SU1415366A2

SU1415366A2 - Высоковольтный высокочастотный преобразователь напр жени

Info

Publication number: SU1415366A2
Application number: SU874193071A
Authority: SU
Inventors: Алексей Михайлович Стрельцов
Original assignee: Предприятие П/Я Г-4149
Priority date: 1987-02-12
Filing date: 1987-02-12
Publication date: 1988-08-07

Abstract

Изобретение относитс к электротехнике , а именно к преобразовател м напр жени . Цель изобретени - повышение качества выходного напр жени за счет уменьшени нестабильности выходного напр жени в широком диапазоне изменени тока нагрузки. Преобразователь напр жени построен по двухтактной схеме с фиксированным уровнем переключени трашзисторюв. Уровень переключени транзисторов 4 и 5 преобразовател пропорционален величине входного напр жени и формируетс с помощью делителей напр жени 6, 7, резисторов 12, 13, 21 и двух компараторов 14 и 15. Выбором уровн переключени порогового устройства 19 измен етс коэффициент передачи одного из делителей, что позвол ет изменить траекторию переключени транзисторов 4 и 5 преобразовател , за счет чего уменьшаетс выходное напр жение при малых токах нагрузки. 4 ил. Q 9

Description

(Л

П

СП

со

О)

Фиг.1

1Ч

Изобретение относитс к преобразо нательной технике, может быть использовано при разработке высоковол15тных источников электропитани и вл етс усопер иенствованием преобразовател по авт. ев. № 1153384.

Цель изобретени - повышение качества выхо/шого напр жени за счет уменьшени нестабильности выходного напр жени в широком диапазоне изменени тока нагрузки.

На фиг. 1 приведена структурна схема высоковольтного высокочастотного преобразовател напр жени ; на фиг. 2 - 4 - диаграммы напр жени и тока в различных точках схемы дл двух режимов работы высоковольтного высокочастотного преобразовател напр жени , а также его выходна характеристика .

Высоковольтный высокочастотный преобразователь напр жени содержит фор мировател1 1 импульсов, первьй логи- чески11 элемент И 2, второй логически элемент И 3, первый транзистор 4, втрой транзистор 5, первый делитель 6 напр жени , второй де:п1тель 7 напр жени , конденсатор 8, первый диод 9, трансформатор 1U, второй диод 11, пе вый резистор 12, второй резистор 13, первый компаратор 14, второй компаратор 15, выпр митель 16, емкостной филг)Тр 17, датчик 18 тока, пороговое устройство 19, ключ 20.

Пр мой выход формировател 1 им- пу. п.сов соединен с первым входом второго элемента И 3. Выход первого элемента 1 2 соединен с базой первого транзи- стора 4, а выход второго элемента И 3 соединен с базой второго транзистора 5. Эмиттеры первого 4 и второго 5 транзисторов объединены и сое- дш{ены с первыми входами первого 6 и нгорого 7 делителей напр жени , с первым выводом конденсатора 8 и подключены к общему входному выводу. Коллектор первого транзистора 4 соединен с вторым входом первого делител 6 напр жени , с анодом первого диода 9 и с началом первичной обмот- си трансформатора 10. Коллектор второго транзисто1)а 5 соедю1ен с вторым входом второго делител 7 напр жени с анодом второго диода 11 и концом первичной обмотки трансформатора. Катоды первого 9 и второго 1 1 диодов объсдгачен, и через первьи резистор 12 подключены к второму выводу кон

10

15

20

25

30

5

0

5

0

5

денсатора В, 1:ервому выводу второго резистора 13 и инвертир тощим входам первого 14 и второго 15 компараторов. Не инвертирующий вход первого компаратора 14 подключен к выходу второго делител 7 напр жени . Неинвертирую- И1ИЙ вход второго компаратора 15 подключен к выходу первого делител 6 напр жени . Выход первого компаратора 14 соединен с вторым входом первого элемента И 2, а выход второго компаратора 15 соединен с вторым входом второго элемента И 3. Вторична обмотка трансформатора 10 через выпр митель 16 и емкостной фильтр 17 соединена с выводами дл подключени нагрузки . Входа датчика 18 тока включены между средней точкой первичной обмотки трансформатора 10 и входным выводом. Выход датчика 18 тока через пороговое устройство 19 подключен к входу ключа 20. Выход ключа шунтирует часть второго резистора 21, установленного между общим выводом и объединенными инвертирующими входами компараторов 14 и 15.

Преобразователь работает следующим образом.

Формирователь 1 импульсов обес-- печивает на своих выходах два пара- фазных сигнала пр моугольной формы со скважностью 2 (фиг. 2 диаграммы 22 и 23). На выходе первого элемента И 2 формируетс импульсы управлени первым транзистором 4 (фиг. 2,диаграмма 24). Причем момент запирани транзистора совпадает с фронтом импульса формировател импульсов, а момент отпирани транзистора задержан относительно фронта импульса формировател импульсов. Диаграмма 25 напр жени на коллекторе первого транзистора 4 приведена на фиг. 2. Диаграммы 24 и 25 (фиг. 2) приведены без учета времени рассаслзшани неосновных носителей и времени восстановлени диодов выпр мител 16, так как это не вли ет на качествен- Ш.Ш характер протекающих процессов. На втором элементе И 3 и на втором транзисторе 5 эпюры напр жешш имеют аналогичн то 4юрму, но сдвинуты на 180 относительно диаграмм 24 и 25 (фиг. 2).

Отпирание первого транзистора 4 происходит при наличии уровн логи- ческо1 1 единицы на nf.ix( ;ie первого эле- И 2, китсн- ь:: .чг вл етс при

наличии двух логических единиц на входе. Уровень логической единицы на выходе компаратора по вл етс , если сигнал на неинвертирующем входе пре- вышает сигнал на инвертирующем входе Эпюры напр жений на входе первого компаратора 14 приведены на диаграмме 26 (фиг. 2). На инвертирующий вхо обоих компараторов 14 и 15 подаетс пороговое напр жение через делитель напр жени на первом 12 и втором 13 {юзисторах, фильтрующий конденсатор

8и двухтактный выпр митель на первом

9и втором 11 диодах, которое пропор ционально двойной величине входного напр жени . На неинвертирующий вход первого компаратора 14 подаетс измер емое напр жение с коллектора второго транзистора 5 через второй дели- тель 7 напр жени , а на неинвертирую- щкй вход второго компаратора 15 подаетс измер емое напр жение с коллектора первого транзистора 4 через первый делитель 6 напр жени . Таким образом момент переключени компараторов определ етс характером процессов на коллекторах транзисторов преобразовател напр жени .

Рассмотрим эпюру напр жени на

коллекторе первого транзистора, приведенную на диаграмме 25 (фиг. 2). На этапе I первьй транзистор открыт, а второй закрыт и энерги передаетс с входа в нагрузку. На этапе II оба транзистора закрыты и закрыты диоды выходного вьшр мител , которые отключают нагрузку и емкостной фильтр от вторичной обмотки трансформатора. Высоковольный трансформатор характери- зуетс большой величиной емкости вторичной обмотки, приведенной к первичной обмотке. На этом этапе происходит перезар д емкости вторичной обмотки fpaнcфopмaтopa его током намагничи- вани . На этапе Ш открываетс второй транзистор и происходит зар д емкости вторичной обмотки трансформатора, котора отключена от нагрузки выход- Hbw выпр мителем, так как имеет мень- шее напр жение, чем емкость выходного фильтра. На этапе IV транзистор второй откр)ыт, а первый закрыт и энерги с входа передаетс в нагрузку. Этапы работы V и VI соответствуют этапам работы П и ni. Далее все этапы повтор ютс . Эпюра тока через коллекторы первого и второго транзисторов приведена на диаграмме 27 (фиг. 2).

5 0 5

0

Q 5 g

5

Оптимальна форма тока через транзисторы , позвол юща получить максимальное значение КПД при минимальном уровне пульсаций выходного напр жени , достигаетс , если включение транзистора происходит при напр жении на нем (0,4-0,8), а длительность паузы в токе составл ет (5-15)% от длительности периода. Данньм режим переключени транзисторов выставл етс при номинальном режиме нагрузки. При этом пороговый уровень порогового устройства 19 выбираетс так, чтобы при номинальном входном токе через датчик 18 тока ключ 20 был открыт, а часть второго резистора 13 закорочена . Первым 12 и вторым 13 резистора - ми выставл етс требуемьй уровень переключени транзисторов. Эпюры напр жени дл этого режима на первом транзисторе и первом компараторе приведены на диаграммах 25 и 26 (фиг. 2) соответственно. На втором транзисторе и втором компараторе эпюры аналогичны и сдвинуты на 180 .

При изменении тока нагрузки напр жение на выходе измен етс . Выходна характеристика преобразовател напр жени приведена на фиг. 4 (пунктирна лини дл известного преобразовател , сплошна лини - дл предлагаемого ). Увеличение выходного напр жени при малых токах нагрузки обус- ло злено тем, что выбранный режим коммутации транзисторов преобразовател обеспечивает подключение емкостного фильтра чер)ез выпр митель к вторичной обмотке при ненулевых начальных услови х тока через индуктивность рассеивани вторичной обмотки трансформатора . На диаграмме 27 (фиг. 2) ток через транзисторы на Ш и VI этапах вл етс током через индуктивность рассеивани вторичной обмотки трансформатора. Ток через транзисто- в конце Ш и VI этапов вл етс начальным значением тока зар да емкостного фильтра. Поэтому индуктивность рассе ни вторичной обмотки трансформатора вл етс источником тока зар да емкостного фильтра. Скорость разр да емкостного фильтра при , малых токах нагрузки мала. Следовательно , выходное напр жение преобразовател напр жени тем ниже, чем ниже скорость зар да емкостного фильтра, т.е. необходшю при малых токах нагрузки 1еньшать начальное

значение тока зар да емкостного фильтра.

В предлагаемом преобразователе пр уменьшении тока нагрузки сигнал на выходе датчика тока уменьшаетс , что приводит к срабатыванию порогового устройства и запиранию ключа. С помощью части резистора 13 момент переключени транзисторов выставл етс таким образом, чтобы включение транзистора происходило при практически нулевом напр жении на нем. Эпюры напр жени на первом транзисторе и первом компараторе приведены на диаграммах 28 и 29 (фиг. 3) соответственно. В этом режиме длительность Ш и VI этапов сведена к нулю за счет увеличени длительности II и V этапов. Ток через транзисторы преобразовате- л в этом режиме приведен в диаграмме 30 (фиг. 3). Его величина в начале I и IV этапов значительно меньше, чем при номинальной нагрузке и приближенно равна току холостого хода транс- форматора в данный момент времени. В св зи с тем, что при изменении режима коммутации транзисторов преобразовател напр жени снижаетс ток зар да емкостного фильтра, уменьшаетс выходное напр жение. Сплошной линией (фиг. 4) приведена выходна характеристика предлагаемого преобразовате

О.

0

0 5

0

л . Момент изменени режима коммутации транзисторов преобразовател выбираетс , как правило, при токе (0,1- 0,2) 1,0.

Таким образом, предлагаемый высоковольтный высокочастотный преобразователь напр жени обладает улучшенной выходной характеристикой за счет уменьшени выходного напр жени при малых токах нагрузки.

Claims

Формула изобретени

Высоковольтный высокочастотный прв образователь напр жени по авт. св. № 1153384, отличающийс тем, что, с целью повьшени качества выходного напр жени за счет уменьшени нестабильности выходного напр жени в широком диапазоне изменени тока нагрузки, введены пороговый элемент , ключ и датчик тока, включенный между входным выводом и отводом от средней точки первичной обмотки выходного трансформатора, причем выход датчика тока через пороговый элемент подключен к входу управлени ключа, выход которого шунтирует часть резистора , установленного между общим выводом и объединенными инвертирующими входами компараторов.

23

гь

(вых.

30

Фиг 3

гМ

1н