Преобразователь постоянного напряжения в постоянное Советский патент 1985 года по МПК H02M3/335 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в источниках вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры. По основному авт.св. № 978293 известен преобразователь постоянного напряжения в постоянное, содержа щий две последовательно .присоединен ные к входным выводам инверторные ячейки, каждая из которых содержит ключевой элемент, присоединенньй к первичной обмотке выходного трансформатора, вторичная обмотка которого через соответствующий выпрямитель присоединена к общему LCDфильтру, выход которого присоединен к выходным выводам, причем точка присоединения каждого ключевого элемента с одним из выводов первичной обмотки соответствующего выходного трансформатора подключена к соответствующему первому электроду рекуперационного диода, параллельно входным выводам присоединен введенный емкостной делитель напряжения, средняя точка которого соединена с другими выводами первичных обмоток выходных трансформаторов, а.каждая из крайних точек этого делителя под ключена к соответствующим вторым электродам рекуперационных диодов tlJНедостатком известного преобразователя является зависимость напря жений на конденсаторах емкостного делителя от симметрии первичной и вторичной ,цепей устройства. Симметрия первичной цепи преобра зователя напряжения определяется равенством активных сопротивлений первичных обмоток выходных трансфор маторов инверторных ячеек, равенством длительностей импульсов управле ния, времен рассасывания и напряжений насыщения ключевых элементов ин верторных ячеек. Симметрия вторичной цепи преобра зователя напряжения определяется равенством значений прямого напряже ния вьтрямительных диодов и сопроти лений нагрузки выходных выпрямителе преобразователя напряжения, равенством коэффициентов трансформации выходных трансформаторов инверторны ячеек. Несимметрия первичной и вторично цепей приводит к тому, что напряжения на конденсаторах емкостного делителя становятся различными по величине. В результате этого снижается надежность и КПД преобразователя постоянного напряжения в постоянное, ухудшаются его весогабаритные показатели, так как.ухудшается траектория переключения коммутирующих транзисторов инверторных ячеек, нарушается равенство коллекторных токов коммутирующих транзгсторов, появляется возможность их перегрузки, нарушается равенство токов в выпрямительных и рекуперационных диода и, как следствие, возрастает их установленная мощность. Причем значительная несимметрия напряжения емкостного делителя может приводить к одностороннему насьш1ению сердечника силового, трансформатора инверторной ячейки, подключаемого через коммутирующий транзистор к конденсатору делителя с большим напряжением. В коммутирующих транзисторах появляются дополнительные потери мощности, о.бусловленные этим явлением, а в некоторых случаях это может приводить к к выходу их из строя. Кроме того, возникают пульсации , напряжения на нагрузке на рабочей частоте преобразователя постоянного напряжения в постоянное с амплитудой, пропорциональной несимметрии на конденсаторах емкостного делителя. Подавление этих пульсаций требует увеличения массы и габаритов выходного фильтра преобразователя. Целью изобретения является улучшение весогабаритных показателей преобразователя, постоянного напряженин в постоянное, повьшение его надежности и КПД. Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь постоянного напряжения в постоянное введёна цепочка из последовательно соединенных первого диода, двух дополнительных обмоток выходных трансформаторов, соответствующих однофазных инверторных ячеек и второго диода, включенная параллельно входным выводам, а общая точка соединения дополнительных обмоток выходных трансформаторов соединена через введенньй дроссель со средней точкой емкостного делителя, причем направление проводимости первого и второго диодов встречное относительно полярности входных выводов.

На чертеже представлена электрическая схема преобразователя постоянного напряжения в постоянное.

В предлагаемом преобразователе постоянного напряжения к источнику питания подключены два пocheдoвaтельно соединенных однотактных преобразователя напряжения.

Первый однотактный преобразователь состоит из однофазной инверторной ячейки, в состав которой входит коммутирующий транзистор 1, вход Ной конденсатор 2, выходной трансформатор 3, вторичная обмотка которого через рекуперационный диод 4 и однотактный выпрямитель 5, работающий на общий диодно-индуктивно-емкостной фильтр 6-7-, подключена к выходным вьгоодам, второй - из коммутирующего транзистора 9, входного конденсатора 10, выходного трансформатора 11, рекуперационного диода 12 и однотактного выпрямителя 13. К входным выводам преобразователя напряжения подключены соответствующие электроды диодов 14 и 15, вторые электроды которых соединены с соответствующими выводами дополнительных обмоток 16 и 17 соответствующих выходных трансформаторов t1 и 3. Между точкой соединения дополнительных обмоток 16 и 17 трансформаторов 3 и 11 и средней точкой входных конденсаторов 2 и 10 включен дроссель 18. Число витков дополнительных обмоток 16 и 17 трансформаторов 3 и 1 равно числу витков первичных обмоток 19 и 20,

Преобразователь постоянного на:пряжения в постоянное работает следующим образом.

Предположим, что падение напряжения на открытых коммутирующих транзисторах 1 и 9 бесконечно мало. Транзисторы 1 и 9 работают поочередно и управляются импульсами напряжения, сдвинутыми на половину периода коммутации транзисторов.

При нарушении равенства напряжений на конденсаторах емкостного делителя, например Uj , , во время открытого, состояния транзистора 1 на обмотках 19 и 17 силового трансформатора 3 возникает напряжение 02Контур протекания тока первичной обмотки 19 силового трансформатора 3 замыкается по цепи 2-1-19-2. Контур протекания тока во вторичной цепи трансформатора 3 замьпсается по цепи 21-5-7-8-21. К закрытому диоду 4 приложено обратное напряжение, равное Uf, , где Up - напряжение источника питания преобразователя. Полярность напряжения на дополнительной обмотке 17 трансформатора 3 является открывающей для диода 15 и через него протекает ток заряда конденсатора 10 по цепи 17-18-10-15-17, в результате чего восстанавливается симметрия напряжений емкостью делителя.

При закрьтании транзистора 1 на

5 первичной обмотке 19 силового трансформатора 3 возникает ЭДС самоин-. 1дукции, под воздействием которой открывается диЪд 4 и энергия, запасенная в трансформаторе 3 во время

0 открытого состояния транзистора 1, рекуперирует на емкость 10. К закрытому транзистору 1 прикладьшается напряжение, равное напряжению источника питания Up

5 ЭДС самоиндукции, возникающая

на обмотке 17 трансформатора 3. в момент закрывания транзистора 1, складывается с напряжением на конденсаторе 10, и к закрытому диоду 15

0 прикладьшается напряжение питания iU

Процессы при открывании и закрывании коммутирующего транзистора 9 протекает аналогично, однако во время открытого состояния транзистора 9

ток по дополнительной обмотке 16

трансформатора 11 не течет, так как напряжение на этой обмотке .равно Ll;,o , 2 7 .

При нарушении симметрии напряжения на емкостном .делителе типа U fU конденсатор 2 дозаряжается во время открытого состояния транзистора 9 и симметрия восстанавливается.

Дроссель 18 служит для ограничени

5 амплитуды импульсов тока через диоды 14 и 15 и коммутирующие транзисторы 1 и 9 при заряде конденсаторов 2 и 10 от напряжения дополнительных обмоток 16 и 17 трансформаторов 3 и 11.

0 Предлагаемый преобразователь постоянного напряжения в постоянное по сравнению с известным обладает повыщенной надежностью и КПД, так как при симметрировании напряжений на

5 конденсаторах емкостного делителя устраняется режим одностороннего ; насыщения.сердечников силовых трансформаторов однофазных инверториых

ячоек. Вследствие этого ликвидируются потери мощности в транзисторах : преобразователя, обусловленные этим явлением. Одновременно улучшаются траектории, переключения силовых транзисторов, вьфавниваются коллекторные токи транзисторов, токи выпрямительных и рекуперационных диодов.

Кроме того, симметрирование напряжений на емкостном делителе снижает пульсации напряжения на нагрузке на рабочей частоте преобразования, что позволяет уменьшить массу и габариты выходного фильтра преобразователя.

В предлагаемом преобразователе постоянного напряжения в постоянное в качестве конденсаторов емкостного елителя применяются конденсаторы с меньшим значением рабочего напряения, так как напряжения на указанных конденсаторах равны. Поскольку объем конденсатора- пропорционален квадрату величины его рабочего напряжения, объем, занимаемый указанными конденсаторами, в предлагаемом

преобразователе может быть меньше, чем в известном.

Симметрирование напряжений на конденсаторах емкостного делителя позволяет в предлагаемом преобразователе применять силовые трансформаторы с большим значением рабочей магнитной 1 индукции по сравнению

с известным. Это обстоятельство позволяет уменьшить вес и габариты силовых трансформаторов преобразователя постоянного напряжения в -постоянное (дополнительные обмотки 17 и 16

силовых трансформаторов 3 и 14 выполняются из сравнительно тонкого провода и несущественно-увеличивают массу и габариты силовых трансформаторов) .

Кроме того, устранение различий в напряжениях на конденсаторах делителя позволяет уменьшить потери мощности в коммутирующих транзисторах преобразователя напряжения, что

дает возможность сократить необходимый объем и массу теплоотводящих радиаторов коммутирующих транзисторов.

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ по авт. св. № 978293, отличающийс я тем, что, с целью повьшения надежности, КПД и улучшения весогабаритных показателей, в него введена цепочка из последовательно соединенных первого диода, двух дополнительных обмоток выходных трансформаторов, соответствуюп их однофазных инверторных ячеек и второго диода, включенная параллельно входным выводамj а общая точка соединения дополнительных обмоток выходных трансформаторов соединена через введенный дроссель со средней точкой емкостного делителя, причем направление проводимости первого и второго диодов встречное § (Л относительно полярности входных вы( водов.