Двухтактный преобразователь постоянного напряжения в постоянное Советский патент 1986 года по МПК H02M3/337 

со средней точкой. Коллекторы Т 1 и Т 2 соединены через обмотки 15, 16 первого дросселя (ДР) 17 и через первичные обмотки 18,19 управляющего трансформатора тока (ТТ) 20 с первичными полуобмотками 12, 13, Тр 5 и фазо- сдвигающим конденсатором (ФК) 21. Введение (ТТ) 20 и второго дросселя (ДР) 22 обеспечивает включение Т 1, Т 2 при нулевых значеИзобретение относится к электротехнике и может быть использовано в вторичных источниках электропитания для преобразования постоянного напряжения повышенного уровня в пере- менное или в постоянное другого уроня.

Цепь изобретения - расширение функциональных возможностей путем обеспечения работоспособности уст- ройства в широком диапазоне изменения нагрузки вплоть до холостого хода при постоянстве частоты преобразования. J

На фиг. 1 приведена схема устройства ; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие его работу.

Устройство содержит силовые транзисторы 1, 2, шунтированные обрат- ными диодами 3, 4, выходной трансформатор 5, вторичные полуобмотки 6, 7 которого через выпрямительные диоды 8, 9 и сглаживающий фильт 10 подключены к нагрузке 11, об- щий вывод первичных полуобмоток 12, 13 подключен к первому входному выводу для подключения источника 14 питания, а их крайние выводы через обмотки 15, 16 первого дросселя 17 и через первичные обмотки 18, 19 управляющего трансформатора тока

20- к коллекторам транзисторов 1, 2, фазосдвигающий конденсатор

21, второй дроссель 22, точка объединения полуобмоток 23, 24 которого подключена к первому входному выводу, а их крайние выводы подключены к точкам соединения обмоток 15, 16 первого дросселя 17 с первичными обмотками 18, 19 уп

20078

ВИЯХ тока и напряжения, т, е, выделяемая мощность отсутствует. Необходимым условием- нормальной работы преобразователя является перезарядка ФК 21 до двойного напряжения к моменту изменения направления тока через ДР 17, который достигает величины тока через ДР 22, и их суммарный ток равен нулю. 2 ил .

5

О

15

0 5 о

5

0

равляющего трансформатора тока 20, вторичные отбмотки 25, 26 которого подключены соответственно к управляющим переходам транзисторов 1, 2, а управляющая обмотка 27 -. к узлу 28 управления.

Устройство работает следующим образом.

До момента времени io в проводящем состоянии находится транзистор 1, конденсатор 21 заряжен до двойного напряжения питания (2Е) с полярностью, указанной на фиг. 1 без скобок. В дросселе 22 происходит накопление электромагнитной энер гии за счет протекания возрастающего по величине тока полуобмотки 23. Ток нагрузки протекает через диод 9 и полуобмотку 7 трансформатора 5 (фиг. За).

В момент времени tg сигналом с узла 28 управления силовой транзистор 1 запирается, отключая первичный источник 14 от преобразователя. Ток, протекающий через транзистор 1, переключается в конденсатор 21, разряжая его. Разрядный ток конденсатора 21 замыкается через первичные полуобмотки 12, 13 трансформатора 5 и полуобмотки 23, 24 дросселя 22 (фиг. 3S). Вследствие того, что ток нагрузки, протекающий через полуобмотку 7, до и после момента времени to остается неизменным из-за наличия дросселя фильтра 10, а также, исходя из равенства ампер-витков первичной и вторичной цепи трансформатора 5, ток, протекающий по обоим полуобмоткам 12, 13 после момента времени i,, ,

3

имеет величину в два раза меньшу.ю, чем ток, протекающий только по полуобмоткам 12 до момента времени t . Также, исходя из условия равенства ампер-витков до и после момента времени i , значения тока дросселей 1 и 22, протекающее соответственно по обмоткам 15, 16 и полуобмоткам 23, 24, имеют величины в два риза меньшие. Под действием напряжения конденсатора 21, приложенного к дросселю 22, происходит дальнейшее нарастание его тока, а ток в обмотках трансформатора 5 и дросселя 17 остается неизменным.

Скорость нарастания напряжения на запирающемся транзисторе 1 равна скорости спада напряжения на конденсаторе 21.

Спадание тока через запирающийся силовой транзистор происходит при

малом коллекторном напряжении. I

Следовательно, динамическая мощность, выделяемая на транзисторе или его запирании, будет незначительной. Соответствующим выбором емкости конденсатора 21 можно практически полностью устранить эти потери.

После разряда конденсатора 21 в момент времени t( происходит его перезаряд до напряжения, равного двойному значению напряжения питания (2Е), с полярностью, указанной на фиг. 1 в скобках. Перезаряд конденсатора 21 осуществляется за счет энергии, накопленной в дросселях 17 и 22, и длится до момента времени tj (фиг. Зв). К дросселю 22 и к последовательно соединенным дросселю 17 и первичной обмотке трансформатора 5 прикладывается напряжение конденсатора 21 с противоположной полярностью, чем до момента времени t). В результате отпирается диод 8 и по нему начинает протекать возрастающий по величине ток. Вторичные полуобмотки 6, 7 трансформатора 5 закорочены открытыми диодами 8,9, при этом ток диода 9 уменьшается, а сумма ToftoB диодов 8, 9 равна току нагрузки 11. Напряжение конденсатора 21 полностью приложено к обмоткам 15, 16 .дросселя 17. В результате ток, протекающий по этим обмоткам, уменьшается, также уменьшается ток и в дросселе 22.

2007Б4

После окончания процесса перезаряда конденсатора 21 в момент времени ij происходит отпирание диода 4 и оставшаяся электромагнитная

J энергия дросселей 17 и 22 возвращается в первичный источник 14 (фиг. Зг). Ток дросселя 22 переключается в полуобмотку 24, а ток дросселя 17 - Б обмотку 16 и чеtO |рез первичную полуобмотку 13

трансформатора 5 замыкаются на первичный источник 14, при этом значения токов дросселей ступенчато увеличиваются в два раза.

}5 В момент времени tj ток дросселя 1 7 достигает нулевого значения и ток первичных полуобмоток 12, 13 трансформатора 5 также равен нулю. Токи вторичных полуобмоток 6, 7

20 этого трансформатора равны по величине и противоположно направлены. Далее, под действием напряжения Е первичного источника 14 происходит нарастание-тока через обмотку 16

25 дросселя 17 в противоположном направлении (фиг. За).

В момент времени i ток дросселя 17 достигает значения тока дросселя 22 и ток через диод 4, а

, следовательно, и.через первичную обмотку 19 управляющего трансформатора тока 20 становится равным нулю. Нулевой сигнал, снимаемый с управляющей обмотки 27 трансформатора 20, поступает на вход узла 28 управления, который в свою очередь отпирает транзистор 2 и по нему начинает протекать возрастающий по величине ток (фиг. Зе).

Таким образом, включение силового транзистора происходит при нулевом значении протекающего через него тока и нулевом значении приложенного к нему, напряжения.. Следова 5 тельно, динамическая мощность,.выделяемая на транзисторе, при включении практически отсутствует.

В момент времени t; ок через обмотку 16 дросселя 17 и через пер-50 вичную полуобмотку 13 трансформатора 5 достигает приведенного значения тока нагрузки 11. Через диод 8 начинает протекать весь ток нагрузки, а ток диода 9 становится равным

55 нулю.

На диаграмме (фиг. 2е) показано, что переход тока с одного диода выпрямителя на другой осуществляется

35

на интервале времени г, ig, при этом переход тока осуществляется плавно без сквозных токов и суммарный ток диодов на этапе переключения не превьшает значения тока на- грузки. Вследствие плавного уменьшения тока на запирающемся диоде за интервал времени tj - ig неосновные носители в теле диода успевают частично рекомбинироваться и время восстановления запирающих свойств диода резко уменьшается. Скорость изменения тока в диодах определяется скоростью изменения тока дросселя 17 под действием на- пряжения конденсатора 21, так как в интервале времени переключения тока в диодах силовой трансформатор 5 работает в режиме -трансформатра тока.

На интервале времени tg -tg через транзистор 2 протекает ток нагрузки и спадающий по величине ток дросселя 22 (фиг. 3). В момент вре мени ig ток дросселя 22, протекающий по полуобмотке 24, достигает нулевого значения и начинает протекать в другом направлении,возрастая по величине.. В момент времени i сигналом с узла 28 управления запирается транзистор 2 и далее происходит аналогичный процесс.

В режиме холостого хода или близких к нему режимах работы разряд и перезаряд конденсатора 21 осуществлются за счет энергии дросселя-1 2,при этом скорость изменения напряжения на конденсаторе будет происходить медленнее, при отсутствии составляющей

тока tu и переключение транзистор

ц

будет происходить также без динамических потерь. Необходимым условием нормальной работы устройства является то, что конденсатор 21 должен успеть перезарядиться до двойного напряжения питания до 2Е) к момен ту времени, когда изменивший напраление ток дросселя 17 достигает значения тока дросселя 22 и их сум- марный ток достигает нулевого значения. В другом случае конденсатор не перезарядится до напряжения, равного 2Е, и включение трансформаторо происходит с динамическими поте- рями.

Устройство нормально работает и на емкостной фильтр.

Выбор индуктивности дросселей 17, 22 и емкости конденсатора 21 производится при минимальном значении емкости конденсатора, которое выбирается из допустимой мощности, рассеиваемой в трансформаторах при выключении,при; этом индуктивность дросселя 22 выбирается из условия, чтобы резонансная частота контура, образованная совместно с конденсатором 21, несколько превышала час тоту преобразования, при этом амплитудное значение тока через дроссель 22 не превышает 10 - 25% приведенного номинального значения ток нагрузки, кроме того, индуктивность дросселя 17 рассчитывается из уелоВИЯ ограничения скорости изменения тока в диодах выпрямителя и условия перезаряда конденсатора 21 при номи нах{ьной нагрузке.

Формула изобретения

Двухтактный преобразователь постоянного напряжения в постоянное, содержащий выходной трансформатор, вторичная обмотка которого подключена к нагрузке через выпрямитель и сглаживающий фильтр, первичная обмотка средним выводом соединена с первым входным выводом, а крайними выводами подключена к первым выводам двух обмоток первого дросселя, защунтированные обратными диодами силовые транзисторы, соединенные эмиттерами с вторым входным выводом, фазосдвигающий конденсатор, подключенный к коллекторам силовых транзисторов, узел управления, отличающийся тем, что, с целью расширения функцональных возможностей путем обеспечения его работоспособности в широком диапазоне изменения нагрузки при неизменной частоте преобразования, он снабжен трансформатором тока и вторым дросселем, обмотка которого средним выводом соединена с первым входным выводом, а крайними выводами - с вторыми выводами обмоток первого дросселя, соединенными с коллекторами силовых транзисторов через первичные обмотк трансформатора тока, вторичные обмотки, которого подключены к управляющим входам силовых транзисторов, а управляющая обмотка - к узлу управления.

Ж

Редактор Н.Гунько

Составитель Т.Ершова

Техред Л.Олейник Корректор О.Луговая

Заказ 1329/58 Тираж 631Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

0uz2

Двухтактный преобразователь постоянного напряжения в постоянное - используется для преобразования в напряжение другого уровня. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем обеспечения работоспособности преобразователя в широком диапазоне изменения нагрузки вплоть до холостого хода при постоянстве частоты. Преобразователь содерямт силовые транзисторы (Т) 1, 2 и выходной трансформатор (Тр) 5, соединенные по схеме