Преобразователь постоянного напряжения Советский патент 1984 года по МПК H02M3/335 

f е

IK i

Т Tf

ел

Г

п 13

X)

га

:о

1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ по авт. св. №978293, отличающийся тем, что, с целью повымения надежности, параллельно первичной обмотке каждого выходного трансформатора подключены введенные цепочки из последовательно включенных диода и конденсатора, первые выводы конденсаторов этих цепочек подключены к точкам присоединения ключевого элемента с первым выводом первичной обмотки соответствуняцего выходного трансформатора, а между точками соединения вторых выводов конденсаторов с диодс1ми включен токоограничительный элемент-. 2.Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что в качестве токоограничительного элемента использован резистор, 3.Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что в качестве токоограничительного элемен- та использован дроссель. (Л

фиг. I

Изобретение относится к электротехнике и может быть, использовано в системах вторичного электропитания для преобразования постоянного напряжения.

По основному авт. св. № 978293 известен преобразователь постоянного напряженияf содержащий две последовательно присоединенные к входным выводам однофазные инверторные ячейки, каждая из которых содержит ключевой элемент, подсоединенный к дервичной обмотке выходного трансформатора, вторичная обмотка которогр через соответствующий выпрямитель присоединена к общему LCD-фильтру, выход которого подключен к выходным выводам, причем точка присоединения каждого ключевого элемента с одним из выводов первичной обмотки соответствующего выходного трансформатора подключена к соответствующему первому электроду рекуперацио:нного диода, при этом параллельно входным выводам присоединен емкостной делитель напряжения, средняя точка которого соединена с другими выводами первичных обмоток выходных трансформаторов, а каждая из крайних точек этого делителя напряжения подключена к соответствующим вторым электродам рекуперационных диодов. Чтобы ключевые элементы преобразователя постоянного напряжения ни при каких условиях не выводились из области безопасных рабочих режимов необход 1мо применение RCD-цепочек для уменьшения скорости нарастания напряжения на закрывающемся ключевом элементе l .

Недостатком известного преобразователя напряжения является то, что .амплитуда напряжения на конденсаторах RCD -цепочек равна напряжению источника питания преобразователя. Кроме того, для каждого ключевого элемента должна быть установлена индивидуальная RCD -цепочка. Большие 1 динамические потери при вкл: чении ключевых элементов вызваны большими по величине и)/тульсами тока через ключевые элементы при разряде конденсаторов RCB -цепочек и являются причиной низкого КПД известного г$реобразователя постоянного напряжения. Кроме того, при больших величинах емкостей конденсаторов RCD -цепочек в резисторах вьзделяется значительная активная мощность, что Приводит к ухудшению тепловых режимов работы элементов и снижению надежност.и преобразователя.

Цель изобретения - повышение надежности преобразователя постоянного напряжения путем уменьшения амплитуды напряжения на конденсаторах RCBкепочек изменяющих траектории рабочих точек ключевых элементов.

nocTaBJi6;HHaH цель достигается тем что в преобразователе постоянного напряжения параллельно первичной обмотке ка хдого выходного трансформатора подключены цепочки из последовательно включенных диода и конденсатора, причем первые выводы конденсаторов этих цепочек подключены к точкам присоединения ключевого элемента с первым выводом первичной обмотки соответствующего выходного трансформатора, .а между точками соединения вторых выводов конденсаторов с диодами включен токоограничительный элемент.

В качестве токоограничительного элемента может быть включен резистор

Кроме того, в качестве токоограничительного элемента может быть включен дроссель.

На фиг. 1 представлена электрическая схема преобразователя постоянного напряжения; на фиг. 2 - временные диаграгФ1Ы напряжений и токов, иллюстрируквдие его работу.

Преобразователь постоянного напряжения (фиг. 1) содержит две последовательно присоединенные к входным выводам преобразователя инверторные ячейки. Первая инверторная ячейка содержит ключевой элемент 1, входной конденсатор 2, выходной трансформатор 3 с первичной обмоткой 4 и выходной обмоткой 5, однотактньлй выпрямитель б и рекуперационный диод 7. Вторая инверторная ячейка содержит ключевой элемент 8, входной конденсатор 9, выходной трансформатор 10 с первичной обмоткой 11 и выходной обмоткой 12, однотактный выпрямитель 13 и рекуперационный диод 14. Обе инверторные ячейки работают противофазно на общий диодно-индуктивно емкостной фильтр 15-16-17.

К выходным выводам преобразователя подключена нагрузка 18. Входные конденсаторы 2 и 9 образуют емкостной делитель напряжения, средняя точка которого соединена с выводами первичных обмоток выходных трансформаторов 4 и 11, а к каждой крайней точке второго делителя напряжения подключены соответствуквдие электроды рекуперационных диодов 7 и 14. Параллельно первичной обмотке 4 выкодного трансформатора 3 подключена цепочка из последовательно соединенных

диода, 19 и конденсатопа 20. Паоаллелно первичной обмотке 11 выходного трансформатора 10 подключена цепочка из последовательно соединенных диода 21 и конденсатора 22. Первый вывод конденсатора 20 подключен к точке присоединения ключевого элемента 1 с первичной обмоткой 4 выходного . трансформатора 3, а первый вывод конденсатора 22 подключен к точке присоединения ключевого элемента 8 с первичной обмоткой 11 выходного трансформатора 10. Между точками соедине ния вторых выводов конденсаторов 20 и 22 с диодами 19 и 21 соответственно включен дополнительный резистор Вместо резистора 23 может быть включен дополнительный дроссель 2. Преобразователь постоянного напр жения работает следующим-образом. Ключевые элементы 1 и 8 работают поочередно и управляются импульсами напряжения, сдвинутыми на полови периода коммутации ключевого элемен та каждой инверторной ячейки. Предположим, что ключевой элемент 1 открыт, а ключевой элемент 8 закрыт. При этом к первичной обмотке 4 тран сформатора 3 прикладывается напряжение, равное ЕПИТ /2; (где на пряжение источника питания преобразователя, подключенного к входным вы водам). Контур протекания тока первичной обмотки 4 трансформатора 3 замыкается на цепи: 2-1-4-2. В течение открытого состояния ключевого элемента 1 проводит выпря мительный диод б и энергия со вторич ной обмотки 5 трансформатора 3 посту пает на выходной дроссель 16 и нагрузку 18 преобразователя. Кроме этого при открывании ключевого элемента 1 начинает протекать ток заря да конденсатора 20, который замыкается по цепи 2-1-20-23-21-2. В течение открытого состояния ключевого элемента 1 (интервал времени t -t на фиг. 2) конденсатор 20 заряжаетс до напряжения, равного , при этом максимальная величина зарядного тока конденсатора ограничена соп ротивлением резистора 23. При выключении ключевого элемента 1 (момент времени t,2 под воздействием ЭДС самоиндукции открывается диод 19 начинается процесс перезаряда конденсатора 20. В тот же момент временизакрывается выпрямительный диод 6. Ток перезаряда конденсатора возрастает пропорционально уменьшению тока ключевого элемента 1. По мере перезаряда конденсатора напряжение на конденсаторе увеличивается замедленно и поэтому динамические потери при включении ключевого элемента 1 и ско рость возрастания напряжения на ключевом элементе 1 уменьшаются, в момент времени t (фиг. 2) ключевой эле мент полностью закрывается и его токстановится равным нулю. Процесс пере заряда конденсатора 20 на интервале продолжается за счет энерги, на копленной в индуктивности намагнич вания трансформатора 3. В момент вре мани 1 напряжение на конденсаторе 20 достигает значения Е,,- /2 и ток перезаряда конденсатора 20 с :ановится равным нулю, В этот же времени под воздействием ЭДС самоиндукции первичной обмотки4 трансформатора 3 открывается рекуперационный диод 7 и начинается процесс рекуперации энергии, накопленной в индуктивности намагничивания трансформатора 3, Рекуперация энергии, накопленной в индуктивности намагничивания трансформатора 3, идет на интервале времени i-; -t , при этом напряжение на ключевом элемента 1 фиксируется на уровне ° мент времени i, указанный процесс рекуперации энергии, накопленной в индуктивности намагнр{чивания трансформатора 3, прекращается. На интервале времени ig - t происходит разряд конденсатора 20 на первичную обмотку 4 трансформатора 3, при этом ток разряда замыкается по цепи: 20-23-21-4-20. В момент времени {7 напряжение на конденсаторе 20 достигает нуля. Ток разряда конденсатора 20, текущий на интервале по обмотке 4 трансформатора 3 намагничивает сердечник трансформатора 3 в направлении, противоположном намагничиванию его при открытом состоянии ключевого элемента. В момент времени t вновь открывается ключевой элемент 1 и процессы повторяются. Во второй инверторной ячейке процессы протекают аналогично.В момент времени ty открывается ключевой элемент 8 и начинает протекать ток по первичной обмотке 11 трансформатора 10, который замыкается по контуру: 9-11-8-9. При этом к первичной обмотке 11 трансформатора 10 прикладывается напряжение, равное , /2, а выпрямительный диод 1Т находится в проводящем состоянии и энергия со вторичной обмоткой 12 трансформатора 10 поступает на выходной дроссель 16 и нагрузку преобразователя 18. Кроме этого при открывании ключевого элемента 8 начинает протекать ток заряда конденсатора 22, который замыкается по цепи: 9-19-23-22-8-9. В течение открытого состояния ключевого элемента 8 конденсатор 22 заряжается до напряжения, равного Епит/2/ при этом максимальная величина зарядного тока конденсатора ограничена сопротивлением резистора 23. При выключении ключевого элемента 8, в момент времени ig (фиг, 2) на первичной обмотке 11 трансформатора 10 возникает ЭДС самоиндукции, под воздействием которой открывается диод 21 и начинается процесс перезаряда конденсатора 22. В этот же момент времени закрывается выпрямительный диод 13. В момент времени з ключевой элемент 8 закрывается полностью и его ток становится равным нулю. На интервале времени ti) - f.o перезаряд конденсатора 22 происходит за счет энергии, накопленной в