Преобразователь постоянного напряжения

 

Изобретение относится к технике преобразования параметров электрической энергии и предназначено для использования в различных электрических установках, где требуется автоматический контроль исправности, Целью изобретения является повыше-,.

„„SU„„1451056 А 1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5t) 4 Н 02 И 7/122; Н 02 И 3/335

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4187034/24-07 (22) 28.01 87 (46) 07.02,89. Бюл, 11) 5 (72) В.Н.Скачко (53) 621.314.57 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

1)) 1048463) кл. G 05 F 1/04) 1983.

Патент CHlA 11 4471422, кл. Н 02 Н 7/122, 1984.

) (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к технике преобразования параметров электрической энергии и предназначено для использования в различных электрических установках, где требуется автоматический контроль исправности, Целью изобретения является повыше- .

1457056 ние надежности и точности срабатывания защиты от перегрузки. Преобразователь, содержит задающий генератор 1, два триггера 3,4, два предварительных усилителя, подключенных " к выходам триггеров, двухтактный усилитель мощности 7,8, нагруженный на выходной трансформатор 17, а также разделительный трансформатор 15,, включенный первичной обмоткой между выходами предварительных усилителей, а вторичными — к база-эмиттерным переходам транзисторов усилителя мощности.. Первый триггер 3 выполнен счетным, второй 4 IK-триггером, а задающий генератор 1 « генератором парных импульсов, работающим с боль» шой скважностью. Задающий генератор по своему первому выходу через узел контроля состояний входов IKтриггера 21 и формирователь импульсов синхронизации 25 первого триггера воздействует на счетные входы обоих триггеров, переключая первый триггер и приводя второй триггер в то же состояние, которое принимает первый триггер, что обусловлено гальваниИзобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при разработке источников электропитания радиоэлектронной аппаратуры.

Цель изобретения — повьппение надежности и точности срабатывания защиты.

На фиг. 1 представлена схема пред- 10 лагаемого преобразователя; на фиг. 2— схема его устройства защиты от неисправностей; на фиг. 3 — эпюры напряжений в характерных точках схемы. 15

Преобразователь содержит задающий генератор 1 парных импульсов с двумя вьгхадами, первый триггер 2 (счетный), в тарой 3 — IK-триггер первый 4 вто20 рай 5 и третий 6 резисторы, первый

7 и второй 8 одинаковые предварительные усилители, состоящие из транзисторов 9 и 10 противоположного типа проводимости и резисторов 11-.14, разческими связями прямого и инверсного выходов первого триггера с входами I и К второго триггера. С второго выхода задающего генератора 1 импульсы подаются на формирователь импульсов синхронизации 35 второго триггера и на узел защиты 19 и, если неисправности нет, а само устройство находится в исправном состоянии, то благодаря тому, что выход узла реверсирования 26 подключен через диоды параллельно входам Т и К второго триггера, импульсы реверсирования приводят второй триггер в асинхронное состояние с первым триггером и на усилитель мощности выдается очередной полупериод управляюще- го напряжения, длящийся до появления следующего синхронизирующего импуль" са. Затем снова следуют установка обоих триггеров в синхронное состояние, проверка устройства защиты от неисправности, при ее положительном результате — следующий полупериод управляющего напряжения на усилитель мощности и т.д. 5 з.п,ф-лы, 3 ил. делительный трансформатор 15, двухтактный усилитель 16 мощности, выходной трансформатор 17, выпрямитель

18, узел 19 защиты, диодный выпрямительный мост 20, узел 21 контроля состояний входов IK-триггера, состоящий из транзистора 22, резистора

23 и импульсного трансформатора 24, формирователь 25 импульсов синхронизации первого триггера и узел 26 реверсиравания, каждый из которых состоит .из одновибратора 27 на транзисторах 28 и 29, резисторах 3032 и конденсаторе 33 и из третьего транзистора 34, формирователь 35 импульсов синхронизации второго триггера с транзистором,36 и резистором

37.

Одноименные выходы триггеров 2 и 3 подключены к входам предварительных усилителей 7 и 8. Между выходами этих усилителей и выводами для подключения потребителя включены

1457056 последовательно соединенные разделительный трансформатор 15, двухтактный усилитель 16 мощности, выходной трансформатор 17, выпрямитель 18 .и

5 узел 19 защиты. Первый выход задающего генератора 1 подключен к первому входу узла 21 контроля состояний входов IK-триггера. Прямой и инверсный выходы счетного триггера 2 через резисторы 4 и 5 подключены соот ветственно к входам I u K второго триггера и через диодный выпрями-. тельный мост 20 к второму входу узла

21 KOHTpOJIH COCTOHHHH BXOpOB IKTpHF гера. Выход этого узла подключен к входу формирователя 25 импульсов синхронизации первого триггера, выход которого подключен к входу триггера 2, а через резистор 6 также к счетному входу триггера 3 и к выхо-, ду формирователя 35 импульсов синхронизации второго триггера. Второй выход задающего генератора 1 подключен к входу формирователя 35 импульсов синхронизации второго триггера и к входу зондирующих импульсов узла 19 защиты, 1

Связь выхода зондирующих импульсов узла 19 с входом узла 26 реверсирования осуществляется непосредственно либо через какое-либо дополнительное устройство контроля по другим параметрам. В предлагаемом преобразователе выход зондирующих им пульсов узла 19 защиты через узел

26 реверсирования подключен к одному из выходных выводов (в данном случае отрицательной полярности) диодного выпрямительного моста 20.

В каждом предварительном усилителе 7, 8 .коллекторы транзисторов 9 и 10 противоположного типа проводимости соединены между собой, образуя выход усилителя, эмиттеры подключены к тем же цепям питания, с которыми соединены входы питания обойх триггеров, резисторы 11 и 12, 12 и 13, 13 и 14 соединены соответственно с базой транзистора 9, с входом усилителя и с базой транзистора

10. В узле 2 1 контроля состояний входов IK-триггера первый вход через резистор 23 подключен к базоэмиттерному переходу транзистора 22. его переход коллектор-эмиттер последовательно с первичной обмоткой импульсного трансформатора 24 подключен к второму входу узла 21, 25

В формирователе 25 импульсов синхронизации первого триггера и узле

26 реверсирования входные выводы подключены к коллектору транзистора

28 и базе транзисторов 29. Между эмиттерами транзисторов 28 и 29 последовательно включены базоэмиттерный переход транзистора 34 и резисторы 30 и 31„ причем параллельно обоим резисторам подсоединен конден" сатор 33, а общая точка резисторов подключена к одной из шин питания и базе транзистора. 28, коллектор транзистора 29 подключен к противоположной шине питания и через резистор 32 — к коллектору транзистора

28. Выходными выводами являются коллектор транзистора 34 и одна иэ шин питания.

В формирователе 35 импульсов синхронизации второго триггера вхоцные выводы через резистор 37 подключены к баэоэмиттерному переходу транзистора 36. Коллектор этого транзистора соединен с выходным. выводом формирователя, В узле 19 защиты (см,фиг.2) к датчику 38 тока подключен пороговый элемент 39, состоящий из транзистора 40 и резистора 41, через.который базоэмиттерный переход транзистора 40 подключен к датчику тока 38. К базе транзистора через резистор 42 и конденсатор 43 подключен второй выход задающего генератора 1. К коллектору транзистора 40 подключен нагрузочный резистор 44 и первичная обмотка импульсного трансформатора 45,.

Вторичная обмотка этого трансформатора соединена с входом узла 26 реверсирования.

На фиг. 3 представлены эпюры: 46на первом выходе задающего генера-. тора 1; 47 — на .втором выходе задающего генератора; 48 - на выходе узла

21 контроля состояний ?К-триггера;

49 - на выходе формирователя 25 импульсов синхронизации первого. триггера; 50 — на выходе формирователя

35 импульсов синхронизации второго триггера; 51 — на выходе зондирующих импульсов узла 19 защиты; 52— на выходе узла- 26 реверсирования, 53 - на прямом выходе счетного триггера 2; 54 — на инверсном выходе

IK-триггера 3; 55 — на вторичной обмотке трансформатора 17.

На этой же фиг.3 показано видоизменение эгпор 51, 52, 54 и 55 при

14570 появлении неисправности (остальные эпюры остаются беэ изменений).

Преобразователь работает следующим образом.

Напряжение возбуждения на вход усилителя 16 мощности может подаваться только тогда, когда состояния триггеров 2 и 3, изменяясь с частотой импульсов задающего генератора

1,, будут различны между собой, IKтриггер 3 во время воздействия на оба триггера синхрониэирующего импульса принимает такое же состояние, в которое переходит счетный триггер 2 от каждого тактового импульса. В режиме синхронной работы от импульсов синхронизации выходное напряжение трансформатора 15 отсутствует. Оно формируется только если во время.

20 действия импульса на счетном входе триггера 3 его входы I и К окажутся. закороченными. Это объясняется тем, что. IK-триггер при появлении на входах I и К одинакового потенциала (О или 1) изменяет свое состояние на противоположное — независимо от предшествующего состояния. Для асинхронного переключения триггера 3 (ре-, версирования) производится выравни" у» ванне потенциалов входов Т и К с помощью узла 26 реверсирования, управляемого реверсирующими импульсами. Так как существует вероятность неисправностей, при которых на обо35 их входах IK-триггера 3 будет одинаковый потенциал без воздействия импульсов реверсирования, то, чтобы исключить несанкционированную асинхронную работу обоих триггеров в этом случае, применен узел 21 контроля состояния входов ТК-триггера, который, будучи подключенным к обоим входам XK-триггера 3, получает питание и может выполнять свои функ45 ции только при наличии разницы потенциалов между входами Т::и К триггера 3.

Импульсы задающего генератора 1 (фиг.3, эпюра 46) постоянно посту- 5р пают на первый вход узла 21 контроля состояний входов IK-триггера и если эти состоянии различны„ то существует напряжение на втором входе указанного узла и вырабатываются . импульсы (эпюры 48), прикладываемые через формирователь 25 импульсов син": хронизации первого триггера на счетные входы обоих триггеров: непосред56 6 ственно к триггеру 2 (эпюра 49) и через резистор 6 — к триггеру 3, Присутствие на входах триггеров одних только импульсов синхронизации обуславливает их синхронную работу (и отсутствие напряжения возбуждения на усилитель мощности) .

Воздействие сдвинутого импульса

47 с второго входа задающего генератора 1 на формирователь 35 импульсов синхронизации второго триггера приводит к образованию вырезки в импульсе 49: из него вычитается импульс 47, Импульс 50 для синхронизации второго триггера получается . двойной с тем, чтобы от первого импульса достигнуть-,синхронного состояния триггеров, а от второго - реверс второго триггера, если он будет подготовлен к этому по входам

I и К,.

Одновременно импульсы 47, снимаемые с второго выхода задающего генератора 1, поступают также на узел 19 защиты. Ток потребителя проходит через резистор-датчик 38 тока и если ток не превьш1ает порогового значения, транзистор 40 закрыт, открываясь кратковременно только от импульсов 47, Возникают импульсы в коллекторной цепи транзистора (эпюра 51), сообщаемые на вход узла 26 реверсирования. Вследствие перегрузки транзистор открывается от падения напряжения на датчика 38 тока и импульсы на коллекторе транзистора по мере приближения к состоянию на-.. сыщения больше не возникают, так как. импульсы от генератора 1 способны открывать транзистор, а он и так уже открыт.

На периоде отсутствия перегрузки импульсы, проходя через узел 19 защиты, проверяют это устройство и достигают выхода устройства только при исправности всех его элементов.

Прерывание импульсов может иметь место из-за неисправностей и из-sa случившейся перегрузки но току потребителя. При положительном результате проверки узла 19. защиты импульсы

51 с его выхода прикладываются к входу узла 26 реверсирования. В этом узле открывается транзистор 34, который через диоды моста 20 соединяет оба входа триггера 3 с шиной питания схемы, выравнивания с. точностью до величины падения на диоде и тран14570

45

А эисторах 28 и 34 потенциалы обоих входов IK-триггеров 3. В присутствии второго импульса синхронизации 50 (следующего по окончании импульса 47)

5 он изменяет свое состояние на противоположное тому, которое он принял при синхронном переключении со. счетным триггером, Со следующим импульсом задающего генератора 1 снова про- 10 изводится проверка разобщенности обоих входов IK-триггера 3 и, если таковая налицо, то узел 2 1 контроля состояний входов IK-триггера форми-. рует последующий импульс синхронизации, который после обработки форми-. рователем 25 переключает триггер 2.

IK-триггер 3 при этом не переключается: по поступлении на него импульса синхронизации он приобретает воэможность переключиться, но поскольку его состояние при предшествующем реверсировании стало соответствовать тому, которое принял счетный триггер

2 от последующего импульса синхро- 25 низации,он продолжает сохранять свое прежнее состояние, теперь уже .синхронное со счетным триггером 2..Да-. лее следует импульс реверсирования, переключающий триггер 3.

Оба триггера до следующего импуль. са синхронизации удерживаются в асинхронном состоянии. На усилитель

16 мощности поступает (эпюра 55) очередной полупериод прямоугольного нанряжения, активизирующий плечо усилителя мощности, для которого он соответствует состоянию проводимости. Затем следующий импульс синхронизации прерывает этот полупериод, а с приходом следующего импульса реверсирования формируется новый полупериод прямоугольного напряжения. Работает противоположное плечо усилителя мощности и т.д.

Таким образом, в преобразователе не может возникнуть ситуации, при которой иэ-за отказа какого-либо . узла или элемента отключится защита без проявления признаков случившейся неисправности. Способность к самозащите гарантируется наличием выходного напряжения. Прекращение работы узла 21 контроля состояний входов IK-триггера или самопроизвольный переход к тождественным состоя- ниям обоих входов лишает инвертор синхронизирующих импульсов, из-за чего оба триггера останавливаются,.

56 8 а потеря работоспособности узла 19 защиты от неисправностей (независимо от причин) или узла 26 реверсирования приводит оба триггера к синхронной работе и, следовательно, срыву возбуждения усилителя 16 мощности (фиг.3 видоизмененные для этого случая эпюры 51,52,54 и 55).

Повышение точности порога срабатывания защиты происходит за счет метрологического обеспечения узла 19 защиты, в котором любому уровню нагрузки (перегрузки) соответствует определенное напряжение, сравниваемое с известным пороговым значением, которое искусственно превышает я в моменты зондирования.

Имеющийся небольшой временной сдвиг между синхрониэирующими и реверсируюшими импульсами (на время между началом первого импульса задающего генератора и окончанием второго) обуславливает естественную паузу (эпюра 55) между сменой полупериодов в напряжении возбуждения усилителя мощности, благодаря чему уменьшаются, токи перекрытия транзисторов усилителя мощности или они исчезают совсем, если время выключения этих транзисторов меньше указанного временного сдвига, Формула изобретения

1. Преобразователь постоянного напряжения, содержащий двухтактный транзисторный усилитель мощности с выходным трансформатором и выходным выпрямителем, причем базы транзисторов усилителя мощности связаны с выходом предварительных усилителей, выполненных на двух транзисторах и четырех резисторах, входы которых подключены к выходам первого и второго. триггеров, задающий генератор, выходом связанный с одним из входов триггеров, а также узел защиты от неисправностеи, выход которого связан с входом одного из триггеров, а вход — с .выходом преобразователя, отличающийся тем, что, с целью повышения надежно" сти и точности срабатывания защиты преобразователя, задающий генератор выполнен в виде генератора парных импульсов, первый триггер выполнен в виде счетного триггера, а второй - в виде IK-триггера, введены диодный вы9 14 прямительный мост, узел контроля состояний ХК-триггера, формирователи импульсов синхронизации первого и вто рого триггеров, узел реверсирования и разделительный трансформатор, первичная обмотка которого подключена к выходам предварительных усилителей, а вторичная — к управляющим входам усилителя мощности, при этом к первому выходу задающего генератора подключен первый вход узла контроля . состояний IK-триггера, второй вход которого подключен к диагонали по-.. стоянного тока выпрямительного моста, диагональ переменного тока которого подключена к I и К-входам IK-триггера и через первый и второй резисторы к выходам первого триггера, причем выход узла контроля состояний IKтриггера подключен к входу формирователя импульсов синхронизации счетного триггера, выходом.подключенного к счетному входу указанного триггера и через третий резистор к входу

IK-триггера и выходу формирователя импульсов синхронизации IK-триггера, вход которого подключен к второму входу задающего генератора и.входу зондирующих импульсов узла защиты, при этом выход зондирующих импульсов узла защиты подключен к входу узла реверсирования, выход которого сое.— динен с отрицательным выводом диодного .моста.

2. Преобразователь по п.1, о т— л и ч а ю шийся тем, что узел контроля состояний входов IK-триггера выполнен на импульсном трансформаторе, транзисторе и резисторе, через который переход база-эмиттер транзистора подключен к первому входу узла, переход эмиттер-коллектор транзистора и последовательно соединенная с ним первичная обмотка импульсного трансформатора подключены к второму входу узла,.а вторичная обмотка трансформатора подключена к выходу узла., 3. Преобразователь по п.1„ о т— л и ч а ю шийся тем, что формирователь импульсов синхронизации первого триггера и узел реверсирования выполнены каждый на двухтранзисторном одновибраторе и третьем тран" зисторе, при этом между эмиттерами

57056

10 первого и второго транзисторов одновибратора последовательно включены базоэмиттерный переход третьего .5 транзистора первый и второй резисЭ торы, параллельно резисторам включен конденсатор, а общая точка резисторов подключена к одной из шин питания и базе первого транзистора одновибратора, коллектор второго транзистора одновибратора подключен к второй шине питания и через третий резистор - к коллектору первого транзистора, при этом. коллектор первого

15 и база второго транзисторов образуют входные выводы узла, а выходныеколлектор третьего транзистора и одна из шин питания

4. Преобразователь по п.1, о т л и ч а ю .шийся тем, что формирователь импульсов синхронизации второго триггера выполнен на резисторе и транзисторе, переход базаэмиттер которого образует входные выводы узла, при этом эмиттер тран25 зистора подключен к общему выводу, а коллектор образует выходные выводы формирователя.

5. Преобразователь по п.1, о тл и ч а ю щ и й.е я тем, что каждый предварительный усилитель выполнен на транзисторах противоположного типа проводимости, их коллекторы соединены между собой и образуют выход усилителя, а эмиттеры подключены к выводам для подключения электропитания, резисторы включены последовательно между эмиттерами транзисторов, точки соединения первого резистора с вторым, второго с третьим, третьего с четвертым подключены соответственно к базе первого транзистора, к.входу усилителя и к базе второго транзистора.

6, Преобразователь по п.1, о т — .

45 л и ч а ю шийся тем, что узел защиты от неисправностей состоит из датчика тока и подключенного к нему порогового элемента, выполненного на транзисторе и резисторе, через который базоэмиттерный переход транзистора подключен к датчику тока, причем базовая цепь транзистора через последовательно соединенные резистор и конденсатор связана с вторым выходом задающего генератора, а коллекторная цепь через импульсный трансформатор— с входом узла реверсирования.

1457056 а ,ВЮАЩЖЩи4 цдка/фФюжУ ,у уфай осг м!Ьла4

off

Н! IÜ йI !!!1 1!! I !!!! II

I I !.

ФАЗ

Составитель И.Никитин

Техред Л.Сердюкова Корректор Г.Решетник

Редактор А.Шандор

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул, Проектная, 4

Заказ 7559/52 Тираж 605 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5