Конвертор

Союз Советскки Соцкалкстицеснии Республик(51) М, Кл М 3/33 с присоединением заявки23) Приоритет -Гвсудврвтвеиный ивмитет СССР вв делан ииаретеиий и открытий(088.8) ата опубликования описания 15,08,7(54) КОН 2 Изобретение относится к области электротех- ники и может быть применено, в частности, во вторичных источниках питаши.Известны конверторы с симметрированием режима работы усилителя мощности 11), 2)Недостатком этих конверторов является существенное увеличение их массогабаритньи показателей при защите их от короткого замыка. ния (КЗ),Наиболее близким по технической сущности к предложенному изобретению является конвер тор, содержащий задающий генератор, выход ко. торого соединен с базами транзисторов двухтакт. ного усилителя мощности, последовательно с эмиттерно- коллекторными переходами транзисторов включены датчики тока, к которым подсоединены входы пороговых компараторов, а выходы последних подсоединены к управляющим входам задающего генератора и к входам элемента ИЛИ, выход которого через узел защиты от К 3 подсоединен к другому входу задающегогенератора 13).Недостатками такого конвертора являются раздельность цепей симметрирования режима работы усилителя мощности и то, что в нем узел защиты от К 3 работает на фиксированной достаточно высокой частоте, определяемой частотой задающего генератора, Последнее в режиме К 3 приводит к периодической токовой перегрузке силовых транзисторов, повторяющейся с частотой работы задающего генератора.Цель изобретения - повышение надежности конвертора.Эта цель достигается тем, что в конверторе, содержащем задающий генератор, выход которого соединен с базами транзисторов двухтактного усилителя мощности, датчики тока, вклю. ченные последовательно с эмиттерно.коллектор- ными переходами транзисторов, к которым подсоединены входы пороговых компараторов, подсоединенные своими выходами к первым двум управляющим входам задающего генератора и ко входам элемента ИЛИ, причем выход последнего через узел зашиты от К 3 подсоединен к третьему входу задающего генера. тора, узел защиты от К 3 выполнен в виде последовательно соединенных фильтра верхних частот и ждущего релаксационного генератора,3На фиг. 1 дана схема конвертора; на фиг,2 -временная диаграмма работы конвертора в нормальном режиме; на фиг. 3 - временная диаграмма работы конвертора в режиме К 3 нагрузки.Конвертор (фиг. 1) содержит силовые транзисторы 1 и 2 и выходной трансформатор 3.На выходе конвертора включен индуктивноемкостный фильтр, состоящий иэ дросселя 4и конденсатора 5. Импеданс 6 обозначает нагрузку на выходе конвертора. Коммутирующий диод 7 исключает возможность разрывовтока в цепи дросселя 4 и устраняет возможность появления коммутационных всплесковнапряжения в коллекторных цепях силовыхтранзисторов 1 и 2, Выходной трансформатор3 имеет две коллекторные обмотки 8 и 9,Диоды 10 и 11 служат вентилями выпря 1мителя, Управление силовыми транзисторами1 и 2 осуществляет задающий генератор 12,Коллекторные обмотки 8 и 9 выходноготрансформатора 3 подключены к шине источника питания Е через датчики тока 13 и 14соответственно, которыми могут служить низкоомные резисторы, трансформаторы тока ит,п. На фиг. 1 датчики тока 13 и 14 изображены в виде резисторов. Выход каждого датчикатока подключен к одному из входов соответ.ствующего компаратора 15 и 16, на другой входкомпараторов 15, 16 подано постоянное опорное напряжение. Источником опорного напряжения в схеме на фиг. 1 служит резистивныйделитель напряжения на резисторах 17 и 18,включенный между шинами источника питанияЕ. Средняя точка делителя соединена с вторымивходами компараторов 15 и 16, Выходы компараторов соединены с соответствующими управляющими входами задающего генератора 12, атакже с входами логического элемента ИЛИ 19.7Выход элемента 19 через фильтр верхних частот 20 соединен с входом ждущего релаксационного генератора 21, а выход последнего под.ключен. к запрещающему входу задающего генератора 12,Работа схемы на фиг, 1 поясняется временной диаграммой на фиг, 2, Задающий генератор12 вырабатывает несимметричное управляющеенапряжение (или управляющее напряжение снулевой ступенью), что исключает одновременное нахождение силовых транзисторов 1 и 2во включенном состоянии и устраняет возможность появления бросков тока . коллекторныхцепях транзисторов в момент их переключеш 1 я.Задающий генератор 12 работает в режиме внешней синхронизации сигналами, поступающими наего управляющие входы с выходов компараторов 15 и 16. Силовые транзисторы 1 и 2 включаются попеременно в моменты времени, соот.ветствуюшие уже выключенному состоянию тран эистора другого плеча, Так, например, транзистор 1 включается в то время, когда полностьювыключен транзистор 2, Длительность то задержки подачи включаюгдего сигнала на вход сило 5 вого транзистора по отношению к моменту подачи выклгочаюшего сигнала на смежный тран.зистор (или нулевой ступени) в управляющемнапряжении должна превышать наибольшее вре.мя выключения силовых транзисторов 1 и 2.1 о При включении силового транзистора в его коллекторной цепи протекает импульс тока, вели.чина которого определяется двумя составляю.шими: током нагрузки и током намагничиваниясердечника выходного трансформатора ь Ц. Вустановившемся режиме работы преобразовате.ля ток нагрузки является величиной примернопостоянюй; ток намагничивания в каждом полуцикле работы конвертора нарастает в процессе перемагничивания сердечника трансформа 20 тора Соответственно происходит рост тока вколлекторной цепи открытого силового транзистора (1 или 2), Когда величина коллекторноготока достигает некоторого порогового значения1 п, определяемого величиной опорного напря.25 жения на входах компараторов, величина напряжения на выходе соответствующего датчика тока (13 или 14) становится достаточной для срабатывания соответствующего компаратора (15или 16), и выходной сигнал компаратора при.ЗО нудительно опрокидывает задающий генератор.При этом открывающий сигнал на входе данного силового транзистора отключается, включается закрывающий сигнал и с задержкой то, достаточной для полного выключения транзистора, формируется сигнал, вкгпочаюший силовойтранзистор смежного плеча конвертора.Все процессы в другом плече конвертора протекают аналогично и завершаются принудительным выключением силового транзистора по вы4 о ходному сигналу компаратора, свидетельствующему о превышении коллекторным током этого транзистора величины 1 п. Затем цикл работыконвертора повторяется,Поскольку составляющая коллекторного то 45 ка, определяемая током нагрузки,. постоянна,а выключение силовых транзисторов происходитпри 1 к = 1 п, где к - коллекторный ток данного транзистора, причем коллекторные токитранзисторов 1 и 2 перемагничивают сердечниктрансформатора в противоположном направлении,ток намагничивания сердечника 1 р в каждомцикле работы дважды изменяет свой знак, аабсолютные значения максимальной величиныц, как для Ф,так и для - 11, примерно одинаковы. Таким образом, сердечник трайсформатора в этом случае перемагничивается током1 р., практически не имеющим постоянной сос.тавляющей, что исключает возможность 1 ь дмаг.ничивания сердечника постоянной составляющейтока намагничивания и уменьшает коллекторный ток силовых транзисторов.В те промекутки времени, когда оба силовых транзистора закрыты, ток намагггичивания выходного трансформатора переключается в одну из выходных обмоток и замыкается через соответствующий вентиль выпрямителя (О или 11), фильтр и нагрузку. Использование резистивного делителя напряжений (17 и 18) в качестве источника опорного напряжения компа- г 0 раторов позволяет осуществлять режимную компенсацию схемы, поскольку изменение тока на. грузки конвертора, пропорциональное уходу величины питающего напряжения Е, в этом случае компенсируется соответствующим уходом величины опорного напряжения, и переключение транзисторов производится независимо от величины Е примерно при одном и том же значении намагничиваюшего тока гр,.Включение индуктивного фильтра на выходе конвертора обеспечивает плавное нарастание тока нырузки при включении питания, что устраняет возможность появления емкостных бросков тока в коллекторных цепях силовых транзисторов 1 и 2 и вызвагпгого этим резкого уве 25 личения частоты переключения управляюшего напряжения на выходе задающего генератора 12 и приводит к увеличению мощности, рассеива-. емой на силовых траггзисторах, и к неустойчивой работе задаюшего генератора. 30 Конвертор, содержащий задающий генератор, выход которого соединен с базами тра двухтактного усилителя мошности, датчики тока, включенные последовательно с эмиттерноколлекторными переходами транзисторов, к которым подюгючены входы пороговых компараторов, подсоединенные своими выходами к первым двум управляющим входам задающего генератора и ко входам элемента ИЛИ, причем выход последнего через узел эащггты от коротко. го замыкания подсоединен к третьему входу за дающего генератора, о т л и ч а ю гц и й с я тем, что, с целью повышения надежности, узел защиты от короткого замыкания выполнен в виРабота конвертора в режиме К 3 нагрузки поясняется временной диаграммой на фиг. 3,Ф При К 3 выхода ток дросселя 4/1 начинает возрастать во время включенного состояния силовых транзисторов. Процесс нарастания тока 1 Ь происходит достаточно медленно, если индуктивность дросселя 4 выбрана достаточно больгдой и дроссель работает в линейном режиме. В соответствии с ростом токад 0 которьгй примерно равен току нагоузки, рас. тет составляющая тока нагрузки в коллектор- ном токе силовых транзисторов, что приводит к увеличению частоты их переключения. Это связано с тем, что коллекторный ток каждого трагг зистора нарастает до порогового значения 1 и за все меньшее время, Частота следования импульсов на выходе элемента ИЛИ 19 при этом также нарастает, и, когда она достигает частоты среза фильтра верхних частот (ФВЧ) 20, очередной импульс пропускается на выход ФВЧ и запускает ждуший релаксационный,генератор 21. При этом на выходе ждушего генератора 21 формируется импульс длительностью т. /1 лЭЯ, где То - период следования управляющего сигнала на выходе задаюшего генератора 12, Этот импульс блокирует задающий генератор 12, и управляющее напряжение отключается с силовых транзисторов, так что они остаются закрытыми все время, пока не закончится блокирующий импульс. При этом ток дросселя г медленноф. спадает по линейному закону, так как дроссель 4 разряжается через диод 7. Если длительность импульса Фг выбрана достаточно большой, то за время 1 н ток гспадает до величггны номинального тока нагрузки или становится меньше этой веггггчггггы, и после окончания блокирующего импульса процессы в схеме повторяются до момента устранения К 3 нагрузки. После устранения К 3 конвертор автоматически переходит в режим нормальной работы. Поскольку во всех режилгах работы конвертора коллекторный ток любого силового транзистора никогда не превышает величины 1, а частота переключений силовых транзисторов ограничена сверху частотой среза ФВЧ 20, то режим работы силовых транзисторов всегда может быть обеспечен в пределах рабочего диапазона коллекторного то. ка и рассеиваелгой мошности для заданного типа силовых транзисторов. Кроме того, выбором величины номинальной длительности блокирующего импульса тгг можно обеспечить не только безопасный режим работы силовых транзисторов 1 и 2, выпрямительных диодов 10 и 11, дросселя 4 и коммутируюшего диода 7, но и значительно облегченные режимы работы указанных элементов при К 3 в нагрузке, Для этого необходимо лишь обеспечить достаточно большую длитель. ность блокируюшего импульса.Поскольку в общем случае ждущий генератор 21 должен нормально работать при скважности выходного сигнала. близкой к едингще, в качестве элемента 19 целесообразно использовать ждущий реггаксагцгонный генератор с повторным запуском (с нулевым временем восстановления) .Фильтр верхних частот 20 может быть вьгполнен по любой известной схеме, однако более целесообразно использовать специальные фильтры импульсных сигналов. Формула изобретенияде последовательно соединенных фильтра верхних частот и ждущего релексационного генера,тора. Источники информации, принятые во внима. яие при экспертизе 6801188 1. Сб. "Электронная техника в автоматике",Иф 6, М., "Сов радио", с. 50 - 55,2, Авторское свидетельство СССР Иф 408438,кл. Н 02 М 7/537, 1971,3. Патент США У 3873903, кл. 321 - 2, 1975.680118 илнал ППП "Патент", г. Ужго ПНИИПИ Заказ 4807/5 раж 8 1 одписн