ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ Российский патент 1995 года по МПК H02M7/5387 H02M3/337 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано в электротехнологии, источниках питания.

Аналогом изобретения является транзисторный инвертор [1], выполненный по полумостовой схеме, с регулированием выходной мощности методом ШИМ. Данная схема является широко регулируемой, но имеет значительные динамические потери и, соответственно, плохие массогабаритные показатели.

Прототипом является регулируемый преобразователь постоянного напряжения в постоянное с трапецеидальной формой тока и напряжения [2], представляющий собой транзисторный инвертор, выполненный по полумостовой схеме, каждый транзистор которого шунтирован возвратным диодом и коммутирующим конденсатором, с дросселями переменного тока L₁, L₃ на первичной стороне транзисторного инвертора и дросселем L₂ на вторичной стороне преобразователя. Недостатком схемы является небольшая ширина регулирования выходного напряжения, так как время запертого состояния транзистора не должно превышать времени перезаряда коммутирующих конденсаторов и времени вывода энергии из дросселей L₁, L₃, а так как среднее значение напряжения на обмотках дросселей переменного тока за период равно нулю, следовательно, γ не может быть меньше 0,5. Недостатком схемы является также невысокая надежность из-за необходимости контролирования вывода энергии из дросселей, так как после вывода энергии из дросселей коммутирующие конденсаторы заряжаются до значения, равного половине питающего напряжения, и включение транзистора после вывода энергии из дросселей сопровождается прохождением недопустимого тока разрядки конденсатора через транзистор.

Целью изобретения является увеличение диапазона регулирования выходного напряжения и повышение надежности преобразователя, т.е. исключение возможности прохождения недопустимого тока разрядки конденсатора через коллектор-эмиттер транзистора при его включении.

Для этого в преобразователь постоянного напряжения в постоянное, содержащий транзисторный инвертор, выполненный по полумостовой схеме, к диагонали переменного тока которого подсоединена обмотка дросселя, к коллектор-эмиттерам транзисторов которого параллельно подключены обратный диод и коммутирующий конденсатор, первичная обмотка трансформатора которого последовательно соединена с обмоткой дросселя, а вторичная обмотка через выпрямительные диоды и обмотку дросселя подключена к конденсатору, введены транзистор, коллектор-эмиттер которого шунтирован обратным диодом, при этом коллектор транзистора подключен к положительной входной клемме и конденсаторному делителю, а эмиттер - к коллектору транзисторной стойки полумоста, и транзистор, коллектор-эмиттер которого шунтирован обратным диодом, при этом коллектор транзистора подключен к эмиттеру транзисторной стойки полумоста, а эмиттер - к отрицательной входной клемме и конденсаторному делителю, а первичная обмотка трансформатора с последовательно соединенной обмоткой дросселя подсоединена к диагонали переменного тока преобразователя.

Введение двух транзисторных ключей с возвратными диодами предотвращает заряд коммутирующих конденсаторов после вывода энергии из дросселей, что повышает надежность схемы и позволяет увеличить диапазон регулирования выходного напряжения.

На фиг. 1 приведена электрическая схема преобразователя постоянного напряжения в постоянное; на фиг. 2 - временные диаграммы токов и напряжений.

Преобразователь постоянного напряжения в постоянное содержит трансформатор 1, транзисторные ключи 2 - 5, обратные диоды 6 - 9, коммутирующие конденсаторы 10 и 11, выпрямительные диоды 12 и 13, дроссели 14 и 15 переменного тока, дроссель 16, конденсатор 17 и конденсаторные делители 18 и 19.

Преобразователь постоянного напряжения в постоянное работает следующим образом.

В момент времени t₀ на базы транзисторных ключей 2 и 3 подается отпирающий импульс. Скорость нарастания тока имеет постоянные времени, обусловленные дросселем 14, обеспечивающим сравнительно быстрый подъем тока до рабочего значения, и индуктивностью дросселя 16 на вторичной стороне трансформатора, поддерживающей выходной ток на уровне рабочего, при этом напряжение на коммутирующем конденсаторе 10 равно напряжению на коллектор-эмиттере открытого транзисторного ключа 3. При подаче в момент времени t₁ на базу транзисторного ключа 3 запирающего импульса напряжение на коммутирующем конденсаторе благодаря энергии, накопленной в дросселях 14 и 15, нарастает до питающего напряжения, а напряжение на коллектор-эмиттере ранее закрытого транзисторного ключа 4 понижается до нулевого. После зарядки коммутирующего t₂ конденсатора 10 до напряжения питания подается запирающий импульс тока на базу транзисторного ключа 2, последний запирается при нулевом токе (t₃), в течение промежутка времени t₂ - t₃ выводится энергия, накопленная в обмотках дросселей 14 и 15. Так как во время паузы t₃ - t₄ напряжение на коммутирующих конденсаторах 10 и 11 не изменяется, в течение паузы нет необходимости контролировать вывод энергии из дросселей 14 и 15. Минимальная длительность импульса t₀ - t₁ при надежной работе преобразователя равна промежутку времени, за который дроссели 14 и 15 переменного тока накапливают энергию, необходимую для перезарядки коммутирующих конденсаторов 10 и 11. Таким образом, преобразователь постоянного напряжения в постоянное работает надежно при большом диапазоне регулирования выходного напряжения. В момент времени t₄ подаются отпирающие импульсы на базы транзисторных ключей 4 и 5 и т.д.

Использование: в источниках электропитания чаеподрезательных аппаратов. Сущность изобретения: увеличение диапазона регулирования выходного напряжения и повышение надежности преобразователя постоянного напряжения с трапецейдальной формой тока и напряжения. В начальный момент времени на базы транзисторных ключей 2 и 3 подаются отпирающие импульсы. Скорость нарастания коллекторных токов транзисторных ключей 2 и 3 ограничена небольшой индуктивностью дросселя 14. При достижении тока коллектора рабочего состояния он поддерживается на этом уровне дросселем 16, а напряжение на коммутирующем конденсаторе 10 равно напряжению на коллектор-эмиттере открытого транзисторного ключа 3. По окончании импульса закрывается транзисторный ключ 3, а ток, протекающий через конденсатор 10, заряжает его до напряжения питания благодаря дросселям 14 и 15. Процесс вывода оставшейся энергии из дросселей 14 и 15 осуществляется через обратные диоды 8 и 9, при этом напряжение на конденсаторе 11 равно напряжению на открытом диоде 8. В течение паузы напряжение на конденсаторах не изменяется и транзисторные ключи 4 и 5 в момент времени включаются при нулевом напряжении. 2 ил.

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ, содержащий транзисторный инвертор, выполненный по полумостовой схеме на силовых транзисторах, зашунтированных соответствующими конденсаторами и обратными диодами, диагональ постоянного тока которого присоединена к входным выводам питания, а диагональ переменного тока - к последовательно соединенным цепям дросселя и первичной обмотки выходного трансформатора, вторичная обмотка которого через выпрямительные диоды и дополнительный дроссель подсоединена к накопительному конденсатору выходной цепи, блок управления, выполненный обеспечивающим поочередную коммутацию силовых транзисторов с паузой на нуле, отличающийся тем, что в цепи электродов силовых транзисторов, соединенных с входными выводами, введены согласно последовательно дополнительные транзисторы, зашунтированные соответствующими введенными обратными диодами, а блок управления выполнен обеспечивающим одновременное включение силового и дополнительного транзисторов соответствующего плеча и выключение дополнительного транзистора при достижении напряжения на соответствующем конденсаторе уровня напряжения питания.