпомехам способствует также включение общей точки конденсаторов 25и 27 в цепь источника опорного напря"жения 6, так как это исключаетпопадание на вход порогового элемента 17 сигналов, наводимых внешнимиимпульсными помехами,Прохождение выходного сигналадатчика токовых перегрузок 8 через.элементы 20-33 к входу пороговогоэлемента 17 в целом зависит от кратности перегрузки (т,е. от соотношения значения тока при наличии перегрузки с значением тока при номьунальной нагрузке), и от длительностиперегрузки е определенной кратностью.Выходной сигнал датчика токовых нерегрузок 8 может проходить на выходпорогового элемента 17 по трем каналам," по первому каналу (от первоговыхода делителя на резисторах 2023 через диод 30, резистор 24 пер"вой ЙС-цепочки 24 и 25, транзистор28, резистор 33), по второму каналу(от второго, выхода делителя на резисторах 20-23 через диод 31, резистор 26 второй С -цепочки 26 и 27,транзистор 29, резистор 33), потретьему каналу (от третьего выходаделителя на резисторах 20-23 черездиод 32). В третьем канале, как показано на схеме, интегрирующая цепочка может вообще отсутствовать,поскольку канал вызывает срабатывание защиты при максимальных перегруз.ах н минимальном времени воздейст,вия. Коэффициенты передачи ступенейделителя напряжения, образованногорезисторами. 21-23, и постоянные времени соответствующих интегрирующихцепочек 24, 25 и 26, 27 выбираютсяисходя из допустимых перегрузочньквозможностей транзисторов 12 и 13усилителя мощности 1.В нормальном установившемся рабо"чем режиме на выходе датчика 8 напряжение таково, что на всех трех выходах делителя на резисторах 20-231127054 7напряжения недостаточны для того, чтобы через хотя бы один из каналов прошло на первый вход порогового элемента 17 найряжение, достаточное для срабатывания защиты. Потенциалы . баз транзисторов. 28 и 29 близки к амплитудным значениям напряжений на первом и втором выходах делителя на резисторах 20-23 соответственно. Так как напряжение на первом выходе делителя максимальное, то в этом режиме проводящим является транзистор 28, а транзистор 29 и диод 32 заперты обратным смещением.В случае перегрузки усилителя мощности 1 напряжение на выходе 8, а также напряжения на всех выходах делителя на резисторах 20-23 одновременно возрастают пропорционально кратности перегрузки. При этом од-новременно начинается подзаряд . конденсаторов 25 и 27 через резисторы 24 и 26 и диоды 30 и 31 соответственно. Напряжение с третьего выхода делителя через диод 32 проходит на вход порогового элемента 17 практически мгновенно ввиду отсутствия. конденсаторов в этом канале. Предположим что кратность пере 30 груэки меньше кратности срабатывания защиты по второму каналу, но. превышает кратность срабатывания по первому каналу. Прн этом величина сигнала, практически мгновенно проходящего через третий канал, недостаточна З 5 .для срабатывания порогового элемента 17 независимо от длительности перегрузки При прохождении через датчик 8 каждого импульса токаусилителя мощности 1 сигналами первого и второго выходов делителя через последовательные диоды 30 и резистор 24, а также через последовательные диод 31 и резистор 26 соответственно происходит подзаряд соответствующих конденсаторов 25 и 27. Токи заряда конденсаторов 25 и 27 проходят также и через стабнлитрон источника опорного напряже-ния 6. Во время каждой паузы мещду фО импульсами тока усилителя мощности 1 либо вообще не происходит разряда конденсаторов 25 и 27, если соот" ветствующие транзисторы 28, 29 нахо" дятся еще в запертых состояниях, ф либо происходит частичный разряд на входное сопротивление соответствующих транзисторов 28 и .29, если они находятся в проводящем состоянии.Так как.входные сопротивления транзисторов 28 и 29, работающих в режиме эмиттерных: повторителей, немного больше сопротивлений резисторов24 и 26, то экспоненциальные приращения напряжений на конденсаторах25 и 27 в сторону увеличения напряжения за время импульса трка значительно превышают величины приращенийнапряжений на соответствующих конденсаторах в сторону понижения во времяпаузы между импульсами. В итоге закаждый полупериод работы усилителямощности 1 потенциалы баз транзисторов 28 и 29 повышаются. Если приэтом длительность перегрузки превышает постоянную времени интегрирующей цепочки 24 и 25 первого канала,то через заданное этой цепочкой времязадержки напряжение на входе операционного усилителя 18 по цепи: транзистор 28 - резистор 33 - пороговыйэлемент 17, достигает порога срабатывания операционного усилителя 18,который, воздействуя на схему управления 5, прекращает подачу управляющих импульсов на транзисторы 12 и 13,а сам операционный усилитель за счетобратной связи через диод 19 самоблокируется. Если кратность перегрузки превышает кратность срабатывания защиты по третьему каналу, то величина напряжения, проходящего без временной задержки через диод.32, является достаточной для срабатывания порогового элемента 17 и время срабатывания защиты определяется лищь быстродействием операционного усилителя 18 порогового элемента, которое может быть. порядка 1 мкс, Если кратность перегрузки средняя между срабатываниями второго и третьего каналов и длительность перегрузки превышает постоянную времени цепочки 26 и 27, срабатывание защиты происходит по второму каналу. Таким образом, введение,в выходную цепь датчика силового тока усилителя мощности делителя напряжения на резисторах и соответствующих интегрирующих цепочек позволяет сочетать кратность перегрузки с ее длительностью и более полно использовать перегрузочные воэможности транзисторов силового контура конвер9 1127054 10тора, так как соответствующим выбо- кратности перегрузочного тока и ран номиналов элементов узла защиты соответствующее им время срабатывамогут быть получены любые аелаемые ния защиты. Составитель А.Селезнев Редактор Х.Волощук Техред ЛЯоцюбняк , Корректор М.Леонтю йЮаФВЮФаеаеваваеав ваеаеюееюеВаФвМЮаю вказ 8752(42 ППП "Патент", г., Уагород, ул. Проектна Тираа 666 ВНИИПИ Государств по делам изобре 1 13035, Москва, Ж