Преобразователь постоянного напряжения Советский патент 1987 года по МПК H02M3/335 H02M7/538 

1

Изобретение относится к iipcijGrjn-- : оватч льной злек трслч хннке и может найти применение во вт орнч:и1.х истог-:- нлках электропитат1ия.

Цель изобретения - улучшение мас- согабаритных показателей и формы выходного напряжения,.

На фиг, 1 предст авлена схеькя npt;- образователя, первый вариант; на фиг. 2. - трансформаторный узел; на фиг. 3 - схема преоб),-;.зователя, второй вариант.

Преобразователь содержит силовые ключи 1 и 2, последовательно-включенные с ними первичные обмотки 3 и 4, вторичные 5 и 6 и размагничивающие 7 и 8 обмотки трансформаторного узла. Размагн1-1чивающие 7 н 8 обмотки через рекуперационные диод),: 9 и 10 подключены к входу, а вторичные обмотки 5 и 6 через выпрямитель 11 - к выходу преобразоват еля. Узел ограничения скорости нарастания напряжения силовых ключей включен в депь первичных обмоток 3 и 4 и содержр т диоды 12-15, дроссель 16 и конденсаторы 17 и 18.

Трансформаторный узел выполнен на одном (едином) двухстержневом магнитопроводе 19 с шатуном 20, установленным между стержнями и параллельно им, а каждая из указанных групп обмоток расположена на отдельном стержне.

Преобразователь по второму варианту (фиг, З) содержит на входе емкостные делители 21 и 22 напряжения.

Преобразователь постоянного напряжения с размагничивающими обмотками по первому варианту 1,фи1-. 1) работает следующим образом.

В момент Бремени t, когда ключ 1 замкнут, а ключ 2 разомкнут, напряжение на вторичной обмотке 5 приложе но в проводящей полярности, к выпрямителю 11, т.е. выходное напряжение преобразователя определяется напряжением питания Uo, приложенным к 1ервичной обмотке 3 через ключ 1 , Напряжение на обмотке 4 в это время превьщгает напряжение питания на величину uU (идет процесс перемагничи- вания магнитопровода и превышение напряжения uU на обмотке 4 определяется превьппением числа витков обмотки 4 против числа витков размагничивающей обмотки 8;. Напряжение на вторичной обмотке 6 также превыщает

.llIxoдIHle гмприя.енш пГ еобрачояптелн , 1;о оно прилохеио Б запирающей полярности к БЬ Iфя итeлк 1 1 .

Далее Перед замь канием ключа 2 напряжение на обмотке 3 и соответственно на выходе преобразователя остается прежним клю ; 1 замкнут;. Магнитный поток через обмотку 4 и напряжение на ней определяется пото- кс)м 5 пронизьп: аю11 им включешп ю обмотку 3 за исключением части потока, ответвляющегося R магнитный щунт. В момент замъпсания ключа 2 напряжение на обмотке 4 фиксируется на урон f не v. o , до замыкания оно было ниже

Uo из-за наличия мггнитного щунта) и даль)1ейи1ее изменение потока в этс;й обмотке задае/гся приложе П{ым к 1 ей

апряжением. 15озникающая при этом разность iiOTOf;oB обмоток 3 и 4 за- мьжается через магнитный шунт, магнитное сопротивление цепи обмоток 3 и 4 при этом возрастает и памагничивающий ток (збеих обмоток на все время перекрытия к. ючей 1 и 2 рас тет с увелич(::нной скоростью, что У1 еличивает его максималь}юе значение. Однако, так как накопленная знер30

40

45

гия магнитног о ноля практически полиостью возвраг ается в дальнейшем через рекуперан.ионные диоды 9 и 10 и сеть, это увеличение намагничивающего тока не является недостатком. Напряжения на обмотках остаются no:i- 35 ностью не.зависимь;мр. При включении ключа 2 на соот етствующей выходной обмотке 6 и соответственно на выпрямителе 11 напряжение появляется до того, как оно исчезает со второго плеча, что и обеспечивает отсутствие провала на вь xoдno ; напряжении.

Параметры маглштного шунта выбираются из сл -::дующи;-; соображений.

Обозначив через Мр - магнитное

сопротивление полог-ины магнитопровомоток j , через к . - магнитное сопротивление и унтирующей пепи (включающее и сопротивление по воздушному зазору) и, с::едовате.|;ьно, не равное даже при отсутствии шунта, рассмотрим следующие случаи.

R с/э . Это означает, что обе первичные обмотки имеют коэффидиент С13ЯЗИ едииида , -ч то можно реализовать строго, ТОЛ11КО если это одна и та же обмотка,, или приближе}ии5, если обе обмотки намотаны п;: общем стержне.

т.е. это обычиьй трансформатор двухтактной схемы,

. Две половины трансформатора полностью отделены шунтом, т.е. практически это могут быть два отдельных трансформатора. Устройство будет работоспособным, но такой преобразователь приобретает главный недостаток однотактных схем - плохое использование сердечника, который в этом случае работает только на одном знаке магнитной индукции и, следовательно используется максимум наполовину. Кроме увеличения объема сердечника, это приводит и к удвоению числа витков всех обмоток и соответствено к увеличению падений напряжений на обмотках и ухудшению стабильности выходных напряжений. Расчеты пока- зьгоают, что коэффициент использования сердечника в общем виде в данной схеме определяется выражением

2 +1

/- Л- fj

2 1 +2 Rp

При этом величина всплеска тока, вызванная наличием связи двух первичных обмоток и выраженная, как доля тока холостого хода

2l RI.

Г р -- XX

. RP

где 1//- ток холостого хода.

Как видно из первого выражения,

13

при -- 2 коэффициент использования

Р сердечника составляет 5/6. Отношение

-;- обычно составляет менее 0,1. СлеR

довательно, при -- 2 величина вспле Р.р

ка тока составляет значение, не пре- вышаюш;ее 20% от тока холостого хода, что является вполне приемлемым

На фиг„ 2 приведены варианты шунтирования магнитопровода 19 шунтом- вставкой и шунтом-накладкой 20.

Ограничение скорости нарастания напряжения силовых ключей 1 и 2 обеспечивается временем заряда конденсаторов 17 и 18. С целью уменьшения динамических потерь при перезарядах указанных конденсаторов на этапе подготовки к очередному моменту выключения соответствующего из силовых транзисторов 1 и 2 в цепи перезаряда установлен дроссель 16. Диоды 12н133980А15 служат Д.ПЯ раздетк-ния цепей заряда и разряда конденсаторов 17 и 18.

Соотношение витков в первичной .. 3(4) и размагничивающей 7(8) обмотках в преобразователе определяется соотношение.

10

Т4-

К ii± F Т-

где Т - длительность периода преобразования ;

С - длительность фронта нарастания напряжения при размыка- НИИ ключа, величина которого определяется необходимым ограничением потерь на транзисторе соответствующего ключа элемента.

Работа преобразователя, выполненного по второму варианту (фиг. 3), аналогична вышеописанной. Отличие составляет то, что преобразователь питается от первичного источника, имеющего средний потенциаль 1ый вывод, либо средняя потенциальная точка образуется установкой на входе емкостного делителя напряжения.

30

Формула изобретения

5

0

5

1 . Преобразователь постоянного напряжения, содержащий два однотактных усилителя мощности, соединенных по схеме двухтактного преобразователя, для чего каждый состоит из транзистора и трансформатора с первичной, вторичной обмотками и цепи размагничивания, при этом силовые выводы транзистора каждого однотакт- ного усилителя мощности подключены через первичную обмотку трансформатора к соответствующим входным выводам однотактного усилителя мощности, а вторичные обмотки - к выходным выводам, отличающий- с я тем, что, с целью улучшения массогабаритных показателей и формъ; выходного напряжения, трансформаторы выполнены на одном двухстержневом 0 магнитопровода и обьютки каждого трансформатора размещены на отдельном стержне.

2. Преобразователь по п.

о тл и ч а ю щ и и с я тем, что соответствующие входные выводы однотактных усилителей мощности соединены и подключены к входньм выводам преобразователя, при этом цепь размагни5

чивания выполнена в виде диода н обмотки размагничивания, KOTOI HH рая- мещена- на каждом стер)жне магнитопро- вода и подключена через соответствующий диод к входным выводам,

3,Преобразователь по п. , о т- л и ч а ю щ и и с я тем, что соот- ветствутащие входные выводы однотакт- ных усилителей мощности соединены последовательно и подключены к входным выводам преобразователя, к которым подключен емкостной делитель, средней точкой соединенный с объединенными разноиме,нными входными выводами однотактных усилителей мощности причем в каждом цепь размагничивания .выполнена в виде последовательно соединенных рекуперационног о диода и О бмотки размагничиван:ия 5 являющейся секцией первичной обмотки,

и подключена между средней точкой делителя и противолежащим входным выводом.

4,Преобразователь по п,. 1., о т- личающийся тем, что магпитопровод трансформг1тора содержит магнитный шунт, установлен -1ый между стержнями и параллельно им,

5,Преобразователь по п, ., о т- личающий ся тем, что число витков размагничивающей обмотки меньше числа витков первичной обмотки.

6,ilpei,)6pa3;ii a ; ел ь ;;п п, , о тЛ и ч а 1(1 IU и il с и ;:М , 41 С; 5 с К ль пОБЬииения ;мЛ, (;:Дё1 узел ограничения скорости HajiacTanHH иапряже- НИИ, содержащий четыре /-иода, соеди- yit HHi-ix попарно и последоват1:л;.но в цепочки, одни )обо, концы которых объединены и подключены через дроссель к одному входному выводу преобразователя, а други€ об1)единеныи подклк - чены к другому входному выводу преобразователя, а средние точки указанных цепочек через коиде псаторы подсоединены к точкам соединения транзисторов с первич иыми обмотками.

7.Преобразователь по пп. 1 и 3,

о т л и ч а ю Ц и и с я тем, что, с :;.;лью повышения КИ/,, введены два

0

5

трехполюспика, содержащие каждый

два последовательно соединенн1:.х диода, связаннь е с их общей точкой кон- де};сатор и дроссети,, подключенный к свобод1;ому пывод.л одного из диодов,

Другой ВЫВО1Т дросселя подключен к

средней точке емкостного делителя, а д.ругой вьпзод конденсатора - к общей точке соединения транзистора с пер- ичиой обмоткой, и)ичем свободные выводы диодов подключены к разЕ ым

входным выпсздам, а каждый рекупера- :ио}П1ый диод связач с отводо м соот- 1Н;тствующе11 пе овиччой обмотки.

Изобретение относится к электротехнике и может найти применение во вторичных источниках электропитания. Цель изобретения - улучшение массо- габаритных показателей и формы выходного напряжения. Преобразователь содержит силовые кл)очи (к) 1 и 2, трансформаторный узел, выполненный с первичными 3 и 4, вторичными 5 и 6 и размагничивающими 7 и 8 обмотками. Узел ограничения скорости нарастания напряжения на К 1 и К 2 содержит диоды 12-15 и дроссель 16. Выполнение трансформаторного узла на одном двух- стержневом магнитопроводе 19 с шунтом 20 обеспечивает отсутствие провала на выходном напряжении. При замыкании К 1 процесс перемагничива- ния магнитопровода определяется превышением числа витков обмотки 4 против числа витков размагничивающей обмотки 8. Напряжение на вторичной обмотке 6 превышает выходное напряжение, и приложено в запирающей полярности к выпрямителю 11. Перед замыканием К 2 магнитный поток через обмотку 4 определяется потоком, пронизывающим обмотку 3, за исключением части потока, ответвляющегося в магнитный шунт. При замыкании К 2 разность потоков обмоток 3 и 4 заьшка- ется через магнитньп шунт, магнитное сопротивление возрастает и намагничивающий ток возрастает во время перекрытия К 1 и К 2. При этом магнитная энергия через диоды 9 и 10 возвращается в сеть. 6 з.п. ф-лы, 3 ил. (О оо со со 00 о

19

Фиг. 2

+ о2/

ft7

16

44

% 2Wc

16

22

- ОСоставитель Н.Цишевская Редактор Г.. Волкова Техред И.Ходйннч

4240/51

Тираж 659Подписное

BfiHHIIH Государственного комитета СССР

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

ПроизвоДственно- полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, Л

:f7

Л/ж .-

Й2J

Корректор C.DJeKMap