Преобразователь напряжения с защитой от перегрузки

Авторы патента:

Жикленков Дмитрий Викторович (RU)

Макаров Вячеслав Владимирович (RU)

H02M3/337 - в двухтактной схеме

Владельцы патента RU 2269195:

Закрытое акционерное общество "Малое многопрофильное предприятие-ИРБИС" (ЗАО "ММП-ИРБИС") (RU)

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано при проектировании вторичных источников питания. Технический результат заключается в повышении устойчивости работы при возникновении переходных процессов. Для этого устройство содержит высокочастотный преобразователь, датчик тока, источник питания, трансформатор, выпрямитель, LC-фильтр, узел обратной связи, блок управления, резистор, конденсатор, диод и транзисторный ключ. 4 ил.

Предлагаемое изобретение относится к радиотехнике, в частности к источникам вторичного электропитания, и может быть использовано при проектировании вторичных источников питания.

Известно устройство управления транзисторами двухтактного преобразователя, содержащее первый и второй транзисторы, коллекторы которых подключены соответственно к началу и концу первичной обмотки трансформатора, эмиттеры их объединены и подключены к общей шине, базы первого и второго транзисторов подключены соответственно к первому и второму выходам блока управления, средняя точка первичной обмотки трансформатора подключена к первому выводу источника питания, второй вывод которой подключен через датчик тока к общей шине, вторичная обмотка трансформатора подключена к входу выпрямительного моста, выход которого подключен к входу фильтра, выход которого подключен к выходному выводу преобразователя, к первому входу дифференциального усилителя, ко второму входу которого подключен источник опорного напряжения, выход дифференциального усилителя подключен к входу блока управления (см. а.с. SU №1541730, Н 02 М 3/337, 1988).

Недостатком устройства является неустойчивая работа преобразователя при возникающих переходных процессах, что снижает КПД устройства.

Известен преобразователь напряжения, содержащий двухтактный усилитель мощности на двух транзисторах, коллекторы которых объединены и подключены к первому входному выводу, эмиттеры транзисторов подключены соответственно к первому и второму выводам первичной обмотки трансформатора, средняя точка которой подключена через датчик тока ко второму входному выводу, вторичная обмотка трансформатора подключена к входу выпрямителя, первый выход которого подключен к первому выходному выводу, и к первому входу блока управления, ко второму входу которого подключен выход датчика тока, первый и второй выходы блока управления подключены соответственно к базам первого и второго транзисторов усилителя мощности, (см. а.с. SU №1598079, Н 02 М 3/337, 1988).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является преобразователь напряжения с защитой от короткого замыкания, содержащий полумостовой преобразователь напряжения, к выходу которого подключена первичная обмотка трансформатора, средняя точка которой через датчик тока подключена к силовому выводу источника питания, первый и второй управляющие входы полумостового преобразователя подключены соответственно к первому и второму выходам блока управления, к первому входу которого подключен выход узла обратной связи, ко второму входу его подключены первые выводы резистора и конденсатора и через встречно включенный диод выход датчика тока, вторые выводы резистора и конденсатора объединены и подключены к общей шине, при этом первый и второй выходы блока управления через соответствующие последовательно соединенные первый усилитель и первый конденсатор и второй усилитель и второй конденсатор подключены к первому выводу первичной обмотки трансформатора выпрямителя, второй вывод которой подключен к общей шине, вторичная обмотка его подключена к выходу выпрямителя, вход которого подключен к выходу блока управления выпрямителя, первый и второй выходы которого подключены соответственно к управляющим входам первого и второго транзисторов, входы которых подключены к вторичной обмотке трансформатора, средняя точка которой подключена к общей шине, выходы первого второго транзисторов объединены и через LC-фильтр подключены к выходу преобразователя напряжения с защитой от короткого замыкания, к которому подключен вход узла обратной связи, (см. WO №106629, Н 02 М 3/335, 2001).

Недостатком устройства является неустойчивая работа преобразователя. Во время коммутационных процессов, когда входной ток выпрямителя превышает предельное значение, срабатывает защита на входе преобразователя напряжения и отключает блок управления полумостового преобразователя, на вторичной стороне преобразователя из-за наличия задержки защита не успеет сработать и в выходном напряжении появится «провал» на время задержки.

Техническим результатом предполагаемого изобретения является повышение устойчивости работы при возникновении переходных процессов.

Технический результат достигается тем, что преобразователь напряжения с защитой от перегрузки, содержащий высокочастотный преобразователь, первый вход которого через датчик тока подключен к первому выводу источника питания, второй вход его подключен ко второму выводу источника питания, первый и второй выходы его подключены соответственно к первому и второму выводам первичной обмотки трансформатора, первый и второй выводы вторичной обмотки которого через последовательно соединенные выпрямитель и LC-фильтр подключены соответственно к первому и второму выходным выводам преобразователя напряжения с защитой от перегрузки, к первому выходному выводу которого подключен первый вход узла обратной связи, второй вход которого подключен к выходу выпрямителя, выход узла обратной связи связан с первым входом блока управления, ко второму входу которого подключены объединенные первые выводы резистора и конденсатора и через обратно включенный диод выход датчика тока, вторые выводы резистора и конденсатора объединены и подключены к общей шине, при этом выходы блока управления подключены соответственно к управляющим входам высокочастотного преобразователя напряжения, дополнительно содержит транзисторный ключ, вход которого подключен к общей шине, управляющий вход его к тактовому выходу блока управления, выход транзисторного ключа подключен ко второму входу блока управления.

Анализ патентной и научно-технической литературы позволяет сделать вывод, что на настоящее время неизвестно предложенное техническое решение, что позволяет сделать вывод о новизне предлагаемого технического решения.

Из патента US №4706177, НКИ 363/24, 1987 г. известно использование датчиков тока на входе и выходе преобразователя, из пат. US №6320763, Н 02 М 3/335, 2001 г. известно использование узла обратной связи на выходе преобразователя. Использование совокупности отличительных существенных признаков заявленного технического решения решающего проблему повышения устойчивости работы преобразователя при возникновении переходных процессов с тем же техническим результатом и в той же области на данный момент не выявлено, что позволяет сделать вывод о наличии существенных отличий у данного технического решения.

На фиг.1 приведена электрическая схема преобразователя напряжения с защитой от перегрузки, на фиг.2 - электрическая схема блока управления и узла обратной связи, на фиг.3 - приведена нагрузочная характеристика преобразователя напряжения, на фиг.4 - временные диаграммы, поясняющие его работу (4а - напряжение на втором входе блока управления преобразователя без транзисторного ключа, 4б - напряжение на управляющем входе транзисторного ключа, 4с - напряжение на втором входе блока управления преобразователя при наличии транзисторного ключа).

Преобразователь напряжения с защитой от перегрузки (фиг.1) содержит высокочастотный преобразователь 3 напряжения, первый и второй входы которого через датчик 2 тока и непосредственно подключены соответственно к первому и второму выводам источника 1 питания, выход высокочастотного преобразователя 3 напряжения подключен к первому и второму выводам первичной 4₁ обмотки трансформатора 4, первый и второй выводы вторичной 4₂ обмотки которого через последовательно соединенные выпрямитель 5 и LC-фильтр 6 подключены соответственно к первому 7 и второму 9 выходным выводам преобразователя напряжения, к первому 7 выходному выводу которого подключен первый вход узла 8 обратной связи, второй вход которого подключен к выходу выпрямителя 5, выход узла 8 обратной связи связан с первым входом блока 10 управления, ко второму входу которого подключены объединенные первые выводы конденсатора 13 и резистора 14 и через встречно включенный диод 11 выход датчика 2 тока, а также выход транзисторного ключа 12, вход которого подключен к общей шине 15, к которой подключены вторые выводы конденсатора 13 и резистора 14, управляющий вход транзисторного ключа 12 подключен к тактовому выходу блока 10 управления, выходы которого подключены к соответствующим управляющим входам высокочастотного преобразователя 3 напряжения.

Блок 10 управления (фиг.2) содержит задающий генератор 16, выход которого подключен к тактовому выходу блока управления и к первому входу формирователя 17 управляющего сигнала, второй вход которого подключен к первому входу блока 10 управления, третий вход его подключен к выходу компаратора 18, первый вход которого подключен ко второму входу блока 10 управления, второй вход его подключен к источнику 19 опорного напряжения, выходы формирователя 17 управляющего сигнала подключены к соответствующим выходам блока 10 управления.

Узел 8 обратной связи (фиг.2) содержит элемент 20 обратной связи, первый вход которого подключен к выходу компаратора 21, первый вход которого подключен к выходу датчика 22 тока, вход которого подключен ко второму входу узла 8 обратной связи, второй вход компаратора 21 подключен к выходу источника 23 опорного напряжения, второй вход элемента 20 обратной связи подключен к выходу блока 24 выработки сигнала рассогласования, вход которого подключен к первому входу узла 8 обратной связи, выход которого подключен к выходу элемента 20 обратной связи.

Высокочастотный преобразователь 3 может быть выполнен по полумостовой или мостовой схеме.

Формирователь 17 управляющего сигнала может быть выполнен на основе широтно-импульсного модулятора (ШИМ.).

Элемент 20 обратной связи может быть выполнен на основе оптопары.

Блок 24 выработки сигнала рассогласования может быть выполнен на основе схемы сравнения и усилителя сигнала рассогласования.

Блок 10 может быть выполнен, например, на микросхеме UCC 3895.

Преобразователь напряжения с защитой от перегрузки работает следующим образом.

При подаче напряжения от источника 1 блок 10 управления начинает вырабатывать импульсы, которые поступают на управляющие входы высокочастотного преобразователя 3 напряжения. По первичной 4₁ обмотке трансформатора 4 начинает протекать ток, который индуцируется во вторичную 4₂ обмотку и через выпрямитель 5 и LC-фильтр 6 подается в нагрузку 7, а также на вход узла 8 обратной связи, где сравнивается с опорным напряжением. Полученный сигнал рассогласования от блока 24 выработки сигнала рассогласования и от компаратора 21 подается через элемент 20 обратной связи на вход формирователя 17 управляющего сигнала блока 10 управления, где преобразуется в импульсный сигнал, с помощью которого осуществляется управление преобразователем 3. При отсутствии перенапряжения на выходе узла 8 обратной связи сигнал отсутствует. При резких коммутационных процессах, когда I_наг>I_max, из-за наличия задержки (время реакции) сигнал рассогласования с узла 8 обратной связи поступает с запозданием на блок 10 управления. В то же время с выхода датчика 2 тока сигнал (фиг.4а) поступает через диод 11 на транзисторный ключ 12, на управляющий вход которого поступают синхроимпульсы на тактовой частоте генератора 16 (фиг.4б), транзисторный ключ 12 открывается на время действия тактового импульса и возникший коммутационный выброс проходит через него (фиг.4с). Далее срабатывает защита, основанная на обратной связи, и по нагрузочной характеристике (фиг.3) происходит плавный переход с участка 1-2 на участок 2-3.

При переходных процессах, когда I_наг>I_max, без использования транзисторного ключа 12 защитная схема, основанная на датчике тока 2, диоде 11, конденсаторе 13 и резисторе 14, должна бы заблокировать высокочастотный преобразователь 3 и в напряжении на нагрузке появились бы «провалы» (фиг.3, участок 2-4). Использование транзисторного ключа 12 позволяет плавно перейти на участок 2-3 нагрузочной характеристики (фиг.3), что повышает устойчивость работы преобразователя и тем самым его КПД.

Преобразователь напряжения с защитой от перегрузки, содержащий высокочастотный преобразователь, первый вход которого через датчик тока подключен к первому выводу источника питания, второй вход его подключен ко второму выводу источника питания, первый и второй выходы его подключены соответственно к первому и второму выводам первичной обмотки трансформатора, первый и второй выводы вторичной обмотки которого через последовательно соединенные выпрямитель и LC-фильтр подключены соответственно к первому и второму выходным выводам преобразователя напряжения с защитой от перегрузки, к первому выходному выводу которого подключен первый вход узла обратной связи, второй вход которого подключен к выходу выпрямителя, выход узла обратной связи связан с первым входом блока управления, ко второму входу которого подключены объединенные первые выводы резистора и конденсатора и через обратно включенный диод выход датчика тока, вторые выводы резистора и конденсатора объединены и подключены к общей шине, при этом выходы блока управления подключены соответственно к управляющим входам высокочастотного преобразователя напряжения, отличающийся тем, что введен транзисторный ключ, вход которого подключен к общей шине, управляющий вход его подключен к тактовому выходу блока управления, выход транзисторного ключа подключен ко второму входу блока управления.

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в качестве преобразователей постоянного напряжения в постоянное для систем вторичного электропитания.

Преобразователь напряжения и способ управления им // 2251786

Изобретение относится к области электротехники и может быть использован в статических преобразователях электрической энергии. .

Способ регулирования источника сварочного тока с резонансным контуром // 2245232

Изобретение относится к способу регулирования источника сварочного тока с резонансным контуром и может найти применение в сварочных аппаратах в различных отраслях машиностроения.

Мостовой инвертор // 2223590

Изобретение относится к области электротехники, а именно к однофазным мостовым транзисторным инверторам, применяемым в различных источниках питания. .

Двухтактный преобразователь постоянного напряжения // 2212089

Изобретение относится к электротехнике, в частности к двухтактным преобразователям постоянного напряжения. .

Двухтактный инвертор // 2206173

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано в преобразовательных устройствах, преобразующих постоянное напряжение в переменное, применяемых во многих отраслях промышленности, сельском хозяйстве, медицине, быту.

Преобразователь напряжения // 2155431

Транзисторный конвертор // 2147157

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в транзисторных конверторах, преобразующих постоянное напряжение одного уровня в постоянное напряжение другого уровня, применяемых преимущественно в автономных установках электропитания.

Преобразователь напряжения // 2145145

Способ управления магнитной индукцией при преобразовании питающих напряжений // 2134013

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в силовых преобразователях напряжения. .

Двухтактный преобразователь напряжения // 2314627

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и может быть использовано при построении конверторов и инверторов

Двухтактный транзисторный преобразователь // 2367081

Изобретение относится к преобразовательной технике, и может быть использовано в автономных источниках вторичного электропитания, и направлено на повышение быстродействия двухтактного транзисторного преобразователя в режиме заряда емкости выходного фильтра с повышением КПД и надежности его работы

Устройство стабилизации напряжения постоянного тока // 2444832

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для стабилизации напряжения источников постоянного тока

Двухтактный мостовой преобразователь // 2455746

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и может быть использовано для преобразования и регулирования энергии, потребляемой от источника постоянного тока, и передачи преобразованной энергии ее приемнику с использованием трансформаторной связи между цепями источника и приемника энергии

Способ импульсного преобразования постоянного напряжения и устройство для его осуществления // 2510871

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в преобразователях постоянного напряжения в переменное - инвертора-хм и регулятора-хм напряжения автономных систем электропитания и электроприводов перспективных авиакосмических летательных аппаратов с преимущественно или полностью электрифицированным приводным оборудованием. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей - получение выходного напряжения с произвольно задаваемой периодически-непрерывной формой, в частности синусоидального. В способе импульсного преобразования постоянного напряжения энергию от источника питания постоянного тока непрерывно передают непосредственно подключенной к нему двухконденсаторной емкостной стойке. Путем импульсного управления двумя регулируемыми ключами на первом этапе каждого периода высокочастотного периодического процесса дозирования осуществляют накопление энергии в дозирующем дросселе, подключая его к одному из двух конденсаторов стойки через замкнутый один из двух регулирующих ключей при разомкнутом другом ключе. На втором этапе энергию, накопленную на первом этапе, передают в другой конденсатор стойки при разомкнутых состояниях обоих ключей от дозирующего дросселя через один из двух выпрямительных диодов. Энергию, накапливаемую в конденсаторах стойки и в дозирующем дросселе, и энергию источника питания непрерывно передают в нагрузку переменного тока по двунаправленной цепи между средними выводами источника питания и емкостной стойки, периодически изменяя величину и полярность напряжения нагрузки на чередующихся полупериодах низкочастотного периодического процесса. На этапах длительности каждого его периода при нарастании напряжения нагрузки энергию, накопленную в первом конденсаторе емкостной стойки и источника питания, дозированно передают во второй конденсатор и в нагрузку. На этапах длительности того же периода при спадании напряжения нагрузки или при его неизменности энергию из второго конденсатора стойки и источника питания дозированно передают в первый конденсатор и в нагрузку.2 н. и 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Импульсный источник напряжения // 2551118

Изобретение относится к электротехнике и к импульсной силовой электронике, в частности к преобразователям постоянного напряжения в переменное - инверторам и регуляторам напряжения, и предназначено для использования в автономных системах электропитания и в электроприводах перспективных авиакосмических летательных аппаратах с преимущественно или полностью электрифицированным приводным оборудованием. Технический результат заключатся в расширении функциональных возможностей устройства при его реализации, а именно получении выходного напряжения с произвольно задаваемой периодически-непрерывной формой, в частности синусоидальной, при сохранении свойств простоты схем реализации его и жесткой нагрузочной характеристики. Для этого заявленное устройство, содержащее нагрузку, первую и вторую входные клеммы, первую и вторую выходные клеммы, ключевой транзистор, индуктивность, разрядный диод, конденсатор, образующий с индуктивностью индуктивно-емкостной фильтр Г-образного типа, резистивный датчик выходного напряжения, блок сравнения напряжения датчика с напряжением блока опорного напряжения и блок управления ключевым транзистором, дополнительно снабжено блоком изменения направления тока в нагрузке, при этом блок выполнен с возможностью изменения направления тока в нагрузке. 4 ил.

Резонансный преобразователь // 2566736

Настоящее изобретение относится к цепи (101) питания, которая содержит: мостовую схему (103), множество резонансных контуров (107, 107', 107''), соединенных с мостовой схемой (103), причем каждый резонансный контур (107, 107', 107'') может соединяться с соответствующей цепью (109, 109', 109'') нагрузки, которая содержит одну или более нагрузок (111), множество блоков (129) переключения питания, соединенных между мостовой схемой (103) и соответствующей цепью (109) нагрузки последовательно одной или более нагрузкам (111) соответствующей цепи (109, 109', 109'') нагрузки для соединения и отсоединения соответствующей цепи (109) нагрузки от мостовой схемы (103), и блок (131) управления для управления блоками (129) переключения питания синхронно с резонансным током (Ires) резонансного контура (107), соответствующего одному из упомянутых блоков (129) переключения питания, при этом на каждую цепь (109, 109', 109'') нагрузки предусмотрен резонансный контур (107, 107', 107'') и блок (129) переключения питания. Технический результат - возможность независимого уменьшения яркости во всём диапазоне. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 6 ил.

Многоканальный трансформатор постоянного напряжения // 2567849

Изобретение относится к электротехнике, а именно к многоканальным преобразователям систем вторичного электропитания с трансформаторами постоянного напряжения (ТПН). Многоканальный ТПН содержит задающий генератор с парафазным выходом, двухтактный ключевой усилитель (КУМ), последовательный резонансный контур из конденсатора и дросселя, ТПН с n вторичными обмотками, n выпрямителями, n емкостными фильтрами и n ключевыми нормализаторами тока (КТН) с индивидуальной настройкой порога стабилизации выходного тока. Каждый КТН выполняется на основе однотактного последовательного ключевого усилителя, широтно-импульсного модулятора, источника опорного напряжения, индуктивного фильтра и датчика тока. Резонансная частота выбирается равной частоте переключений КУМ, параметры резонансных элементов выбираются на номинальную выходную мощность ТПН, а источник опорного напряжения и датчик тока каждого канала настраивают на уровень стабилизации выходного тока 1,2 от номинального тока канала. Техническим результатом является повышение энергетической эффективности, стабильности нагрузочных характеристик каналов вторичных напряжений с индивидуальной защитой каждого канала от перегрузки и расширение области применения. 4 ил.

Способ управления преобразователем напряжения // 2572002

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для преобразования и регулирования энергии, потребляемой от источника постоянного тока, и передачи преобразованной энергии ее приемнику с использованием трансформаторной связи между цепями источника и приемника энергии. В способе управления преобразователем напряжения формируют две последовательности парафазных импульсных сигналов - первую и вторую, причем вторую последовательность парафазных импульсных сигналов сдвигают относительно первой последовательности на регулируемое время. Управление первым и вторым транзисторами осуществляют парафазными импульсными сигналами первой их последовательности, а управление третьим и четвертым транзисторами - парафазными импульсными сигналами второй их последовательности. 8 ил.

Трансформатор постоянного напряжения // 2583761

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в качестве преобразователя постоянного напряжения в постоянное для систем вторичного электропитания. Предлагаемый стабилизатор-трансформатор постоянного напряжения (ТПН) выгодно отличается от технических аналогов и ТПН-прототипа обеспечением стабильности выходного напряжения при изменении напряжения электропитания. Техническим результатом от использования изобретения является стабилизация выходного напряжения от воздействия дестабилизирующих факторов, связанных с изменением нагрузки и напряжения электропитания. В предлагаемом стабилизированном трансформаторе постоянного напряжения дополнительно введены сигнальная обмотка трансформатора, дополнительный выпрямитель, емкостной фильтр, усилитель разностного сигнала, а задающий генератор выполнен управляемым по частоте и соединен входом управления к выходу усилителя разностного сигнала, первый вход которого подключен к шине опорного напряжения, а второй вход соединен через емкостной фильтр и дополнительный выпрямитель к сигнальной обмотке трансформатора. 4 ил.