Преобразователь постоянного напряжения

СОЮЗ ОжТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 02 М 3/335 НЫЙ КОМИТЕТ СССРОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ ГОСУДАРС ПО ДЕЛА 13 ЕЛЬСТВ 3985206/2409.12.8523.1287.И, И. Фили621 4 58 дежности и ких потерь Устр-во со 1 через с(22) (46) (72) (53) 7 замыкающимк нагрузкетирующегоется через ательноиСССР, 198 тех 2, Ав 107 ную междуи точкой свентиля 10 во СССР3351 1982 ЯННОГО конденсата шающего вх процесс эа пусковой ц ся к злекение нас АНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ АВТОРСКОМУ СВИ Бюл. нф 4ппов(57) Изобретение относитротехнике. Цель " повыш тем уменьшения дннамичесв транзисторном ключе, держит транзисторный ключ лаживающий 1.С-фильтр 2 с вентилем подсоединенныйПри запуске заряд коммунонденсатора 7 осуществляпусковую цепь, включен- дним иэ входных выводов единения дросселя 11 иЭто позволяет зарядитьдо напряжения, превы-. дное напряжение, ускорить яда и запереть тиристор почки. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано,в системах вторичного электропитания для преобразования постоянногонапряжения и регулирования его значенияЦель изобретения - повышение надежности путем уменьшения динамических потерь в транзисторном ключе.На фиг. 1 приведена принципиальная электрическая схема устройства;на фиг. 2 - функциональная схемаблока управления преобразователя; нафиг, 3 - временные диаграммы, поясняющие работу преобразователя и егосхемы управления, где индексы припеременных соответствуют номерамэлементов устройства.Преобразователь (Фиг. 1) содержит транзисторный ключ 1, сглаживающий ЬС-фильтр 2 с замыкающим вентилем 3, Параллельно дросселю 4 фильтра 2 подключена первая цепочка 5,состоящая из последовательно соединенных первого вентиля 6 и коммутирующего конденсатора 7, при этом коммутирующий конденсатор 7 соединен сконденсатором 8 фильтра 2, Втораяцепочка 9, состоящая из последовательно соедийенных второго вентиля10 и дополнительного дросселя 11,подключена к выводам коммутирующегоконденсатора 7, Третий вентиль 12включен последовательно с транзисторным ключом 1. При этом первый 6и второй 10 вентили указанных цепочек и замыкающий вентиль 3 фильтра2 выполнены управляемыми,Блок управления содержит (фиг, 2) четыре резистивных делителя (датчика) напряжения, Первый делитель 13 подключен к входу преобразователя (точка а ), второй делитель 14 - к точке соединения конденсатора 7 и вентиля 6 первой цепочки 5 (точка о ), третий 15 и четвертый 16 делители - к выходу преобразователя (точка) . Выход делителя 16 соединен с входом сравнивающего усилителя 17, второй вход которого подключен к источнику 18 опорного (эталонного) напряжения, Выход усилителя 17 подключен к входу модулятора 19 ширины импульсов, второй вход которого подключен к выходу Формирователя 20 пилообразного напряжения соединенного входом с задающим генератором 2 1, Выходы первого 13 и второго 14 делителей под 5 1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ключены к входам первого компаратора 22, выходом соединенного с вхочдом первого логического элемента2 И 23, второй вход которого соединенс выходом модулятора 19, Выход элемента 23 через первый усилитель 24подключен к управляющему переходупервого вентиля 26 преобразователяи через первый элемент 25 задержкии второй усилитель 26 к управляющему переходу транзисторного ключа 1,Кроме того, выход второго делителя14 подключен к входам первого нульоргана 27 инвертора 28 аналоговогосигнала, Выходы первого 13 и третьего 15 делителей подключены к сравнивающему элементу 29, соединенномувыходом с вторым нуль-органом 30 ис первым входом второго компаратора31, второй вход которого соединен свыходом инвертора 28, а выход - стретьим входом 32(ХЗ) трехвходовогоселектора 33, реализующего логическую функцию У = Х 11 Х 2 ЧГ 1 АХЗ, Второйвход 34(Х 2) селектора 33 соединен свыходом первого нуль-органа 27, апервый вход 35(Х 1) - с выходом нульоргана 30, Выход 36(У) селектора 33через третий усилитель 37 подключенк управляющему переходу замыкающеговентиля 3 и через второй элемент38 задержки и четвертый усилитель 39к управляющему переходу второго вентиля 10,Преобразователь и блок управления работают следующим образом,Тактовые импульсы (фиг. 3, 0,) сзадающего генератора 21 поступаютна вход форьирователя 20.пилообразного напряжения, выходной сигнал11 О которого подается на первыйвход модулятора 19. На входы сравнивающего усилителя 17 подаются выходное напряжение П преобразователя через делитель 16 и эталонноенапряжение с источника 18 опорногонапряжения, Полученный сигнал рассогласования поступает на второйвход модулятора 19. В интервалахвремени, когда пилообразный сигналО, превышает сигнал рассогласования (ошибки) 111, на выходе модулятора 19 Формируется сигнал 11 соответствующий логичЕской единице иего длительность пропорциональнасигналу Ь 11, Под действием единичного сигнала, поступающего через логический элемент 2 И 23, элемент 25 за 1361686держки и усилитель 26, транзисторныйключ 1 преобразователя открыт, Энергияот первичного источника Е поступаетв нагрузку и частично накапливаетсяв дросселе 4 сглаживающего фильтра2, Конденсатор 7 цепочки 5 заряженс полярностью напряжения, указаннойна фиг. 1 без скобок, причем сумманапряжений конденсатора 7 и конденсатора 8 фильтра 2 равна напряжениюЕ первичного источника, Суммарноенапряжение (1+ ) конденсаторов 7и 8 и входное напряжение Е через делители 13 и 14 подаются на входыпервого компаратора 22. В результатесравнения этих напряжений на выходекомпаратора 22 присутствует сигнал,соответствующий логической единице,разрешающий прохождение единичныхсигналов с модулятора 19 через логический элемент 23,В момент времени с, на выходе мо-дулятора 19 появляется нулевой сигнал, который через усилитель 26 запирает транзисторный ключ 1, (Элементы 25 и 38 задержки осуществляютзадержку только передних фронтов импульсных сигналов), Ток дросселя 4начинает замыкаться через открытыйвентиль 6 и коммутирующий конденсатор 7, вследствие чего происходитразряд и последующий перезаряд конденсатора 7, Выбором соответствующейвеличины емкости конденсатора задают необходимую скорость нарастаниянапряжения на запираемом транзисторе и ограничивают импульсную мощность потерь на фронте его выключения на допустимом уровне. Значениенапряжения, до которого осуществляется перезаряд конденсатора 7, зависит от соотношения входного Е ивыходного Б напряжений преобразователя, Для контроля этих соотношений предназначен нуль-орган 30 исравнивающий элемент 29, на входыкоторого подаются входное Е и выходное У напряжения через делители13 и 15, причем коэффициент передачи делителя 15, подключенного к выходу преобразователя, в два разабольше коэффициента передачи делителя 13.При выходном напряжении ц преобразователя, большем половины входного Е результирующий сигнал дна выходе сравнивающего элемента 29,.пропорциональный величине (Е), В момент времени с тактовым импульсом П, с задающего генератора 21 выходной сигнал о формирователя 20 пилообразного напряжения воэвращается в исходное состояние и навыходе модулятора 19 появляетсясигнал логической единицы, который,проходя через логически элемент 5 10 75 20 25 30 35 40 45 50 имеет отрицательное значение и формирует на входе второго нуль-органа30 сигнал логической единицы, Сформированный сигнал разрешает прохождение через селектор 33 сигнапа спервого нуль-органа 27, поступающегона второй вход 34 селектора 33. Приперезарядке конденсатора 7 с полярностью, указанной в скобках, до напряжения, превышающего выходное П,потенциал точки 3 становится отрицательным. В момент времени с на выходе первого нуль-органа 27 появляется сйгнал Б логической единицы,который, проходя через селектор 33и,третий усилитель 37, преобразуетсяв импульсный сигнал, отпирающий замыкающий вентиль 3. В результате частичного разряда конденсатора 7 по цепи: конденсатор 8 - вентиль 3 - вентиль 6 осуществляетсязапирание вентиля 6, и ток дросселя4 начинает протекать через вентиль 3,Через интервал времени дг , опрео%деляемый элементом 38 задержки, навыходе усилителя 39 появляется импульсный сигнал Бп а, отпирающийвентиль 10, и происходит обратныйколебательный перезаряд конденсатора 7 по цепи: конденсатор 7 - вентиль 10 - реактор 11, В процессе перезаряда конденсатора 7 потенциалточки д становится положительным ина выходе первого нуль-органа 27появляется сигнал логического нуля,снимающий сигналы управления 7 пзи Б, ю вентилей 3 и 10.По окончании перезаряда конденсатора 7 в момент времени с вентиль 10 запирается, при этом напряжение на конденсаторе 7 примерноравно напряжению на нагрузке и суммарное напряжение конденсаторов 7и 8 (потенциал точки ) превышаетвходное напряжение Е (потенциал точки а ). На выходе первого компаратора22 п,является сигнал логической единицы, который разрешает прохождениесигнала с модулятора 19 через, погический элемент 2 И 23, 136168635 40 45 50 55 При выходном напряжении У преобн разевателя, меньшего половины вход 1 ного, результирующий сигнал 4 Ц на выходе сравнивающего элемента 29, пропорциональный величине (Е), имеет положительное значение и формирует на выходе второго нуль-органа 30 сигнал логического нуля, который запрещает прохождение через селектор 33 сигнала с выхода первого нуль- органа 27 и разрешает прохождение сигнала через селектор 33 с выхода второго компаратора 31, В процессе перезаряда конденсатора 7 с полярностью, указанной в скобках, после достижения потенциала точки 5 нулевого значения на выходе первого нуль 2 И 23 и второй усилитель 24, преобразуется в управляющий импульс Ботпирающий вентиль 6. В результатечастичного разряда конденсатора 7по цепи: вентиль 6 - вентиль 3 - конденсатор 8 - конденсатор 7 осуществляется запирание вентиля 3 и токдросселя 4 замыкается через конденсатор 7 и открытый вентиль 6, Черезинтервал времени Ьс, определяемыйпервым элементом 25 задержки, на выходе второго усилителя 26 формируется импульс управления 11 которыйотпирает транзисторный ключ 1. Ночерез транзисторный ключ 1 ток непротекает, так как потенциал точки1 превышает потенциал точки а и вентиль 12 заперт, В момент времени спотенциал точки о становится равнымпотенциалу точки а (без учета падений напряжений на вентилях 6 и 12 иключе 1). В результате вентиль 12отпирается и ток дросселя 4 начинает замыкаться по цепи: источник Евентиль 12 - транзисторный ключ 1дроссель 4 - конденсатор 8 - источник Е,С появлением в момент времени г.на выходе модулятора 19 нулевогосигнала описанные процессы в схемахповторяются,Таким образом, включение транзисторного ключа осуществляется призапертом замыкающем вентиле 3 фильт-.ра, при нулевом напряжении, приложенном к этому ключу и нулевом пер"воначальном значении протекающегоЧерез него тока, что исключает динамические потери в ключе в интервалевремени его включения,5 10 15 20 25 30 органа 27 появляется сигнал Б лот гической единицы.После достижения потенциала точки3 значения (Е-Б), т.е, когда напря-жение на конденсаторе 7 превыситвеличину (Е-У), появляется сигналлогической единицы и на выходе второго компаратора 31. Этот сигнап, проходя через третий усилитель 37, от-пирает вентиль 3, Далее процессы всхеме протекают аналогично описанномудля случая, когда Б0,5 Е,После колебательного перезаряда.конденсатора 7 с полярностью указанной на фиг, 1 без скобок, потенциалточки о превышает потенциал точки 4и включение транзисторного ключатакже осуществляется без динамических потерь.При запуске преобразователя первоначальный заряд коммутирующего кон-денсатора 7 может осуществляться через пусковую цепочку, показанную нафиг. 1 пунктиром, которая подключенамежду плюсовой клеммой первичного источника и точкой соединения реактора11 и вентиля 10, Это позволяет зарядить конденсатор 7 до напряжения,превышающего входное напряжение,ускорить процесс заряда и заперетьтиристор пусковой цепочки.Формула изобретения1. Преобразователь постоянного напряжения, содержащий транзисторный ключ, сглаживающий ЕС-фильтр с замыкающим вентилем, соединенный с выходными выводами, первую цепочку, состоящую из последовательно соединенных первого вентиля и коммутирующего конденсатора,. вторую цепочку состоящую из последовательно соединенных второго вентиля и дополнитель 3 ного дросселя, третий вентиль и блок управления с задающим генератором, модулятором ширины импульсов и измерительным органом выходного напряжения, о т л и ч а В щ и й с я тем, что, с целью повышения надежности уменьшения динамических потерь в транзисторном ключе, замыкающий вентиль фильтра, первый и второй вентили укаэанных цепочек выполнены управляемыми, первая цепочка подключена параллельно дросселю фильтра, причем коммутирующий конденсатор соединен с конденсатором фильтра и за 1361686шунтирован второй цепочкой, а третийвентиль включен между входным выводом и транзисторным ключом. 2, Преобразователь по и, 1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что в блок управления введены три делителя напряжения, сравнивающий элемент, два компаратора, два нуль-органа, логический инвертор, два элемента задержки, три усилителя, трехвходовой селектор, реализующий логическую функцию У = Х 1 ьХ 29 Х 1 ПХЗ, и логический . элемент 2 И, при этом первый делитель напряжения подключен к входному выводу преобразователя, второй делитель напряжения в .к точке соединения коммутирующего конденсатора и первого вентиля преобразователя, а третий делитель напряжения - к выходным выводам преобразователя, выход первого делителя напряжения соединен с соответствующими первыми входами сравнивающего элемента и первого компаратора, выход второго делителя соединен с вторым входом первого компаратора и с входами первого нуль-органа и логического инвертора, выход третьего делителя соединен с вторым входом сравнивающего элемента, выходом соединенного с первым входом 5второго компаратора и входом второго нуль-органа, выходом подключенного к первому входу трехвходового селектора, выход первого нуль-органа подключен к второму входу трехвходового О селектора, выход логического инверОтора соединен с вторым входом второго компаратора, выходом подключенного к третьему входу трехвходового селектора, выход первого компаратора соединен с первым входом логического элемента 2 И, второй вход которого соединен с выходом модулятора ширины импульсов, а выход элемента 2 И соединен через первый усилитель с управляющим входом первого вентиля преобразователя и через первый элемент задержки и второй усилитель с управляющим входом транзисторного ключа, .выход трехвходового селектора соеди нен через третий усилитель с управляющим входом замыкающего вентиля и через второй элемент задержки и четвертый усилитель с управляющим входом второго вентиля,оин оставитель В. ехред М. Хода орректор О. Кр авцова Редактор Н,е каз 6301 5 5 Тир аж,659ВНИИПИ Государственного коютета Спо делаи изобретений и открытий 3035, Москва, Ж, Раушская наб Подпи 4/ Производственно" полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4