Транзисторный конвертор

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВйдЕТЕЛЬСТВУ

1Щ73l524

Союз Советских

Социалистических республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 03.10.77 (21) 2538491/24-07 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 30.04.80. Бюллетень № 16 (45) Дата опубликования описания 30.04.80 (51) М. Кл.

Н 02 М 3/335

Государственный комитет (53) УДК 621.314.57 (088.8) ло делам изобретений и открытий (72) Автор изобретения

А. С. Баскин

Научно-исследовательский институт управляющих вычислительных машин (71) Заявитель (54) ТРАНЗИСТОРНЫЙ КОНВЕРТОР

Изобретение относится к промышленной радиоэлектронике и может найти применение в устройствах электропитания средств вычислительной техники и радиоэлектронной аппаратуры. 5

Известные импульсные транзисторные конверторы с защитой от перегрузок и коротких замыканий имеют низкое быстродействие защиты от перегрузок по току силовых транзисторов, определяемое време- 10 нем включения тиристора, составляющих

2 — 10 мкс.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению являстся транзисторный конвертор, содержащий ключевой усиля- 15 тель мощности, подключенный по цепям питания к источнику входного напряжения, а по выходу — к первичной обмотке выходного трансформатора, вторичная обмотка которого через выпрямитель и сглаживающий 20 фильтр подсоединена к выходным шинам конвертора, соединенным также с входом широтно-импульсного модулятора, подключенного к выходу задающего генератора, другой выход которого соединен со счетным входом триггера, источник опорного напряжения, соединенный с другим входом широтно-импульсного модулятора, формирователь управляющих импульсов, входом соединенный с выходом широтно-импульсного 30 модулятора и включающий в себя формирователь прямоугольны . импульсов, соединенный с входами двух схем совпадения, к другим входам которых подключены выходы триггера, а к выходам — входы транзисторов, в коллекторные цепи которых включены обмотки управляющих трансформаторов, другие обмотки которых соединены с входами силовых транзисторов усилителя мощности, датчик тока перегрузки, включающий в себя трансформатор тока, первичная обмотка которого соединена последовательно с первичной обмоткой выходного трансформатора, а вторичная — через выпрямитель подключена к резистору, узел защиты, один вход которого подключен к выходному резистору датчика тока перегрузки, другой вход — к источнику опорного напряжения, а выход — к формирователю управляющих импульсов, причем между выходом датчика тока перегрузки и формирователем управляющих импульсов включены последовательно соединенные диод, стабилитрон и резистор. Этот конвертор обеспечивает быструю защиту транзисторов.

Недостатком данного конвертора является относительно низкая точность порога срабатывания быстродействующей защиты, так как порог срабатывания определяется

731524

65 напряжением стабилизации стабилитрона и в меньшей степени — сопротивлением резистора.

Порог срабатывания быстродействующей защиты конвертора определяется напряжением стабилитрона B области токов, меньших минимального тока стабилизации, что и обуславливает относительно низкую точность порога. B этом заключается основной недостаток технического решения известного устройства.

Цель изобретения — повышение надежности путем увеличения точности порога срабатывания быстродействующей защиты транзисторов усилителя мощности от перегрузок по току.

Это достигается тем, что в транзисторный конвертор, содержащий ключевой усилитель мощности, входом соединенный с выводами для подключения входного напряжения, а выходом — с первичной обмоткой выходного трансформатора, вторичная обмотка которого через выпрямитель и фильтр подключена к выводам для подключения нагрузки и одному входу широтно-импульсного модулятора, другими входами соединенного с источником опорного напряжения и одним выходом задающего генератора, другим выходом подключенного к одному входу формирователя управляющих импульсов, другим входом соединенного с выходом широтно-импульсного модулятора, дополнительным входом — с выходом узла защиты, а выходом с управляющим входом усилителя мощности, датчик тока перегрузки, входом включенный в цепь первичной обмотки выходного трансформатора, а выходом соединенный с одним входом узла защиты, другим входом подключенного к источнику опорного напряжения, дополнительно введен транзистор, эмиттер которого соединен с выходом датчика тока перегрузки, база через резистор — с источником опорного напряжения, а коллектор через резистор — с другим дополнительным входом формирователя управляющих импульсов.

На чертеже дана принципиальная электрическая схема транзисторного конвертора.

Он содержит транзисторный усилитель 1 мощности, выходной трансформатор 2, выпрямитель 3, фильтр 4, задающий генератор 5, широтно-импульсный модулятор 6, источник 7 опорного напряжения; формирователь 8 управляющих импульсов, датчик 9 тока перегрузки, узел 10 защиты, дополнительный транзистор 11 и резисторы 12, 13.

Задающий генератор 5, выполненный на эквиваленте однопереходного транзистора (транзисторы 14, 15), генерирует короткие треугольные импульсы, управляющие по счетному входу триггером 16, работающим в режиме делителя частоты, и пилообразное напряжение, через эмиттерный повторитель на транзисторе 17, поступающее в вы5

60 ходной сравнивающий делитель широтноимпульсного модулятора (ШИП), в качестве которого используется дифференциальный каскад на транзисторах 18, 19. На базу транзистора 18 подается сумма части выходного и пилообразного напряжений.

На базу транзистора 19 поступает опорное напряжение от источника 7. В результате сравнения этих напряжений с выхода

ШИМ трапецеидальные импульсы поступают на вход формирователя 8 управляющих импульсов, состоящего из формирователя прямоугольных импульсов на транзисторах

20, 21, двух схем совпадения на микросхемных инверторах с открытым коллектором

22, 23 и управляющих транзисторов 24, 25.

На одни входы инверторов 22, 23 поступают сдвинутые один относительно другого на

180 последовательности импульсов с выходов триггера 16, на другие объединенные входы подается сигнал с коллектора выходного транзистора 21 формирователя прямоугольных импульсов. С выходов инверторов

22, 23 на базы выходных транзисторов 24, 25 поступают сдвинутые на 180 последовательности широтно-модулированных импульсов. В коллекторных цепях транзисторов 24, 25 включены обмотки 26, 27 управления трансформаторов 28, 29 тока. Другие обмотки этих трансформаторов включены соответственно в эмиттерную и базовую цепи силовых транзисторов 30, 31 усилителя 1 мощности. В результате эти транзисторы включаются один раз в полпериода со скважностью, обеспечивающей стабилизацию выходного напряжения конвертора при изменениях входного напряжения и тока нагрузки.

Датчик тока перегрузки 9 состоит из трансформатора 32 тока, выпрямителя 33и резистора 34. Первичная обмотка трансформатора 32 тока включена последовательно с первичной обмоткой выходного трансформатора 2. Напряжение вторичной обмотки трансформатора 32 выпрямляется выпрямителем 33 и поступает на резистор

34, напряжение на котором пропорционально импульсному току силовых транзисторов

30, 31. Напряжение с выхода датчика 9 тока перегрузки поступает на вход узла 10 защиты, в качестве которого используется триггер, выполненный на базе операционного усилителя (ОУ) 35. Другой вход СУподключен к источнику 7 опорного напряжения, В нормальном режиме работы напряжение на резисторе 34 меньше опорного напряжения. На выходе ОУ присутствует низкий уровень напряжения, диод 36 и стабилитрон 37 заперты, т. е. узел 10 защиты не оказывает влияния на работу конвертора.

В аварийной ситуации, если ток через силовые транзисторы усилителя мощности 1 нарастает относительно медленно (например, при коротком замыкании на выходе индуктивно-емкостного фильтра конверто731524

50

60 ра), когда увеличивающееся напряжение на резисторе 34 превышает опорное напряжение, на выходе ОУ устанавливается высокий уровень напряжения, диод 36 открывается, на вход ОУ начинает поступать ток с выхода ОУ. Этот ток не прекращается даже после уменьшения напряжения на резисторе 34 до нуля, т. е. триггер на ОУ устанавливается в устойчивое состояние. Стабплитрон 37 начинает проводить ток, который через последовательный резистор поступает в базу транзистора 21 формирователя прямоугольных импульсов. Транзистор 21 открывается, на входы инверторов 22, 23 поступает нулевой уровень, выходные транзисторы инверторов запираются, в базу запертого в текущем полупериоде транзистора 24 или 25 через резисторы 38 или 39 поступает ток. Транзистор 24 (25) отпирается и ток, поступающий в обмотку управления

26 (27) трансформатора 28 (27), блокирует поступление тока в базу силового транзистора 30 (31). При этом нарастание коллекторного тока силового транзистора может быть только за счет накопленных неосновных носителей в базе и по величине незначительно. Так происходит блокировка силовых транзисторов усилителя мощности

1 путем воздействия на формирователь управляющих импульсов сигнала с выхода узла защиты дискретного действия. Узел защиты может быть выполнен на базе тиристора, туннельного диода и др., характер его воздействия на формирователь управляющих импульсов будет аналогичным.

Задержка срабатывания ОУ составляет

1 — 2 мкс. За счет RC-фильтра на входе СУ, обеспечивающего помехозащищенность узла 10 зашиты, задержка срабатывания последнего может составить 5 — 10 мкс. Примерно такая же или большая задержка будет получена при использовании в узле защиты других дискретных элементов: туннельного диода, тиристора и др.

В течение времени задержки срабатывания узла защиты ток через силовые транзисторы усилителя мощности может достигнуть недопустимой величины, обусловливая выход транзисторов из строя.

Дополнительно введен транзистор 11, эмиттер которого соединен с выходом датчика 9 тока перегрузки, коллектор через резистор 12 — с дополнительным входом формирователя 8 управляющих импульсов, база — через резистор 13 — с источником 7 опорного напряжения.

В нормальном рабочем режиме импульсное напряжение на выходе датчика 9 тока перегрузки меньше опорного напряжения источника 7, и транзистор 11 заперт обратным напряжением на переходе база — эмитs ер.

В случае быстрого аварийного нарастания тока, включенного в данном полупериоде силового транзистора усилителя 1 мощности, например, при пробое одного нз вентилей выпрямителя 3, напряжение на резисторе 34 практически мгновенно достигает такого уровня, что транзистор 11 отпирается. Через его коллекторный переход и резистор 12 ток поступает в базу транзистора

21, который открывается н пропсходптпроцесс блокировки управляющих импульсов силовых транзисторов. Начинается рассасывание неосновных носителей, во время которого возможно некоторое нарастание коллекторного тока силового транзистора за счет накопленных в базе неосновных носителей. Далее начинается резкий спад коллекторного тока. Здесь возможны два случая. Если время рассасывания неосновных носителей силовых транзисторов больше времени задержки срабатывания узла 10 дискретной защиты, то по истечении времени задержки узел 10 защиты устанавливается в устойчивое состояние и через стабилитрон 37 продолжительно воздействует на транзистор 21 узла 8 формирования управляющих импульсов, Для введения конвертора в рабочий режим необходимо его выключение и повторное включение.

Если время рассасывания неосновных носителей силовых транзисторов меньше времени задержки срабатывания узла защиты, то по истечении времени рассасывания начинается спад импульса тока силового транзистора, прекращается воздействие на транзистор 21 по коллекторной цепи транзистора 11, вновь появляются управляющие импульсы, силовой транзистор снова включается, и ток перегрузки создает на резисторе 34 напряжение, достаточное для повторной блокировки формирователя 9 управляющих импульсов при открывании транзистора 11. Таких циклов может быть несколько до тех пор, пока по истечении времени задержки срабатывает узел 10дискретной защиты и блокировка сигналов формирователя управляющих импульсов становится продолжительной. Резистор 12 ограничивает базовый ток транзистора 21, резистор 13 ограничивает ток, отбираемый в базу транзистора 11 от источника 7 опорного напряжения. Так осуществляется быстродействующая защита силовых транзисторов усилителя мощности без ухудшения помехоустойчивости узла защиты от перегрузок.

Поскольку напряжение на выходе датчика тока перегрузки (резистор 34) полностью определяется опорным напряжением источника 7 и практически не зависит от других факторов, порог срабатывания быстродействующей защиты от перегрузок, выполненной на базе транзистора 11, имеет высокую точность. Это повышает надежность работы устройства, поскольку импульсный ток транзисторов усилителя мощности, соответствующий порогу срабатывания защиты, можно в большей степени уда731524

Составитель Г. Огнев

Техред В. Серякова

Редактор Н. Катаманина

Корректор E. Осипова

Заказ 755/13 Изд, Ме 279 Тираж 798 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Типография, пр. Сапунова, 2 лять от предельно допустимого коллекторного тока этих транзисторов.

Формула изобретения

Транзисторный конвертор, содержащий ключевой усилитель мощности, входом соединенный с выводами для подключения входного напряжения, а выходом — с первичной обмоткой выходного трансформатора, вторичная обмотка которого через выпрямитель и фильтр подключена к выводам для подключения нагрузки и к одному входу широтно-импульсного модулятора, другими входами соединенного с источником опорного напряжения и одним выходом задающего генератора, другим выходом подключенного к одному входу формирователя управляющих импульсов, другим входом соединенного с выходом широтно-HiMII) ëüñного модулятора, дополнительным входом — с выходом узла защиты, а выходом — с управляющим входом усилителя

5 мощности, датчик тока перегрузки, входом включенный в цепь первичной обмотки выходного трансформатора, а выходом соединенный с одним входом узла защиты, другим входом подключенного к источнику

10 опорного напряжения, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, в него дополнительно введен транзистор, эмиттер которого соединен с выходом датчика тока перегрузки, база через резис15 тор — с источником опорного напряжения, а коллектор через резистор с другим дополнительным входом формирователя управляющих импульсов.