Преобразователь напряжения с защитой от перегрузок

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКРЕСПУБЛИК 9) (П 1)5 Н 02 М 3/33 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ЕЛЬСТВ ектног лектропри СР1984СР1983ИЯ С преоб пита роиств надежбеспеч коротГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР АВТОРСКОМУ СВИ(71) Сибирский завод комплоэлектропривода "Сибстанкоэвод"(72) А,Б,Немировский, А,Л.БагинскиА.А.Кромм и В,В,Куракин53) 621.314,57 (088.8)56) Авторское свидетельство СССРР 568124, кл, Н 02 М 3/335, 1977.Авторское свидетельство ССВ 1094120, кл. Н 02 М 3/335,Авторское свидетельство ССФ 1010708, кл. Н 02 М 3/335,(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНЗАЩИТОЙ ОТ ПЕРЕГРУЗОК(57) Изобретение относится кзовательной технике и может бытьиспользовано в системах электрония различных электронных устЦель изобретения - повышениености преобразователя путем ония защиты при перегрузках и ких замыканиях независимо от их продолжительности, При перегрузке по току на выходе преобразователя сигнал датчика тока 5 превышает пороговый уровень на выходе схемы 9, что приводит к блокированию выходов 1 и 2 блока коммутации 3 и появлению сигналов. управления на его выходе, которые коммутируют дополнительный транзистор схемы 7. Одновременно с этим происходит уменьшение порогового . уровня на выходе схемы 9. В аварийном режиме сигнал с датчика тока 5 (который уменьшен наличием резистора в схеме 7) сравнивается с уменьшенным пороговым уровнем на выходе схемы 9 и при наличии перегрузки через узлы 8, 10 и 3 транзисторы инвертора 4 поддерживаются в закрытом состоянии (при непрерывном контроле нали. чия перегрузки). После устранения перегрузки устройство переходит в нормальный режим работы. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.1585884 Изобретение относится к преобра - зовательной технике и может быть использовано в системах электропитания различных электронных устройств,Цель изобретения - повышение на. - дежности преобразователя путем обеспечения защиты при перегрузках и коротких замыканиях независимо от их продолжительности. 1 ОНа фиг, 1 приведена схема устрой - ства 1 на фиг. 2 - схемная реализация блока коммутации; на фиг. 3 - эпюры, поясняющие работу преобразователя.Устройство содержит задающий ге в 15 нератор 1, схему управления 2, блок коммутации 3, двухтактный транзисторный инвертор 4 с трансформаторным выходом, датчик .тока 5, нагрузку 6, схему коммутации тока перегрузки 7, 20 формирователь импульса перегрузки 8, схему переключения порога срабатывания 9, формирователь логического сигнала режима работы 10. Выход задающего генератора 1 соединен с входом схемы управления 2, подключенной первым и вторым выходами к входам блока коммутации 3. Выходы блока коммутации 3 соединены с,цвумя входами инвертора 4, соединенного с датчиком 30 тока 5 и выходом - с нагрузкой 6. Выход 3 блока коммутации 3 подключен к упраВляющему входу схемы коммутации тока перегрузки 7, соединенный выходами с силовыми выводами транзистора инвертора 4, Выход датчика тока 5 со, единен с первым входом формирователя импульса перегрузки 8, подключенного вторым входом через схему переключения порога срабатывания 9 к первому 40 выходу формирователя логического сигнала режима работы 10 и четвертому входу блока коммутации 3, Входы Формирователя 10 соединены с выходом формирователя импульса перегрузки 8 и первым выходом схемы управления 2. Второй выход формирователя логического сигнала режима работы 10 соединен с третьим входом блока коммутации 3.Задающий генератор 1 (ЗГ) служит для формирования кратковременных тактовых импульсов. Схема управления 2 (СУ) предназначена для формирования входных импульсов двухтактного транзисторного инвертора 4 и управ 55 ления работой Формирователя логического сигнала режима работы 10, СУ 2 реализована в виде Т-триггера 11,выполненного на основе П-триггера(например, на микросхеме 564 ТИ 2),Прямой и инверсный выходы триггера11 являются выходами схемы СУ, 2.Блок коммутации 3 (БК) служитдля отключения выходов схемы управления 2 от основных входов инвертора4 при возникновении аварийного режима и подключения выхода СУ 2 к управляющему входу схемы коммутации токаперегрузки 7.На фиг. 2 приведена схема реализации БК 3, где 12, 13, 14 - двухвходовые логические схемы И, Первыевходы схем И 12 и 13 соединены спервым входом БК 3Первый входсхемы И 14 соединен с вторым входомБК 3, Второй вход схемы И 12 соединен с четвертым входом БК 3. Вторыевходы схем И 13 и 14 соединены стретьим входом БК 3. Выходы схемИ 12, 13 и 14 служат выходами блокакоммутации 3 соответственно,Транзисторный инвертор 4 (ТИ) с трансформаторным выходом служит для. преобразования напряжения источника постоянного напряжения в переменное и выполнен по двухтактной схеме с независимым возбуждением и выводом средней точки первичной обмотки трансформатора, к которой подключается один из выводов источника напряжения. В качестве коммутирующих в ТИ 4 установлены транзисторы 15 и 16, базы которых служат двумя основными входами ТИ 4. Трансформатор выполняется на сердечнике из материала с непрямоугольной петлей гистерезисаДатчик тока 5 (ДТ) предназначен для получения напряжения, пропорционального коллекторному току транзистора инвертора, и выполнен на измерительном резисторе 17, включенным между эмиттером транзистора 15 и общей точкой схемы, к которой подключен другой вывод источника напряжения. Для симметрии схемы ТИ 4 в эмиттер транзистора 16 включен такой же по номиналу измерительный резистор 18. Выполнение датчика тока 5 в виде резистора 17, включенного в эмиттер только одного транзистора, позволяет исключить влияние идентичности коммутирующих транзисторов 15 и 16 на уровень формируемых в ДТ 5 импульсов напряжения, определяемый в данном случае лишь параметрами транзистора 15.5 1585884Нагрузка 6 инвертора 4 может быть выполнена, например, в виде двухполупериодного выпрямителя с выходньи КС-фильтромСхема коммутации тока перегрузки 7 (СКП) предназначена для формирования напряжения на датчике тока 5 при работе преобразователя в режиме перегрузки и короткого замыкания, СКП 7 реализована в виде дополнительного транзистора 19 той же проводимости, что и коммутирующие транзисторы 15 и 16 инвертора 4.В коллекторнай цепи транзистора 19 установлен резистор 20. Величина сопротивления Й выбирается равнойдоБпН2 ок два где Е - напряжение источника питания ИТ 4;1К доп- предельно допустимое значение коллекторного токадополнительного транзистора 19.При этом транзистор 19 работает при отпирании (в ключевом режиме) в области насыщения, что обеспечивает высокую чувствительность датчика тока 5 и температурную стабильность его выходного напряжения. Для обеспечения ключевого режима транзистора 19 выбирается соответствующий ток базы,Второй конец резистора 20 и эмиттер дополнительного транзистора 19 являются соответственно выходами СКП 7. База транзистора 19 является управляющим входом СКП 7.Формирователь импульса перегрузки 8 (ФИП) служит для формирования. на его выходе перепада напряжения при превышении сигналом на выходе ДТ 5 порога срабатывания формирователя. ФИП 8 может быть выполнен по схемекомпаратора, например на микросхеме типа 521 САЗ, имеющей два сигнальных входа.Алгоритмы работы ФИП 8 описываются уравнением П 8"1" при П 8 х Э П1 l 0 при 0 п18 хСхема переключения порога срабатывания 9 (СПП) предназначена для изменения порога срабатывания форми. рователя импульса перегрузки 8 при 1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 55 переходе преобразователя из рабочегов аварийный режим работы и из аварийно.о - в рабочий. Необходимость в изменении порога объясняется тем,что ДТ 5 запитывается в рабочем режиме коллекторным током, протекающимчерез полчобмотку трансформатораИТ 4 и транзистор 15, а в аварийномрежиме - коллекторным током транзистора 19, протекающим, через эту женолуобмотку трансформатора и дополнительный резистор 20. Поэтомутаку перегрузки при аварийном режиме (после переключения ДТ 5 с транзистора 15 и на 19) соответствуетнапряжение П в К раз меньше, чемП в рабочем режиме.п/Этим объясняется необходимостьсоответственного уменьшения порогового уровня в аварийном режиме.Схема реализации СПП 9 приведенана фиг. 1, где 21-23 - делитель опорного напряжения на резисторах, 24 -транзисторный ключ, Резисторы 21-23соединены последовательно и подключены к источнику опорного напряжеБопТочка соединения резисторов 21 и22 служит выходом СПП 9, Ключ 24подключен параллельно резистору 23,База ключа 24 является управляющимвходам СПП 9. Ключ 24 служит дляшунтирования резистора 23 при подачена вход уровня "1" и изменения темсамым коэффициента деления опорногонапряжения,Формирователь логического сигналарежима работы 10 (ФЛС) предназначендля формирования на его выходах логических сигналов "1" в течение длительного аварийного и рабочего режимов преобразователя соответственно.Формирователь 10 реализован на0-триггере 25 (например, микросхеметипа 564 ТМ 2), работающем в синхронном режиме, Вход ФЛС 10 соединен через однавибратор 26 и схему НЕ 27с С-входом 0-триггера 25.Одновибратор 26 служит для устранения влияния на точность формирования логического сигнала режима работыкоммутационного выброса коллекторного тока в момент насыщения трансформатора ИТ 4. Для этого длительностьимпульса Сц одновибратора 26 выбирается 0,7 Т, так как длительностькоммутационного выброса коллекторане превьппает 0,3 Т (Т - период повто"1" при С (( 2 Т -И-триггер 25 предназначен для Формирования логического уровня сигна.ла "1" на выходах ФЛС 10 при следующих временных соотношениях импульсов. поданных на И и С-входы:Для первого выхода:на И"О" р- 2 Т0 ( с ( где- время формирования переднего фронта импульса на Р-входе.Для второго выхода (ввиду инверсности выходов это же условие определяет формирование логического 040 на первом выходе);на И-входеПри этом согласно логике работы И-триггера логическая "1" Формируется на его прямом выходе в момент Т = 1; прихода импульса на С-вход.Работа устройства поясняется эпюрами, приведенными на Фиг, 3, где а - тактовые импульсы на выходе дающего генератора 1; б, в - импульрения тактовых импульсов ЗГ 1) . Одно- вибратор 26 может быть реализован на микросхеме типа 155 АТ 1. При срабатывании одновибратора 26 на его выходе формируется уровень "1"Логическая схема НЕ 27 инвертирует выходной сигнал одновибратора 26. Поэтому при поступлении на вход схемы НЕ 27 импульсов длительностью10с периодом повторения 2 Т на выходе схемы НЕ 27 формируются сигналы Б. с логическим уровнем "1" длительностью 1,= 2 ТИ сы на выходах схемы управления 2,г - импульсы на выходе одновибратора 26; д - импульсы на выходе схемыНЕ 27 е - сигналы на выходе датчика тока 5, ж - импульсы на выходеФормирователя импульса перегрузки 8;з - импульсы на выходе формирователяло.ического сигнала режима работы 10,и - импульсы на третьем выходе блокакоммутации 3.В исходном состоянии, соответствующем произвольному моменту временигд (Фиг.З,а) рабочего режима преобразователя, уровень напряжения на первом выходе ФЛС 10 (Р-триггера 25)равен "0" (фиг.Зз), на втором выходе - "1". Выход 3 БК 3 блокирован,поэтому сигналы на управляющем входеСКП 7 отсутствуют Фиг,Зи. ВыходыБК 3 деблокированы, поэтому выходыСУ 2 через схемы И 13 и 14 блокакоммутации 3 подключены к основнымвходам ИТ 4. Напряжение на первомвыходе СУ 2 равно "1", на втором выходе - "О" (Фиг.Зб,в). Коммутирующийтранзистор 15 открыт, коммутирующийтранзистор 16 закрыт, Дополнительныйтранзистор 19 заперт. Ключ 24 (фиг.1)заперт. На выходе СПП 9 сформировануровень напряжения, соответствующийрабочему режиму Й),На выходе одновибратора 26 формируются импульсы (фиг. Зг) й , Уровеньнапряжения на выходе 9 (Б ) выбираП 1ется равным напряжению Ина резисторе 17 датчика тока 5, Формируемомув момент= г. при предельно допусИтимом значении тока в нагрузке б инвертора 4 (предельно допустимая перегрузка). Так, например, если припредельно допустимой перегрузке коллекторный ток транзистора 15 равен200 мА, К = З.Ом, уровень Б и= 0,6 В.Напряжение на ДТ 5 при с = С, ниже уровня И я, (фиг,Зе),В момент С, = , на выходе схемыНЕ 27 формируется импульс "1" длительностью 2 Т - и, поступающий наС-вход триггера 25 (фиг.Зд). Присравнении О в с уровнем И я (фиг,Зе)ав момент 11 на выходе компаратораФИП 8 формируется импульс "1"(фиг,Зж), поступающий на И-входтриггера 25. Так как Е, т.е,сигнал на Р-вход триггера 5 поступает позже импульса на С-входе,Р-триггер согласно алгоритму его ра 1585884боты остается в прежнем состоянии (информация в триггер 25 не записывается), Напряжение на выходе ФЛС 10 (триггера 25) равно 0". Поэтому преобразователь остается в рабочем режи 5 ме.Предположим что в некоторый момент " (Т (( 1:э) происходит35перегрузка инвертора 4 по току пре10 вышающая предельно допустимую величину - начало аварийного режима. Вследствие этого напряжение Пна датчике тока 5 (фиг.Зе) превышает пороговый уровень Пп в момент( с. На выходе ФИП 8 в моментформируется импульс 1" (фиг.Зж), Так как при этом импульс на 0-вход триггера 25 поступает раньше, чем появляется уровень "1" на С-входе,20 на первом вьгходе ФЛС 10 формируется "1" (фиг.Зз), На втором выходе ФЛС 10 устанавливается уровень "0", Появление "1" на четвертом входе БК 3 деблокирует третий выход БК 3, 25 появление "0" на третьем входе БК 3 блокирует БК 3 по выходам. Кроме того, появление "1" на управляющем входе СПП 9 открывает ключ 24, который шунтирует резистор 23, Напряжение на выходе СКП 9 уменьшается до уровня Но1Деблокирование третьего выхода БК 3 приводит к тому, что на его третьем выходе и соединенном с ним35 управляющем входе СКП 7 начинают формироваться импульсы, определяемые логическими уровнями сигналов на первом входе БК 3 (фиг,Зи). На основныхвходах инвертора 4 устанавливаются 40 нулевые уровни сигналов. Поэтому коммутирующие транзисторы 15 и 16 запираются. При появлении "1" на управляющем входе транзистора 19 (интервалы времени г.6, 1,-) он открыва ется и на выходе датчика тока 5 формируются импульсы напряжения (фиг,Зе), амплитуда которых П оказывается3 юпропорциональной току перегрузки.В аварийном режиме при равенстве напряжения 0 на первом входе и501на втором входе, на выходе компаратора ФИН 8 формируются импульсы (фиг.Зж), возникающие в моменты времени Т 6, " интеРвалов(фиг.За). Длительность импульсов равБ 6 7ны Т - С 6Т - г При этом моменты( /появления передних фронтов соответствующих импульсов на 0-входе триггера 25 находятся внутри временного интервала С: 0 (С ( Т,т,е. соотношение времени поступления импульсов на входы ФЛС 10 остается таким же, как при возникновении аварийного режима. Поэтому на первом выходе ФЛС 10 сохраняется уровень логической "1".Предположим, что аварийный режим оканчивается в момент времени9 (фиг,За) . Снижение перегрузки ниже предельно допустимого уровня приводит к уменьшению напряжения на выход:. ДТ 5 (интервал Г -Т ),Сигнал на первом входе ФИП 8 становится меньше уровня 0 д на втором( входе (фиг. бд) . Поэтому момент равенства входных напряжений при возникновении на ДТ 5 коммутационного гыброса тока оказывается вне интервала 0-,:и ( г. ,Т. На выходе ФИП 8 в моментформируется им 1 Спульс "1" (фиг.Зж) поступающий на П-вход триггера 25. Так как) 1 т.е. сигнал на1 ОП-вход поступает позже импульса на С-входе (фиг.Зд), П-триггер 25 согласно алгоритму его работы меняет состояние и на первом выходе ФЛС 10 устанавливается уровень "0", на второ: выходе - "1" (фиг.За). Происходит гереход из аварийного режима рабо гы преобразователя в рабочий. Появление "0" на четвертом входе БК 3 блокирует третий выход .БК 3, на котором устанавливается уровень "0". Дополнительный транзистор 19 схемы СКП 7 запирается. Кроме того, апирается ключ 24. На выходе СПП 9 устанавливается уровень 0 п,Появление "1" на третьем входе БК 3 деблокирует БК 3 по выходам. Поэтому с выходов СУ 2 импульсы поступают на сс 2 овные входы инвертора 4. На выходе ДТ 5 в области-г. фсрми п И руется напряжение, уровень которого в интервале времени 0-с оказываетсяйменьше П, При сравнении Пс 0гп я, (фиг. Зе) в момент С,формируется имАпульс на выходе компаратора, ФИП 8 (фиг.Зж), поступающий на П-вход триггера 25. Так как) й то по1 г И аналогии с рассмотренным случаем(г. ) ,) преобразователь остается в рабочем режиме.Таким образом, данное устройство пс сравнению с известным позволяетобеспечить надежную работу преобразователя при возникновении перегрузок и коротких замыканий независимоот их длительности. При этом имеетсявозможность регулировки уровня предельно допустимого тока перегрузки,при превышении которого срабатываетзащита преобразователя, возвращаю -щая его в рабочий режим после уменьшения перегрузки.формула изобретения Преобразователь напряжения с защитой от перегрузок, содержап;ий 15 двухтактный транзисторный инвертор с трансформаторным выходом, блок коммутации с тремя входами и двумя выходами, формирователь логического сигнала режима работы с двумя входами 20 и прямым и инверсным выходами, датчик тока, включенный в эмиттерную цепь первого транзистора инвертора, схему управления, соединенную входом с выходом задающего генератора, а 25 двумя выходами - с первым и вторым входами блока коммутации, подсоединенного первым и вторым выходами к управляющим входам транзисторов инвертора, а также формирователь импульса перегрузки, соединенный первым входом с датчиком тока, а выходом подключенный к первому входу формирователя логического сигнала режима работы, инверсный выход которого соединен с третьим входом блока коммута -ции, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения надежности преобразователя путем обеспечения защиты при перегрузках и коротких замыканиях независимо от их продолжительности, в него введены схема коммутации тока перегрузки, схема переключения порога срабатывания, блок коммутации снабжен четвертым входом и третьим выходом, а формирователь импульса перегрузки снабжен вторым входом, причем схема коммутации тока перегрузки подключена выходными выводами к силовым выводам первого транзистора инвертора, а ее управляющий вход - к третьему выходу блока коммутации, вход схемы переключения порога срабатывания подключен к четвертому входу блока коммутации, а выход - к второму входу формирователя импульсов перегрузки, второй вход формирователя логического сигнала режима работы соединен с первым выходом схемы управления, а его прямой выход - с четвертым входом блока коммутации.2, Преобразователь по п.1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что схема коммутации. тока перегрузки выполнена в виде последовательно соединенных резистора и дополнительного транзистора, базовый вывод которогоявляется управляющим входом, а эмиттерный вывод и вывод резистора - выходными выводами.585884 Составитель И.Войтовиедактор Н.Швыдкая Техред Л.Сердокова Корректор С.Ш изводственно-издательский комбинат "Патент", г, Уж ул, Гагарина, 1 О Заказ ВНИИПИ 31 Тираж 501 Подписноесударственного комитета по изобретениям и открьггиям при ГКНТ СЧСР113035, Москва, Ж, Раушская наб д, 4(5