Преобразователь постоянного напряжения Советский патент 1984 года по МПК H02M7/537 

Изобретение относится к области преобразовательной техники и можзт быть использовано при разработке вторичных источников электропитания

Известен преобразователь напряже ния, вьшолненньй по мостовой схеме, которьй содержит четыре ключа, транформатор с девятью,обмотками и задаю1Щ1й генератор ГЛ .

Недостатком устройства является большая мощность, потребляемая от задающего генератора для управления силовыми ключами при большой выходной мощности инвертора, т.е. низкий ЮТД устройства.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является преобразователь, содержащий инверто на силовых транзисторах с выходным трансформатором, включенным в диагональпеременного тока, рекуперативные диоды, два трансформатора тока, первичные обмотки которых включены в цепь коллекторов силовых транзисторов, причем управляющие переходы последних через диод, шунтированный конденсатором, подключены к базовым обмоткам трансформаторов тЬка, управляющие обмотки которых соединены с узлом управления, при этом рекуперативные диоды шунтируют силовые переходы транзисторов 2} .

Недостатками известного преобразователя (определяемыми полумостовой схемой .его вьшолнения) являют ся. неполное использование силовых транзисторов по току при необходимой выходной мощности и значительная мощность, потребляемая от узла управления, что приводит к снижегнию КПД.

Эти недостатки отсутствуют в мостовом инверторе. Однако мостовой инвертор, вьшолненный простым повторением аналогичного соединения ключей с токовым управлением для второго плеча, должен иметь четыре трансформатора тока с тремя обмоткa ш, что усложняет его схему и процессы одновременного открывания и закрывания ключей.

Цель изобретения - повьш1ение КПД за счет уменьшения мощности управления и более полного использования транзисторов по току.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователе постоянного напряжения, содержащем инверто на силовых транзисторах с выходным трансформатором, включенным в диагональ переменного тока, рекуперативные диоды, два трансформатора тока, первичные обмотки которых включены в цепь коллекторов силовых транзисторов, причем управляющие переходы последних через диод подключены к базовым обмоткам трансформаторов тока, управляющие обмотки которых подключены к узлу управления, инвертор выполнен по мостовой схеме каждый трансформатор тока снабжен второй базовой обмоткой, а в цепи эмиттеров силовых транзисторов включены дополнительные резисторы, при этом первичные обмотки трансформаторов тока включены в цепь коллекторов транзисторов связанных с общим входным вьгоодом каждого плеча, базовые обмотки трансформаторов тока подключены к управляющим переходам транзисторов, под-, ключенньк к разнополярным входным выводам противоположных плеч,причем рекуперативные диоды шунтируют последовательные цепи из силового перехода транзистора и дополнительного резистора. t .

На фиг.1 приведена принципиальная электрическая схема инвертора, на фиг.2 - схема управления.

Преобразователь содержит мостовой инвертор, состоящий из плеча 1, выполненного на силовых транзисторах 2 и 3, дополнительньк резисторах 4 и 5, рекуперативных диодах 6 и 7, конденсаторах 8 и 9, диодах 10 и 11 и трансформаторе 12 тзка с первичной обмоткой 13, базовыми обмотками 14 и 15 и управляющей обмоткой 16, .плеча 17, выполненного на силовых транзисторах 18 и 19, дополнительных резисторах 20 и 21, рекуперативных диодах 22 и 23, конденсаторах 24 и 25, диодах 26 и 27 и трансформаторе 28 тока с первичной обмоткой 29, базовыми обмотками 30 и 31 и управляющей обмоткой 32, входные вьшоды 33 и 34 узлы 35 и 36 управления. В диагональ переменного тока включена первичная обмотка выходного трансформатора 37.

Схема узлов 35 и 36 управления (фиг.2) содержит ключ 38, диоды 39 и 40, резисторы 41-43, вьтод. 44

3/1

питания, общий вьгоод 45 вход 46, .выходные вьтоды 47 и 48.

В плече 1 мостового инвертора последовательно соединены силовой переход транзистора 2, дополнительный резистор 4, первичная обмотка 13 трансформатора 12 тока, силовой переход транзистора 3 и дополнительный резистор 5. Параллельно транзистору 2 и резистору 4 включен рекуперативный диод 6, а параллельно транзистору 3 и резистору 5 включен рекуперативный диод 7. Управляющий вход транзистора 2 соединен через базовую обмотку 30 трансформатора 28 и параллельно соединенные диод 10 и конденсатор 8 с резистором 4, а упра:вляющий вход транзистора 3 соединен через базовую обмотку 15 трансформатора 12 и параллельно соединенные диод 11 и конденсатор 9с резистором 5. Плечо 17 мостового инвертора содержит последовательно соединенные силовой переход транзистора 18,дополнительный резистор 20, первичную обмотку 29 трансформатора28, силовой переход транзистора 19 и резистор 21. Параллельно транзистору 18 и резистору 20 включен рекуперативный диод 22, а параллельно транзистору 19 и резистору 21 включен рекуперативный диод 23. Управляющий вход транзистора 18

соединен через базовую обмотку 14 трансформатора 12 и параллельно соединенные диод 26 и конденсатор 24 с резисторов 20, а управляющий вход транзистора 19 соединен через базовую обмотку 31 трансформатора 28 и параллельно соединенные диод 27 и конденсатор 25 с резистором 21. Узлы 35 и 36 управления, соединены с управляющими обмотками 16 и 32 тран сформаторов 12 и 28. Узлы 35 и 36 управления содержат транзистор 38, змиттер которого соединен с выводом 44 питания, коллектор - с выходом 47, база соединена через резисторы 41 и 42 с вьшодом 44 питания и управляющим входом 46, а параллельно транзис.тору 38 включен диод 39. Выход 47-соединен через диод 40 с выводом 44 питания, а через резистор 43 с общим вьшодом 45. .

Преобразователь работает следующим образом..

283554

На вход узлов 35 и 36 управления подаются две последовательности управляющих импульсов положительной полярности, сдвинутые друг от5 носительно друга на полпериода.

Работу преобразователя, рассмотрим на примере работы транзисторных ключей 3 и 18. В интервале времени, когда на входе 46 сигнал равен нулю,

10 транзистор 38 узла 36 управления открыт и через управляющую обмотку 16 трансформатора 12 тока через вьгооды 44 и 45 протекает ток, при котором на базу ключей 3 и 18 пода15 ется отрицательное напряжение. В течение этого интервала времени в трансформаторе 12 тока запасается энергия. При подаче положительного импульса на вход 46 транзистор

20 38 закрывается, цепь обмотки ynpaBiления трансформатора 12 разрывается и на базах транзисторов 3 и 18 ф.ормируется короткий положительный выброс тока, достаточный для откры25 вания транзисторов 3 и 18 на время, пока через нагрузку не начнет протекать ток.

Реальные транзисторы имеют разброс ПОнапряжению насыщения ба30 за-эмиттер, в результате чего два ключа не могут открыться и.инвертор теряет работоспособность. Для предотвращения этого явления в эмиттеры транзисторов включены резисторы 4, 5, 20 и 21, которые обеспе35

чивают развязку транзисторов.

Для обеспечения симметричности обоих плеч инвертора первичные обмотки 13 и 29 обоих трансформаторов тока включены в коллекторы транзисторов 3 и 19 нижнего плеча. .Подключение рекуперативных диодов 7 и 23 к коллекторам ключей 3 и 19 обеспечивает протекание обратного тока, вызванного ЭДС самоиндукции обмотки 37 трансформатора нагрузки, через первичные обмотки 13 и 29 трансформаторов 12 и 28 тока во время защитной паузы между з крьшанием одних и открьюанием других транзис-.

торов, что обеспечивает размагничивание сердечников трансформаторов тока. Однако при таком включении на базовых обмотках будет генерироваться обратное напряжение, которое может вывести из строя переходы база-эмиттер транзисторов. Диоды 10, 11, 26 и 27 служат для защиты

переходов база-эмиттер транзисторов от повышенного напряжения обратной полярности в моменты, когда транзисторы закрыты и протекает обратный рекуперативный ток, а также, когда открыт транзистор 38 и трансформатор тока перемагничивается на холостом ходу. Конденсаторы 8, 9, 24 и 2$ обеспечивают ускоренное рассасывание зарядов в области базы и более быстрое переключение транзисторов из открытого состояния в закрытое.

протекании тока через нагрузку этот же ток протекает через первичную обмотку трансформатора ,12, откуда он трансформируется в базовые обмотки и поддерживает ключи 3 и 18 в открьЛтом состоянии в течение длительности импульса управления. При окончании импульса управления на входе 46 открывается транзистор 38, в результате чего обмотка 16 управления трансформатора 12 тока в первый момент шунтируется малым сопротивлением открытого транзистора 38 и диода 40. Ток в базовых обмотках уменьшается и транзисторы 3 и 18 начинают закрываться, а так как уменьшение тока коллекторов транзисторов 3 и 18 приводит к еще большему уменьгвению токов в ба-зовых обмотках, то транзисторы 3 и 18 закрь1ваются. Затем по управляющей ; обмотке трансформатора 12 .тока начинает снова протг-кат1у ток через

ВЫВОДЫ 44 и 45, и транзисторы 3 и 18 подготавливаются к повторению цикла.Аналогичным образом работают ключи 2 и 19. Так как управляющие импульсы, подаваемые на узлы 35 и 36 управления, сдвинуты друг относительно друга на полпериода, то ключи 2, 19 и 3, 18 работают в противофазе, и на нагрузке формируется переменное напряжение.

видно из описания инвертора, энергия для поддержания ключей в открытом состоянии поступает из коллекторной цепи силовых транзисторов а от узла управления подается энергия только для первоначального открывания ключей. За счет такого построения инвертора отпадает необходимость применения узлов управления. Аналогично можно строить многофазные инверторы. I

Таким образом, мостовой преобразователь содержит только два трансформатора тока вместо четвфёх, обеспечивает на нагрузке переменное напряжение с амплитудой, равной пол ному напряжению источника.питания, что приводит к более полному использованию транзисторов по току, и . потребляет от узла управления малую мощность при большой выходной мощности инвертора, т.е. имеет высокий КПД.

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТаЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий инвертор на силовых транзисторах с выходным трансформатором, включенным в диагональ переменного тока, рекуперативные диоды, два трансформатора тока, первичные обмотки которых включены в цепь коллекторов силовых транзисторов, причем управляющие переходы последних через диод подключены к базовым обмоткам трансформаторов тока. управляющие обмотки которых подключены к узлу управления, о т л и ,4 а ющ и и с я тем, что, с целью повышения ЩД за счет уменьшения мощности Зшравления w более полного использования силовых транзисторов по току, инвертор вьтолнен по мостовой схеме, каждый трансформатор тока снабжен второй базовой обмоткой, а в цепи эмиттеров силовых транзисторов включены дополнительные резисторы, при этом первичные обмотки трансформаторов тока включены в цепь коллекторов транзисторов, связанных с общим входнь1м вьгаодом каждого плеча, § базовые обмотки трансформаторов тока подключены к управляющим.перехо(О дам транзисторов, подключенных к разнополярньм входньм выводам протиные диоды. шунтируют последовательные g цепи из силового перехода транзис- тора и дополнительного резистора.