Преобразователь напряжения

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН ОЮ (И) 4(51) М 7 53/ РЕТЕНИЯ ИСАНИ АВТО ж У ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР по делАм изоБРетений и ОтнРыти(56) 1. Ромаш З.М. Источники вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры. "Радио и связь",1981, с. 137.2. Авторское свидетельство СССРУ 928330, кл. С 05 Р 1/64, 1977.3. Патент США У 4095128,кл. 307-254, 1978.(54)(57) 1, ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий двухтактный инвертор с выходным трансформатором и систему управления, состоящую из задающего генератора, выход которого подключен к входу узла разделения фазы,прямой и инверсный выходы которогоподключены соответственно к первымвходам первой и второй логическихячеек И, выходы которых через промеуточные усилители подключены к цепям правления силовыми ключами инвертора, и согласующих цепочек, подключенных входами к крайним выводам обмотки выходного трансформатора, средний вывод которой подключен к общему проводу системы управления, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения надежности и КПД, введен Р-триггер защиты, подключенный Р -входом к прямому выходу узла разделения фазы, С-входом через ячейку НЕ - к выходу задающего генератора, прямым и инверсным выходом - соответственно к вторым входам первой и второй ячеек И, а Р -и 5-входами - к выходам согласующих цепочек. 2. Преобразователь по п. 1, ол и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью уменьшения потребляемойтемой управления мощности, соглащими цепочками являются дифференрующие РС-цепочки.Изобретение относится к электротехнике и может быть использованодля питания устройств автоматики,вычислительной техники, средств связи и т.п, 5Известны источники питания с бестрансфзрматорным входом, которые наповышенной частоте преобразуют выпрямленное сетевое напряжение в необходимые выходные напряжения с помощью транзисторных инверторов 1.Недостатком указанных источниковпитания является низкая надежностьзащит от сквозных токов, возникающих при одновременном протеканиитока через транзисторы инвертора,работающие в ключевом режиме, в момент их переключения из-за наличиянекоторого времени рассасывания избыточных зарядов из области баз запираемых транзисторов.Одним из методов защиты от "сквозных токов" является применение гарантированной" паузы между импульсами управления инвертором 2 1.Недостатками такой защиты являются снижение выходной мощности идиапазона регулирования выходногонапряжения из-за ограничения длительности импульса на величину паузы,З 0увеличение габаритов выходного фильтра, низкая надежность из-за сложности выбора длительности гарантированной паузы с учетом влияния факторовна время рассасывания неосновных носителей из области баз запираемыхтранзисторов и разброса частотныхсвойств самих транзисторов,Известен также преобразовательнапряжения, содержащий двухтактный 40. инвертор с выходным трансформатором и систему управления, состоящуюиз задающего генератора, выход которого подключен к входу узла разделения фазы, прямой и инверсный выходы 45которого подключены соответственнок первым входам первой и второй лонических ячеек И, выходы которыхчерез промежуточные усилители подключенык цепям управления силовыми ключами инвертора, и согласующих цепочек, подключенных входами к крайнимвыводам обмотки выходного трансфор матора, средний вывод которой подключен к общему проводу системы 55управления, причем коллекторы сиМовых транзисторов через резистивныеделители напряжения и защитные диодыФ подключены к вторым входам первой и второй логических ячеек И 3 .Недостатками данного преобразователя являются низкий КПД нз-за потерь мощности в транзисторах преобразователя напряжения в момент их включения и мощности, выделяемой в указанных делителях напряжения, и недостаточная надежность из-за возможности возникновения "сквозных токов" в результате насьпцения выходного трансформатора при перегрузке или коротком замыкании вторичных обмоток. Например, при включении преобразователя напряжения происходит заряд конденсаторов фильтра, шунтирующих выходные обмотки трансформатора, и работа преобразователя с максимальными длительностями импульсов приводит к насыщению трансформатора и возникновению сквозных токовЦель изобретения - повьппение надежности и КПД преобразователя напряжения.Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь напряжения, содержащий двухтактный инвертор с выходным трансформатором и систему управления преобразователем, состоящую из задающего генератора, выход которого подключен к входу узла разделения фазы, прямой и инверсный выходы которого подключены соответственно к первым входам первой и второй логических ячеек И, выходы которых через промежуточные усилители подключены к цепям управления силовьии ключами инвертора, и согласующих цепочек, подключенных входами к крайним выводам обмотки выходного трансформатора, средний вывод которой подключен к общему проводу системы управления, введен В-триггер защиты, подключенный Р-входом к прямому выходу узла разделения фазы, С-входом через ячейку НЕ - к выходу задающего генератора, прямым и инверсным выхопом - соответственно к вторым входам первой и второй ячеек И, а К-и Я-входами - к выходам согласующих цепочек, представляющих собой дифференцирующие КС-цепочки.На фиг. 1 показана принципиальная схема предлагаемого преобразователя; на фиг, 2 - диаграммы напряжения, поясняющие принцип ее работы.Преобразователь напряжения содержит соециненные последовательно входной выпрямитель 1, входной фильтр 2,инвертор 3, выходной трансформатор 4,систему управления преобразователем,состоящую иэ задающего генератора 5,выход которого подключен к входу 5узла 6 разделения фазы, прямой и инверсный выход которого подключен соответственно к первым входам первой 7и второй 8 логических ячеек И, выходы которых подключены к промежуточным усилителям 9 с трансформаторнымвыходом, подключенным к цепям управления силовых транзисторов инвертора 3, В-триггера 1 О защиты, подключенного Р-входом к прямому выходу 15узла 6 разделения фазы,. С-входомчерезячейку НЕ 11 - к выходу задающего генератора 5, прямым и инверсным выходом - соответственно к вторым входам первой 7 и второй 8 ячеек, И, а К- и 8-входами через согласующие цепочки 13 - к крайним выводам дополнительной обмотки 12 выход 1 ного трансформатора 4, средний выводкоторой подключен к общему проводу 25системы управления. Кроме того,к третьим выходам вентилей И 7 и 8подключен выход формирователя 16 импульсов управления инвертором, подключенный первым входом к выходному 30фильтру 15, подключенному к выпрямителю 14 напряжения вторичной обмотки выходного трансформатора 4, а входом синхронизации - к задающему генератору 5,35Преобразователь напряжения работает следующим образом.Сетевое напряжение выпрямляетсяво входном выпрямителе 1, сглаживается входным фильтром 2, преобразуется 4 Ов двухтактном инверторе 3 (выполненным, например, на транзисторах пополумостовой схеме) в высокочастотное переменное напряжение прямоугольной формы, которое с помощью выходно го трансформатора 4 повышается либопонижается до необходимой величины,Управление транзисторами инвертора 3 осуществляет система управления через промежуточные усилители 9, 5 Ок входам которых подключены вьпсодыпервой 7 и второй 8 ячеек И, в которых осуществляется формирование начала и конца импульсов управления инвертором (длительности импульса55управления) путем объединения на ихвходах сигналов с выходов узла 6 разделения фазы и Э-тоиггера 10 защиты. На вход узла.6 разделения фазы (выполненного, например, на триггере) поданы импульсы с выхода задающего генератора 5 (фиг. 2 а). Триггер 6 изменяет свое состояние каждый раз в момент прихода переднего фронта импульса задающего генератора (Фиг. 2 б, в), Триггер 10 защиты повторяет состояние триггера 6 в момент заднего фронта импульсов задающего генератора 5 (фиг. 2 д), так как его вход подключен к выходу задающего генератора 5 через ячейку НЕ, инвертирующую импульсы задающего генератора (фиг. 2 г), а Э-вход подключен к прямому выходу триггера узла 6 разделения фазы. Таким образом, на выходах ячеек И 7 и 8 формируется "гарантированная" пауза между импульсами управления инвертором, длительность которых равна длительности импульсов задающего генератора (фиг 2 е, ж). Длительность импульсов задающего генератора выбирается намного больше времени запирания насыщенного транзистора с учетом разброса параметров транзисторов и внешних воздействий, так как ее величина не 1влияет на работу преобразователя в установившемся режиме. Предположим, что в момент времени С, триггеры 6 и 10 установлены в единичное состояние (т.е. на прямых выходах присутствует логическая единица). При этом первая ячейка И 7 через усилитель 9 и первый транзистор инвептопа 3 йоомиоует в началах обмоток выходного трансформатора положительный потенциал. В момент времени й триггер 6 под воздействием запаюшего генератора 5 изменяет свое состояние. Первая ячейка И 7 запирается, и первый транзистор инвертора 3 щчинает запираться, Однако из-за ограниченных частотных свойств транзистора он закрывается некоторое время "=1-2, продолжая генерировать при этом в начале обмоток выходного трансформатора положительный потенциал. После полного запирания первого транзистора инвертора за счет явления самоиндукции потенциал обмоток меняется на противоположный, что приводит к появлению на К-входе триггера 10 защиты положительного потенциала (фиг. 2 3)устанавливающего его в нулевое состояние (т.е. в состояние, в котором находится в данныймомент триггер б), При этом открывается вторая ячейка И 8, которая отпирает второй транзистор инвертора 3. Запирание второго транзистора происходит аналогично первому, а об мотка 12 при этом устанавливает триггер 1 О в единичное состояние сразу после полного запирания второго транзистора и появления положительного потенциала на Я-входе 0-триггера 10 10 защиты (Фиг. 2 и).Таким образом, схема позволяет автоматически отпереть очередной транзистор инвертора 3 сразу после полного запирания предыдущего, что 15 устраняет возможность протекания "сквозных токов" и обеспечивает максимальную ширину выходных импульсов. Кроме того, очередной транзистор инвертора включается при малом на нряжении коллектор - эмиттер, так как за счет явления самоиндукции первичная обмотка выходного трансформатора ч стремится уменьшить напряжение коллектор - эмиттер открывающегося транзистора, а открывается он в тот момент, когда ЗДС самоиндукции на дополнительной обмотке дорастает до напряжения логической единицы. Зто значительно уменьшает потери в тран- ЗО эисторах инвертора при включении и повышает КПД всего устройства веселом.Если к входам ячеек И подключить выход формирователя 1 б импульсов управления инвертором, который в зависимости от выходного напряжения на выходном фильтре 15, подключенном к выпрямителю 1 ч напряжения вторичной обмотки выходного трансформатОРа Ар ФОРмиРУет шиРОтнО мОДУли 4 В рованные импульсы, синхронизированные с задающим генератором 5, то полученный преобразователь напряжения позволяет стабилизировать выходное напряжение, причем диапазон регулировки выходного напряжения расширен за счет того, что преобразователь позволяет увеличивать коэффициент заполнения периода до максимальной величины,.ограниченной только частотО ньяи свойствами конкретных транзисторов инвертора.В качестве формирователя импульсов управления инвертором может быть узел, состоящий из усилителя обратной связи, на один из входов которо го подано опорное напряжение, а на второй - выходное напряжение преобразователя, выход которого подключен к одному из входов компаратора на второй из которых подано линеаризирующее напряжение, например, с выхода генератора пилообразного напряжения, синхронизированного с задающим генератором. Выход компаратора является выходом формирователя.Дополнительная обмотка 12 выходного трансформатора 4 подключена к К- и Б-входам триггера 10 защиты через согласующие цепочки 13, роль которых могут выполнять разделительные диоды, либо, для уменьшения потребляемой мощности от дополнительной обмотки, в качестве согласующих цепочек могут быть применены дифференцирующие КС-цепочки, так как для управления триггером 10 защиты достаточно кратковременного импульса с дополнительной обмотки.При коротком замыкании во вторичных обмотках выходного трансформатора напряжение на дополнительной обмотке становится ниже величины логической единицы, что сразу же вызывает сужение импульсов управления до заданной заранее величины, равной паузе между импульсами задающего генератора 5, что обеспечивает одновременно защиту от короткого замыкания и от "сквозного" тока. То же самое происходит и при любой неисправности в цепи дополнительная обмотка - 0- триггер защиты., что повышает надежность преобразователя. Таким образом, предлагаемое устройство за счет введения дополнитльного Э-триггера защиты и обмотки в выходном трансформаторе исключает возникновение сквозных токов инвертора, повышает КПД преобразователя за счет включения транзисторов инвертора при низком напряжении коллектор-эмиттер, обеспечивает более широкий диапазон регулировки выходного напряжения, так как появляется возможность получения максимального коэффициента заполнения,Тираж 646 Подписи Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий ква, Ж, Раушская наб., д. 4/5