Двухтактный преобразователь напряжения

(54) ДВУХТАКТНЫЙ 0 1Изобретение относится,к преобразовательнойтехнике и может быть использовано в качест,ве источника питания радиоэлектронной ацпа-ратуры, устройств автоматики, вычислительнойтехники и промьппленной электроники, в част 5ности, в транзисторных статических преобразователях напряжения,Известно устройство защиты от сверхтоков,использующее цепь пикового детектора. с регу.лируемой динамической характеристикой, содержащее датчик тока потребления первичнойобмоткой двухтактного статического преобразователя, пороговый элемент, задающий гене.ратор, модулятор длительности импульсов иузел логической обработки управляющих сигналов, При возникновении подмагничиванняи превышения выходным сигналом датщпсатока некоторой величины, пороговын элемент переключается .и подпитывает интегрирующий конденсатор генератора пилообразного 2напряжения, входящего в состав модуляторадлительности импульсов, вЬывая тем самымболее раннее выключение транзисторов преобразователя 3. РАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИ Недостаток данного устройства заключает ся в том, что информация о подмагннчивании сердечника трансформатора, выявляемая датчиком тока его первичной обмотки, поступает на фоне гораздо большего по величине сигнала, пропорционального току нагрузки. По. этому защита, осуществляемая этим устрой. ством, начинает функционировать лишь после развития процесса подмагничивания, что ока. зывается малоэффективным при работе на высоких частотах инвертирования. Кроме того, устройство интегрирует, входной сигнал, вызывая,тем самым дополнительную задержку,Известно также устройство, препятствующее развитию процесса подмагничивания, использующее датчик тока намагничивания, выходного трансформатора двухтактного статического преобразователя, В состав устройства, кроме датчика намагничивающего тока, входят задающий генератор, устройство формирования управляющих, сигналов, два защитных тнрнстора, соединенные с дополнительными обмотка ми выходного трансформатора, пороговый элемент н емкостиой накопитель. При превыще 982161нии выходным напряжением датчика намагни.ечивающего тока пороговой величины, включает. ся один иэ двух зацитных тиристоровкоторый подключает предварительно заряженный конденсатор .емкостного накопителя к однойиз дополнительных обмоток силового трансформатора таким образом, чтобы препятствовать намагничиванию сердечника 2).Однако из-эа строго нормированной величины размагничиваюгцего импульса в таком уст. 10 ройстве возможны случаи, когда оно не мо. жет обеспечить необходимое размагничивающее действие из-за более глубокого насыщения чем то, на которое оно было расчитано. Не. достатком является также использование до статочно инерционного по сравнению с транзисторами элемента-тиристора, Этот недостаток особенно чувствителен при работе на высоких частотах. Так как силовые транзисто. ры остаются включенными и после вклю- д чения защитных тиристоров, то разрядные токи емкостного накопителя оказываютсясоизмеримыми с токами нагрузки, что приводит к значительным габаритам устройства защиты. 25Наиболее близким к изобретению является устройство, содержащее усилитель мощности на силовых транзисторах с выходным трансформатором, связанным с датчиком тока намагничивания, представляюгцим собой трансформатор тока, первичные и вторичные обмотки которого связаны соответственно с первичными и вторичной обмотками силового выходного трансформатора, а измерительная обмотка включена на нагруэоч 35 ный резистор, связанный с двумя пиковыми детекторами. Один из них выявляет амплитуду положительной полуволны, второй - отрицательной. Оба пиковых детектора нагружены на общий резистор, средняя точка40 которого соединена со вторым входом сум. матора, а первый вход - с выходом стабилизатора, при этом средняя точка нагрузочного резистора через аналоговый ключ замыкается на общую точку схемы. Ключ45 срабатывает один раз в период на время, равное полупериоду выходного напряжения.При отсутствии подмагничивания силового трансформатора выходные напряжения пиковых детекторов равны между собой и обратны по знаку, Поэтому напряжение средней точки нагрузочного резистора равно нулю и не влияет на режим сумматора, При возникновении подмагничивания нарушается равенство напряжений пиковых детекторов и на средней точке их нагрузочного резистора появляется напряжение, которое в интервал, когда аналоговый ключ выключен, поступает на вход сумматора и соответствующим образом изменяет режим модулятора длительности импульсов, препятствуя подмагничиванию силовоготрансформатора 31 .Недостатки известного устройства заключаются в том; что каждый пиковый детекторвыявляет сигнал датчика тока в определенный полупериод и запоминает на время следующего полупериода, При возникновении подмагничивания выходное напряжение пиковогодетектора достигает нового значения с некоторой задержкой, которая определяется постоянной времени заряда конденсатора. Последняя не может быть установлена достаточно малой, так как необходимо сохранить напряжение на конденсаторе неизменным в те.чение последующего полупериода, Таким образом, использование пиковых детекторов вноситв контур регулирования, препятствующий подмагничиванию, инерционность.Аналоговый ключ пропускает информациюо подмагничивании на вход сумматора в течение только одного полупериода, тогда, когда он разомкнут. Поэтому если подмагничивание началось в тот полупериод, когда ключзамкнут, то регулятор сможет отреагироватьна него не раньше, чем в следующий полупериод. Поэтому использование аналогового ключа вносит задержку на один полупериод.Использование сумматора вносит существенную инерционность в работу схемы, так какявляясь одновременно усилителем основногоконтура регулирования, он должен обладать.инерционностью, обеспечивающей устойчивостьустройства,Как следует из изложенного, известное, уст.ройство обладает сушественной инерционностьюи не может препятствовать подмагничиваниюнепосредственно в процессе его развития. Поэтому при появлении подмагничивания черезтранзисторы инвертора могут протекать не.которое время экстра-токи, снижающие надежность устройства.Цель изобретения - повышение надежностиза счет снижения величины экстра-токов, протекающих через транзисторы путем уменьшения подмагничивания трансформатора.Поставленная цель достигается тем, что вдвухтактном преобразователе напряжения,содержащем двухтактный усилитель мощностис выходным трансформагором, включающийв себя датчик тока намагничивания, подключенный к узлу защиты от несимметрии, связанному с блоком логической обработкиуправляющих сигналов, соединенным с задающим генератором и широтно-импульсным моду.лятором, узел защиты от несимметрии выполнен в виде выпрямителя, входом подключенного к выходу датчика тока намагничивания,а выходом через пороговый узел - к одному5 9821нз входов ВЗ-триггера, другой вход которогоподсоединен к выходу заДающего генератора,а выход - к первому входу логическогоэлемента И, второй вход которого подключен к выходу широтно-импульсного модуля-, утора, а выход - к узлу логической обработки управляющих сигналов.На фиг. 1 изображена электрическая схемаустройства, выполненного средней точкой (причем устройство может быть использовано и 1 Рв случае мостового статического преобразователя); на фиг, 2 - временные диаграммы напряжений в характерных точках схемы,Силовые транзисторы 1 двухтактного ста тического преобразователя подключены к соот ветствующим первичным полуобмоткам 2 выходного трансформатора 3. Вторые концыэтих полуобмоток подключены каждая к от-дельной полуобмотке 4,датчика 5 намагничивающего тока выходного трансформатора 3. ЗРРазноименные концы первичных полуобмоток 4соединены с источником питания, В цепь вторичной обмотки 6 выходного трансформатора3 последовательно включена обмотка 7 датчика 5 намагничивающего тока 1 при этом поляр.2ности включения обмоток показаны на чер.теже). Измерительная обмотка 8 датчика 5нагружена на резистор 9 и подключена ковходу выпрямителя 10 датчика тока намагничивания выходного трансформатора 3. ЗРВыход выпрямителя 10 соединен с входомпорогового элемента 11, выход которогоподключен к нулевому входу (В-входу) ВЗтриггера 12. Его единичный вход З-вход)соединен с выходом задающего генератора13 и синхронизирующим входом модулятора14 длительности импульсов (в том случае,если он имеется в схеме). Прямой выход(О.выход) ВЗ-триггера соединен с одним извходов логического элемента 15 И, второй;вход которого соединен с выходом модулятора 14 длительности импульсов, а выход -с входом узла 16 логической обработки управляющих сигналов. Выходы этого узла соединены с базами силовых транзисторов 1. Прииспользовании в устройстве мостового усилителя видоизменяется исполнение узла 16 ло.гической обработки управляющих сигналов,причем структура устройства остается неиз.менной,МЦелевое назначение узла 16 в двухтактномусилителе состоит в селекции управляющегосигнала по полупериодам и формировании входного сигнала на предоконечный каскад усилителя. В зависимости от принятой структурыуправления схема узла логической обработкиЯможет быть различна. Например, в слущеусилителя со средней точкой, аналогичномуизображенному на фиг. 1, в состав узла 16 входит триггер и две ячейки И - НЕ, Сигналзадающего генератора подается на счетныйвход триггера, а его выходы включены наодни из входов логических элементов, иввторые входы подается сигнал с выхода модулятора после коррекции его устройствомзащиты от подмагничивания; так как с выходаэлемента 15.Устройство может быль исполь.зовано и при построении нерегулируемогостатического преобразователя. В этом слуееотпадает необходимость использования модуля.тора 14 длительности импульсов и установкидополнительного логического элемента 15.При этом. узел 16 логической обработки уп 11 авляющих сигналов должен быть соединен иепо.средственно с прямым выходом ВЗ-триггера 12.В остальном структура устройства остаетсябез изменения,На фнг. 2 обозначено; выходное напряжение17 задающего генератора 13, выходное нацряжение модулятора 14 длительности импульсов,выходное напряжение 19 выпрямителя 10 датяка 5 намагничивающего тока трансформатора 3, уровень,20 переключения пороговогоэлемента 11, выходное напряжение 21. порогового элемента 11, выходное напряжение 22О - выхода ВЗ-триггера 12, выходное иапря.жение .23 логического элемента 15, 1, 1 зсоответственно, моменты включения и выключения порогового элемента 11, ь - длительность импульса.Принцип работы преобразователя заключается в следующем.В момент прохождения прямого фронтав выходном напряжении 18 задающего генератора 13 происходит включение импульсанапряжения на выходе модулятора 14 кривая 18). Предполагается, что в схеме используется ВЗ-триггер с инверсным управлением, Поэтому в момент прохождения обратного фронта в выходном напряжении 17 напрямом выходе О ВЗ-триггера 12 появляетсяединичное напряжение (кривая 22),Отношение витков обмоток 4 и 7 трансформатора 5 выбирается равным отношениювитков обмоток 2 н 6 трансформатора 3.Обмотки 4 и 7 включены встречно, поэтомупо измерительной обмотке 8 датчика 5 внормальном режиме протекает ток, пропорциональный току намагничивания выходноготрансформатора 3, который на резисторе 9создает соответствующее падение напряжения.Это напряжение, после детектирования выпрямителем 10, показано на кривой 19. Внормальном режиме амплитуда этого напряжения не превышает уровень 20 переключенияпорогового элемента 1. Поэтому на выходепорогового элемента 11 в нормальном режиме поддерживается единичное напряжение7 9821 21, При этом триггер 12 находится в состоя- нии, когда на его прямом выходе имеется единичное напряжение (кривая 22). Это напряжение подается на один иэ,входов логического элемента 15 и не препятствует нор мальному прохождению сигнала модулятора 14 на вход узла 16 логической обработки управляемых сигналов (кривая, 23), что обеспечивает нормальную длительность импульса.При возникновении подмагничивания выход ного трансформатора 3 возрастает нескомпен. сированная вторичным полем часть поля намагничивания первичных обмоток 4 трансформатора 5 намагничивающего тока. На резисторе 9 и соответственно на выходе выпрямителя 15 10 датчика тока намагничивания возрастает г - Щ .напряжение. В момент т, оно достигает уровня 20 переключения порогового элемента 11. Последний срабатывает, на его выходе появляется нулевой сигнал (кривая 21), который 26 вызывает опрокидывание триггера 12. На его прямом выходе появляется нулевое напряжение (кривая 22), которое препятствует прохождению отпирающего сигнала от модулятора 14 в узел 16 логической обработ ки управляющих сигналов. На выходе логического элемента 15 в момент т, появляет. ся нулевой уровень (кривая 23), вызывающий выключение соответствующего силового транзистора 1, Тем самым прекращается процесс щ намагничивания сердечника трансформатора 3, его ток намагничивания и соответствующее ему напряжение выпрямителя 10 датчика намагничиваюшего тока снижается (см. кри. вую 19). Длительность импульса Ти оказывается меньшей величины, чем при отсутствии подмагничивания, В. момент т напряжение выпрямителя,10 (кривая 19) пересекает уровень переключения 20 порогового элемента 11. Он переключается, и на его выходе восстанавливается единичное напряжение (кривая 21). Переключение же триггера 12 происходит в момент прохождения обратного фронта в выходном напряжении задающего генератора 13 (кривая 17) . Поэтому к началу импульса последующего полупериода схема возвращается в исходное состояние и длительность импульса ьв этом полупериоде будет нормальной величины.Разница между амплитудой напряжения датчика намагничивающего тока (кривая 19) и уровнем 20 переключения порогового элемен. та 11 может быть выбрана, весьма малой, По 61 8этому чувствительность предлагаемого устройства к отклонениям от нормального режимаперемагничивания оказывается очень высокой,Устройство вступает в работу в самом начале процесса намагничивания, препятствуетего развитию и способствует восстановлениюнормального режима.Предотвращение подмагничивания в двух.тактном усилителе мощности способствуетповышению его надежности, так как исключается возникновение экстра-токов через силовые транзисторы, Чем выше чувствительность устройства, предотвращающего подмагиичивание, к отклонениям намагничивающеготока силового трансформатора, тем меньшепревышение над нормальным уровнем у коллекторных токов силовых транзисторов, темвыше надежность преобразователя.%Формула изобретенияДвухтактный преобразователь напряжения, содержащий двухтактный усилитель мощности с выходным трансформатором, включающий в себя датчик тока намагничивания,подключенный к узлу зашиты от несимметтщи, связанному с блоком логической обработки управляющих сигналов, соединенным сзадающим генератором и широтно-импульсныммодулятором, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения надежности засчет снижения величин экстра. токов, протекающих через транзисторы преобразователя путемуменьшения подмагничивания трансформатора,узел зашиты от несимметрии выполнен в виде выпрямителя, входом подключенного квыходу датчика тока намагничивания, а выходом через пороговый узел - к одномуиз входов ЙВ-триггера, другой вход которогоподсоединен к выходу задающего генератора,а выход - к первому входу логическогоэлемента И, второй вход которого подключенк выходу широтно-импульсного модулятора,а выход - к узлу логической обработкиуправляющих сигналов,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент США У 3859586, 321-18, 1975.2, Электронная техника в автоматике, Ме 10,М. "Советское радио", 1978, с. 127.3, Авторское свидетельство СССР Ю 649108,кл. Н 02 М 3728, 1976.Т, Ершоваекарь СоставителТехред Л К. Волощук Реда Заказ 9731/7 Подпис ВНИ митета СССР ткрытииая наб., д по 13035, иал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная, 4 Тираж 721 ИПИ Государственного делам изобретений и з Москва, Ж, Рауш