Регулируемый двухтактный преобразователь постоянного напряжения Советский патент 1983 года по МПК H02M3/335 

Изобретение относится кэлектротехнике, точнее к преобразовательной технике, и может найти применение во вторичных источниках электропитания (ВИП) радиоэлектронной аппаратуры, автоматики и средств связи.

Известны регулируемые двухтактные преобразователи, построенные по схемам мостовых, полумостовых преобразователей И схемам со средней точкой, в которых накопитеопзный дроссель включается на , выходе преобразователя Ij . , Недостатком этих схем является невысокая надежность, обусловленная незащищенностью силовых транзисторов от сквоз ных токов при их пер,еключении, от явлений одностороннего подмагничивания и короткого замыкания на его вторичных обмотках на время восстановления обратног сопротивления выпрямительных диодов. Последнее увещйчивает также уровень высокочастотных помех на выходе преобразователя,Известны также регулируемые двухтактные преобразователи с накопительным дросселем, включенным на входе преобразователя 2 .

В них частично устранен основной недостаток классических схем двухтактных преобразователей. Однако в этих схемах имеет место снижение КПД и массообъемных показателей из-за того, что при одном и том же напряжении источника питания и прочих равных условийх напряжение на силовых транзисторах в них значительно больше, чем в обычных схемах с дросселем, включенным на входе.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является регулируемый двухтактный преобразователь постоянного напряжения, содержащий две пары силовых транзисторов, два коммутирующих диода, соединенных с соответствующими выводами первичных обмоток выходного трансформатора, вторичные обмотки которого через вьшрямитель и фильтр связанй с выходными выводами, при этом первый входной вывод подключен к одному из концов накопительного дросселя, а второй входной вывод присоединен к эмиттерам силовых транзисторов первой пары 3 .

Однако в известном преобразователе больщого напряжения на двух (из .четырех) силовых транзисторах, достигающего почти трехкратного значения напряжения источника питания Ер, возрастают потери мощности в транзисторах и диодах обратного хода, соответственно увеличиваются габариты охлаждающих и других сопутствующих узлов. Кроме того, необходимость применения мощных высоковольтных транзисторов и диодов на напряже- ние 1500-2000 В практически исключает реализацию преобразователя в современны высокоэффективных ВИП, питающихся непосредственно от вьтрямителя трехфазной промышленной сети, с максимальным значением вьпфямительного напряжения ок. 600 В..

Целью изобретения является повьпиение КПД и улучшение массогабаритных показателей преобразователя.

Поставленная цель достигается тем, . что в регулируемом двухтактном преобразователе постоянного напряжения, содержащем две пары силовых транзисторов, два коммутирующих диода, соединенных с соответствующими выводами первичных обмоток выходного трансформатора, вторичные обмотки которого через вьшрямитель и фильтр связаны с выходными выводами, при этом первый входной вывод подключен к одному из концов накопительного дросселя, а второй входной вывод присоединен к эмиттерам силовых транзисторов первой пары, каждая первичная, обмотка включена в соответствующей фазе между коллектором одного из силовых транзисторов первой пары и эмиттером соответствующего по такту силового транзистора второй пары, при этом коллекторы транзисторов второй пары объединены и подключены ко второму выводу накопительного дросселя, с первым выводом которого соединены катоды коммутирующихдиЪ дов, аноды каяодого из.которых подключены к коллектору соответствующего силово/го транзистора первой пары.

На фиг. 1 |преасгавлена. принципиальная энектрическая схема преобразователя, на фиг. 2 - BpeNieHHbie диаграммы, поясняющие его работу.

Преобразователь содержит две пары силовых трансформаторов 1 и 2 и 3, 4, связанных с выходным трансформатором 5, имеющим первичные 6, 7 и вторичные 8, 9 обмотки, дроссель 10, при этом вторичные обмотки 9 и 10 связаны через вьшрямитель на диодах 11, 12 и конденсатор 13 с выходными выводами для подключения нагрузки 14, коммутирующие аиоаы 15, и 16. Устройство содержит также ocfc 17 времени, эпюры 18-20 напряжения на управляющих вкопйх транзисторов 1 3, tiDH этом транзистору 4 соответствует

эпюра 20 со сдвигом на попупериод Т/2, эпюры 21 и 22 токов коллекторов транэи-, сторов 1 и 3. соответственно транзисторам 2 н 4, пунктирные участки эшор, эпюры 23 напряжения на дросселе 10, s эпюры 24 и 25 напряжения на транзцрторах 1 и 3 соответственно; транзисто рам 2 и 4 соответствуют те же формы напряжений , но сдвинутые на один полупериод Т/2.10

Преобразователь работает следующим образом.

От схемы управления на управляющие выводы транзисторов. 1 и 2 подаются ширстно модулированные импульсы управл€- 15 ния длительностью OS-tn /2 и паузой -tv,(эпюры 18 и 19), а на входы транзисторов 3 и 4 - прямоугольные импульсы - эпюры 2О. В промежутке времейи от О до t открыты транзисторы 1 и 3.20 Ток протекает по цепи: первый входной

вывод - дроссель Ю -транзистор 3, об.мотка б - транзистор 1 - второй входной вывод.

Энергия источника питания частично 25 поступает на нагрузку 16, частично накапливается в дросселе 10. В момент - запирается транзистор 1, что означает прекращение поступления энергии от источника питания и начало передачи на дагруз-зо ку 16 накопленной энергии в дросселе 1О. Вследствие этого на дросселе 10 меняется полярность напряжения (эпюра 23). В промежутке времени отЪ до, ток протекает по цепи: конец обмотки дроссе зз ля 10-транзистор 3, обмотка 6 - диод 15 - начало обмотки дросселя, т.е. на трансформаторе 5 сохраняется величина и направление тока и напряжение в течение всего полупериода Т/2. При этом то-40 ки в транаястсрах 1 и 3 имеют форму, приведенную на эпюрах 21 и 22 соответственно.

В uoMeirri: - эеащ а&еся транзистор 3 и отпираются транзисторы 2 и 4. Ток от j источника питания протекает уже через

, кЪнец-начало обмотки 7, изменяя rtcaispность напряясений на трансформаторе 5,

а в момент-t -j+bvi запирается траизистор 2 и открывается даод 16 с повторением описанных для первого полупериода

процесс ОБ. Далее: процессы в полупериодах повторяются поочередно и периодически.

Так как в огличий ог известного устрой сгва коллекторы транзисторов 1 и 2 свя заны с первым входным выводим (ппю сом источника питания) непосредственно через диоды 15 и 16, то в пюбом режиме напряжение на этих транзисторах в их запертом состоянии не может быть вьпие напряжения источника питания В. В прртотипе же напряжения на них ступенчато увеличивается от значения E&TiMOKC ® чала до ,a затем до Ев1{ддокс+ БХММН -i (здесь максимальное напряжение на обмотках 6 и 7 принято равным ). Это означает, что при напряжении питания, изменяющемся в пределах от 40О до 60О В, напряжение на транзисторах 1 и 2 достигает значе - ние 1400 В. В предлагаемой схеме оно равно Eg)XMOKC. т.е. 6ОО В. На транзисторах же 3 и 4 напряжение на участках второй ступени эпюры 25, как и в прототипе, не превышает значения 2Ер,51д,ц Соответственно уменьшению напряжения уменьшаются и потери на транзисторах и 2 в режимах отсечки и отпирания, а также сокращаются мощность и габариты дополнительных элементов (показанных пдя примера пунктирно на фиг. 1 только .для транзистора 2), как правило, применяемых на практике для ограничения и корректировки фронтов переключения. Таким образом, данная схема при одних и тех жв составных элементах и прочих равных условиях обеспечивает снижение напряжения на основных (регулирующих) силовых транзисторах преобразователя почти в 2,5 раза. Это позволяет, помимо повышения КПД и массо-габаритных показателей, существенно расширить сферу применяемости этого класса регулируемых преобразователей с накопительным дрос«сёлем, включенным на входе, и тем самым эффективнее использовать их ценные качества.

g t f tjt

П

РЕГУЛИРУЕМЫЙ ДВУХТАКТНЫ И ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содфясапгай две пары силовых транзисторов, два коммутирующих диода, соединённых с соответствующими выводами первичных обмоток выхрдгнего трансформатора, вторичные О1бмотки которого через выщрямвггель и фюштр съяс заны с выходными выводами, при этом ; первый входнрй вывод подключен к одному №з кощов накопительного дросселя,. а второй входной вывод присоединен к эмиттерам силовых транзисторов первой пары, от .ли ч а ю .щ и и сгя тем, что . с целью повьпиения КПД и улучшения массо габаритных показателей преобразовате Ля,, каждая первичная обмотка выходного трансформатора включена в соответствующей фазе между коллектором одного.из силовых транзисторов первой пары н эмйт1 тером соответствующего по такту силового транзистора второй пары, при этом коллекторы транзисторов второй пары объедит (Л неньт и подключены ко второму ВЫВОДУ накопительного дросселя, с первым которого соединены катоды коммуттфуюздих дйЬдов, аноды каждого из которыхподключены к коллектору- соответствующего силового транзистора первой пары. со 00 СО

ijfWW fc«4«:

vw

ц l

n-П.