Однотактный преобразователь постоянного напряжения Советский патент 1987 года по МПК H02M3/335 

Изобретение относится к кчектро- технике и может быть HcrioJii Soaano TS системах вторичного злектр(1П ,гтс 1инн для преобразования и стабш изацин i-.v стоянного напряжения.

Цель изобретения - повгппиение, КИЛ, путем уменьшения динамических иотегл-, гтри включении силовых траазисторов .

На фиг. 1-3 показаны варманты нения схем силового контур:i; Н:Ч фиг, 4 и 5 - соответстзуюпцп; т-, схемы блока yпpaвлef ия; на ,6--9 - раммы токов и напряжений на соответ- CTByronijix элементах, поясня1оГ|Д-)е рабог однотактного преобразователя .

Однотактньй преобразоиател1 (фиг.1) подключен к первичному источнику 1 и содержит транзисторы 2 и i и диоды А и 5, соеда}1енные по схеме однотактного мостовог о инне ртора,

Первичная обмотка 6 Bbixojuioro транс

форматора 7 через первый дроссель 8 подключена к диагонали перемен -;ог с конвертора, к которой также по11КЛгс-- чены последовательно соединенные первый управляемый вентиль (тирист :)р 9, первичная обмотка транх форматор;; 10 тока и коммутируюгдай кснденс .ат;л: 11. К коммутирующему Koi;,:i:e Hc;iTopy i подключены последовательис: сое:дине к-- ные второй управляемой (TFI- ристор) 12 и второй дроссель 13. lvs :r ричная обмотка 14 выходного тра}И -

форматора

подкльэчежз, к гагрузк;;

через выпрямитель 16 и выуоциоп crjia- живаю1ций фильтр I, содер :.ащий кающий диод 18,. сгла киваю1: л:е иросС З-гь 19 и конденсатор 20,

Вариант вь полнепия схег-Цу, ipeoO- разозателя (фиг 2) допо:1Н1гтель}1О со-- держит диоды 21 и 22. включеншяе по следовательно с транзисторами инвертора и вспомогат&льньи источмик 23 5 который в ОД1ЮМ из вар:и:антов вьг- полнения содержит вспомог.птельную обмотку 24 выходного трансформатор 7, выпрямитель 25 и сглаю1;ваю1дий конденсатор 26.

В варианте преобразова- ешя ( выходной выпрямитель 16 выполнен ул-- равляемым.

Блок управления (фиг. 4) содер:«ит задающий генератор 27, выход которого соединен с входом формирователя 28 пилообразного напряжения. Входы сравнивающего усилителя 29 соединены с источником 30 эталонного напряжения и делителем 31 выходного напряжения.

фпрмировате.пя М nvnoc6p л чнсм г ;;аг;ряжения . Bbixo;;i i Kcv-ni :ipaT(pa -. :1адающ. i eiiepaTopa / / середин;:;;.. входам -i лог ичег кого эло .ента 2И Г::. ;ых(5Д чоториго 11о; ,клю ;р ч к чхп. : ерногэ фop Г poвaтeлл Зч у нра n lsnt--ГСИХ ИМЛУЛ ЬСОГ: , НЫХОЛа --1И COe:i,;-;iiG M-. v ,i

с управляющими &хо. ;ам-- ряч ;; ; ov

t; 3 инвертор.. К Г МХОЛУ л ОГ ИЧ1К;К:-, ;

:;лемеита 33 :ерез кервут- ;i;i т)ф( ; : , - рующую день Ь : ;си1: люч e; :j i:j,V го формироБ;.те:1Я 36 управля1о;:;;-:х ,

МУЛЬСОВ, ПЫХО; , KOTOpOir: CC)|;, ;

улранляюпатн вхс ло - первого тиомс : ч

9 преобразоватет Я „Вход t: :}; л,чс VH ;:U :

цепи 37 гоединен г;пч рпчиои кой траисфс; п-;ат()р;;10 тока .;п .,: чопателя, п (VT чер; ; n-.:iivi. ;;;;.;

фер ен:;ирую :; к: :iO i;-Зп - с ixo;;:; .; -:.::(

i-ieirra 39 залсржки,к iU::: oj;y :;c - i- ;v ;

:О11 КЛЮЧеН SjXl A :Т (J фС рМИПОИ, : Р- ля 40 , ТЯЮЩИХ ( ОГ , HI Х.:; .;:.Х1С-ди СИН1)го С УхрлвлЯНчЦи;--; (.. нторого тира:то)а 12,

В Плоке у ;ранл( :с ;;jn- , „LI- илриагта сило ли : Kein vpa ;и ;:); :, - нычол задакчц; гп ; г lu) лт : :;к; 2 -. - ,:;, с вхсла 1 фс о( С ::;: 28 :; ;

-.:и. J и Пс-рио ; ;;

ниро1;ате- 1Я 1з::як) им:::. лм и-1ходами с ::ii:;;iH ii:M;i;nrc с угра:. ;-;(VUtMH 141;-. tisnc i O noB 2 и 3 H-iu:p :

5ых(ду пс ргчтй ::;иффе1) t: и;дя:;у; : 1:-и

5

геля i6 уп,раг-;ля|011(П : им;::ул i, ; );i чотот)ого С(м/;;ин;-и с у;П ай;1 ио;ш1 : : :г:()м lU pBCii I,} ;-jip4( OTja - п:-.: .,;:; гц::я, Вход11 : рл впм iiaioinu a y;.:i-, i 2 j соади КМ г ис . ОЧИ:-;-:;з: ; мк.;.:;;: г О 1;апряжс н:1И (- Д . :и :-;/лс-м -iXvi;.;. го налряжс:Н.1(, а лыход - г. :a-:..: ;i.a-. конпаратор 32 д:)у)-сй пхн;;, к )Г:а мч подключен к , фор мир ain- i;::F :; jioo6pa3} i:):a- нал .;яжеч;;я , i :;л;-а1а |сомпаратора 32 чеэсз lae r-jio хаффег-еи пирующую иепь 41 И1дкл - че ,. nepToj o форхироза г &1Я -2 yi:pa -;,iai.;i :.s л импульсов, выходом соединенного с управляющим Е.ХОДОМ управляемого выпрямителя 16. Вход согласующей цепи 37 соединен с вторичной обмоткой трансформатора 10 тока преобразователя, а выход через вторую дифференцируюигую цепь 38 - с входом элемента 39 задержки, к выходу которого подключен

вход третьего формирователя упраплянг, Щ .х 40 импульсов, выходом соедннениг - го с управляющим входом второго тиристора 1 2 .

Однотактный преобразователь постоянного напряжения (фиг .) работает следую1щ-1м образом.

В исходном состоянии до момента времени t (фиг. 6) транзисторн1 1е к-мю- чи 2 и 3 открыты, конденсатор 11 заряжен до напряжения источника 1 питания полярностью, указа Н(1 : на фиг. 1 без скобок, к первичной обмотке 6 трансформатора 7 приложе})о напряжение первичного источника 1 питания (полярностью без скобок) . Ток )агруз- ки тротекает через диод 16.

В MOMeirr времени t снимаются отпирающие сигналы с управляющих транзисторных ключеГ / и 3 и одновременно подается управляющий импульс Сцпрч , открывающиГ тиристор 9. Транзисторы 2 и 3 закрываются, и ток н них за интервал времени выключения транзисторогз 1,-t спадает до (время рассасывания не учит1)Н.и;ется) . Ток дросселя 8 и пepв iчнoй обмотки 6 трансформатора 7 начиь-ает протекать через тиристор 9 и конде сатор 11.

В интервале времени t.,-t конденсатор 11 разряжается до нуля. Индуктивность сг:1ажнваю цего -дроссе-чя 19 достаточно велика, чтобы пренебречь переменной составляющей его тока в

интервале време-ги t ,-t.

ток, протекающий через первичную обмотку 6 трансформатора 7 и дроссель 8 в зтом интерва, те времени остается неизменным. Напряжеггие на тра11зисто- рах 2 и 3 возрастает, при этом скорость нарастания напряжения .а тра;1- зисторе не превы лает величи11Ы dU/dt ,. , где Т g - ток через первичную обмотку 6 тра} сформатора 7 н дpocceJть 8, С,, - емкость конденсатора 1 1 . Выбором соответствующе емкости конденсатора 11 можно обеспечить безопасную траекторию выключения транзисторов 2 и 3.

В интервале времени t,-tj происходит перезаряд, конденсатора 1 1 до напряжения, равного надряжен гю источника 1 питан ия за счет Э1;е.г. ии, запасенной в дросселе 8 и трансформаторе 7. С момента времени t, к последо ватедьно соединенным дpocceJ:ю 8 и первичной обмотке 6 трансформатора 7 прикладывается возрастающее напряжение ПрОТИВ(М-К1ДОЖ1{ М; НОДЯрНОСТИ ( Н .4

фиг . 1 показан:; г скобках), и ток дросседя 8 нач;;| Г,ст уменьшаться пс) величине, а ток сгдажипают.его д,;1ос- седя 19 в ыходд-;ог о фильтра 17 остается неизменны ; чт(1 ведет к откр.1тию зам111кающего диода 18, При зтом через

диод 16 протекает

I It - J Г, 1 .6ь

где W , W.-числа витков соответственно первичной 6 втори пюй 14 обмоток трансформ; .торп , а через дл- од 18 проте1чГ1ет ток I,., Т,, - 1 , где 1;, - ток с г: ;;ж;г, дросселя 1 . Всдедствде того, что оба диода 16 и 18 открыт,;,, 1 Т011ИЧНаЯ Об;-1отк;з 14 трангформачч ра 7 оказывается з;1короченмо| , и к д.россе.-.ю 8 iiiinк.падыпаотся все наг.ряжение конденсатора 1 1 .

В момент кремсн t напряжение на конденсато ро 11 достиг ает -:апряжения ncTo--ir,iK;i 1 штани.я, открываются диод.ы 4 ii 5,. ток через ти1тистор 9 пре- краи1ается посдедишй закрывается, Cnaiiai);;;ni по величд-ш ток дросселя 8 и 11еряР. об -;отки 6 трансформатора 7 за.1каетс чороз диодь 4 и 5 на

; сточ; ;;к 1 д П а1П я .

В MOMeiiT BpCMOHsi . . посмн даузы

t..j- , , необходимо Д. 1Я я;,Кр: ;; МИЯ

тиристора 9, тиристор 12 под,ается от ифаюший импульс Ujipn , и в и;;тервале времени про;-;схо;1 ;т rie- резаряд конд енсатора 11 по Г. кон- де 1сатор 11 - дроссе,чь 13 тиристор 12,

) омент време:п1 t ток - ,:Л(тсса е 8 С адает до уровня тока a -iar- н 1чивания трансформатора / . Дадрял с- нис источника 1 П 1таиия диодь; - и 5 прик.дад,. гея к дервич ой 6 транс4 ор;-;:-,то

Р 1 7 (додярность в с;чобка;); ::,o:i 18 закръ вается .

В дгервале : ремсни t,- . lir .); сх; - дит рекудера 1 1Я транс:1-с;- ;-)а .д - ра 7 в источник , . Так как ИНД Д -ГЦБ-ность epB -i4HO i обмотки 6 тpaнc6cp aт о- ра 7 Miioro 6o:ibu;e ;1ндуктив1;ос ти дросседя 8, ;aдpяжeн e на Д1 )осселе 8 близко к нудю 1-: на 1ряжен 1е источника прикладывается к первичной

обмотке 6 траь-сфор;матора 7,

В моме}1Т времени t, в первичной обмотке 6 трансформатора 7 и в дросселе 8 спадает о нуля, диоды 4 и 5 закрь ваются, напряжен11е H;I обмотках трансформатора 7 ст.чковится равньпч нулю.

В момент времени t пос пирающее напряжение на упр входы транзисторов 2 и 3. тате этого на интервале вр пирания транзисторов ,, ка них спадает до нуля, а на дросселе 8 возрастает д ния источника 1 питан ия, ч дит к появденигс тока в это и первичной обмотке 6 тран ра 7 и отпиранию диода 16,

В интервале времени t, - через дроссель 8 и первичн 6 трансформатора 7 возраст диод 16 течет возрастающр гй

тупает от - авляющие В резуль- змени от

напряжени напряжение о напряже-- :: о гфиво- м дросселе сформатз 10

ток

УЮ о б мот к V

ает. Через, ток

I,

Т &W..

через диод 18 - спадающий ток 1, - ib Вследствие того,, что оба диода открыты, вторичная обмотка 1 трансформатора 7 закорочена., и напряжение источника 1 питания приложено к дросселю 8. Ток через транзисторы 2 и 3 возрастает, при этом скорость нарастания тока не гфевышает велк-1:и- ны dl/dt E/Lg5 Р- нап)яженке источника 1 питания, Lg - индуктивность дросселя 8, что обеспечивает безопасную трае кторию включения транзисторов 2 и 3.

В момент времени 1:;, ток через первичную обмотку 6 трансформатора 7 и дроссель 8 достигает величины приведенного к первичной обмотке 6 тока сглаж:ивающего дросселя 19, г1а 1ряже- ние на дросселе 8 падает до нуля, ; напряжение источника 1 питания прикладывается к первичной обмотке 6 трансформатора 7, диод 18 закрывает-- ся.

5

0

сатора 11 ра(.;сеииг141тся на . сопротивлениях Koirrypa ;;ерезарялс Поэтому при зак-рьгг;1и т ран зкс тор от и 3 в момент Lg яа11ряже 1ие ма iiH -5зменяется скдчком -яа величину р; ности напряжений H;I. кс1н;1:енсаторе и источнике 1 питания, -то уузе: ег динамичес:к е по -ер : при saKiU; -; транзисторов 2 и 3.

Для уменьшения .пинам,1-г4еск :х пс терь путем компенсации ггад(н; я :; жения на активных г: опро ; ип:1енних контура персгзаряда ко1 денсатор; оцнотактном ;: реобр:-13ователе (ф -:г , последонатв-пьис с .ipocc:tL4eM 3 я - чен вспомогатсльнь ; источишч 2 i. вре14Я перезаря; а к эндеисато), ; 11 ряжение на сг:;ажив лтощем KoHjuH cai 26 вспомогателы ог-т ист;i4H -ii л -: 3 к еняется не зпачите/п.но, так K;I; . кость конденсатора 26 много Г(:1ь; емкости ком:мутирую:цег-о ко;:де1;(:ат 11, а ci o дозаряд осуществляешься рез в.1Т1рямител1, 25 от об ;птк1: 2i. т раисформат tip а / на имтерзал с; БР 1,и , ((bur. 6) , В c.:iy ;ac оргзг ; .а конденсатора 1 к MoMeirry )u

МН t,- (фиг, 6) до НППрЯЖПНКЯ , С:- :;

: (.) напряже НИ}; ст(;чника ми ,-:; И обратное на1:ряжс:Н1 е; раамое уяч1и наг1ряжен1 :й источника 1 .;1и (конденсатор; 11 вс время : ак;1ытк; тг анзистороп 2 и : ::рикла711;:ва: тс; диодам 21 и 22.

зи с торгов

с момента времени t.

процессы ;;:

устройстве повторяются.

Если включение преобразователя: происходит после подачи питающего напряжения, необходимо зарядить ко:--;-- денсатор 11 через цепочку, показанму-о на фиг.1 пунктиром, одновременно с первым открытием транзисторов 2 и 3,

При перезарядке конденсатора 11 через дроссель 13 и тиристор 12 в интервале времени напряжение на нем в момент времени t не достигает величины напряжения источника 1 питания, так как часть энергии конденДля увел:ичения ,1иаис;зоиа ;5eryj:;- 1эования ,o,i.i{oro напряжения в улго- гакт1юм прс:о:: разо1 ателе постоя ннсго напряжения ((. З, вр;;менныс диаг ;эаммы работы кото рого прквед:гиы ii;-. фиг.7,, выпря(ител1 16 выполне ; управляемым. Выходное напряжение регулируется изменением времени открытого состояния тиристора 16, а управляющие сигналы тоанз15сторов 2 и 3 имеют постоянную скважность. При этом энергия, накапливаемая в трансформаторе 7 за время открытого состояния транзисторов 2 и 3 постоянна.

71

Блок управления преобразователем постоянного напряжения (фиг.4) работает следующим образом.

Сигнал с задающего генератора 27 поступает на вход формирователя 28 пилообразного напряжения (фиг.8), На выходе компаратора 32 в момент равенства пилообразного напряжения и выходного напряжения сравнивающего усилителя 29 появляется сигнал, соответствующий логическому нулю, ко- торьй сохраняется до спада пилообразного напряжения. На выходе логического элемента 33 сигнал равен логической единице с момента прихода импульса с задающего генератора 27 д момента срабатьшания компаратора 32. Выходным сигналом логического элемента 33 через формирователь 34 управляющих импульсов осуществляется управление транзисторами преобразователя .

При увеличении (уменьшении) выходного напряжения уменьшается (увеличивается) выходное напряжение сравнивающего усилителя 29, что ведет к уменьшению (увеличению) длительности импульса на выходе логического элемента 33 и, соответственно, уменьшению (увеличению) относительного времени открытого состояния транзисторов инвертора и уменьшению (увеличению) выходного напряжения. Таким образом осуществляется стабилизация выходного напряжения преобразователя

По фронту спада выходного импульс логического элемента 33 дифференцирующая цепь 35 вырабатьшает импульс, который через формирователь 36 управ ЛЯЮПР1Х импульсов поступает на управляющий вход тиристора 9 преобразователя .

Напряжение вторичной обмотки трансформатора 10 тока поступает на вход, с.огласующей цепи 37, которая формирует на выходе импульс, по времени совпадающий с протеканием тока через тиристор 9 преобразователя. По фронту спада выходного импульса согласующей цепи 37 дифференцирующая цепь 38 вырабатывает импульс, по времени совпадаюЕдий с окончанием перезаряда конденсатора 11 преобразователя и прекращением протекания тока через тиристор 9 преобразователя. Выходной импульс дифференцирующей цепи 38 через элемент 39 задержки поступает на вход третьего формирователя 40 управ128

ляюп1 х импульсов, выходным импульсом и.рр,, которого осущестЕшяется открытие тиристора 12 преобразователя.

Работа блока управления преобразователем по фиг.З отличается тем, что управление транзисторами 2 и 3 инвертора осуществляется импульсами

задающего генератора 27 через формирователь управляющих 34 импульсов, а управление выпрямителем 16 осуществляется через формирователь 42 управляющих импульсов выходным напряжением дифференцирующей цепи 41, вырабатывающей импульс по фронту спада выходного напряжения компаратора 32 (фиг.9).

По сравнению с известным устройством в предлагаемом устройстве уменьшены дина№ ческие потери при включении тра ;зисторов инвертора, расширен диапазон регулирования выходного напряжения, ток заряда коммутирующего

конденсатора не проходит через транзисторы инвертора, чем повышается КПД.

Формула изобретения

1, Однотактный преобразователь постоянного напряжения, содержащий мостовую инверторную схему , два Д11агональ- но-расположенньгх плеча которой образованы силовыми транзисторами, а два другие плеча -возвратными диодами, силовой трансформатор 5 первичная обмотка которого включена в выходную iienb верторной схемы, вторичная обмотка

через выпрямительный элемент подключена к входу сглаживающего выходного L,С,D-фильтра, коммутирующей конденсатор, первый дроссель, первый и второй вентили и блок управления с задающим генератором, измерительным органом напряжения и модулятором цгири™

НЫ импульсов, о т л и ч а 10 Щ 15 и с я

тем, что, с целью повышения КПД путем уменьшения динамических потерь

при включении силовых транзисторов, введены второй дроссель и датчик тока, первый и второй вентили выполнены управляемым ; к выходу мостовой инверторной схемы подключены через

первый дроссеаь первичная обмотка силового трансформатора и через последовательно соединенные первый управляемый вентиль и С1-1ЛО5ОЙ вход атчика тока комм тирующий конденсатор, шунтированный последоватепьно соединенными вторым дроссеузем и вто- рьм управляемым вентилем, цепь управления которого под слючена через введенный элемент временной задержки к выходу датчика тока.

2 . Преобразователь по п , 1, о т - личающийс я тем, что вьшря- мительный элемент выполнен в виде диода,, прямой выход модуля 1 ора ширины импульсов соединен с цепями управления силовых транзисторов, а его инверсный выход с цепью управления первым управляемым венткшем.

3. Преобразователь по п,, от - личающийся тем, что выпрямн 4лльиь й элемеи г 1: ыпо;и ен в иидс третьех О управляемого вентиля, подключенного по цепи управления к HIT:. ду модулятора шири-1ы им -;ульсов, а цепи управления CH.ioBtJMi;- транзисторами и первым упразляемыь. зентилен подключень соответ-::;твенко к прямом- и инверсному выход/зм задаю1дего генератора.

4. Преобразователь по п./-.,, о т личающийся теМ; что гюсло довательно с вторым дроссе- ieM включен вспомогательный источник посто-янного напряжения, а сог ласно -посл-; довательно с каждым силовыч транзи; тором включен допопкительный лиод.

Изобретение относится к электротехнике и м.б. использовано в системах вторичного электропитания для преобразования и стабилизации постоянного напряжегшя. Цель - повышение к.п.д. путем уменьшения динамических потерь при включении силовых транзисторов. Устр-во выполнено по мостовой схеме на транзисторах 2, 3 и диодах 4, 5. В диагональ переменного тока схемы включена последовательная цепь из первичной обмотки 6 выходного трансформатора 7 и дроссель 8, зашунти- рованная последовательно соединенными коммутирую1дим конденсатором 1 1, обмоткой трансформатора тока 10 и пер- управляемым вентилем 9, В устр-ве одЕ овременно с закрытием транзисторов 2, 3 подается отпирающий импульс на управляемый вентиль 9, и ток дросселя 8 протекает через конденсатор 11, перезаряжая последний. Изменение напряжения на конденсаторе 11 обеспечивает скорость нарастания напряжения на транзисторах 2, 3, что обеспечивает им безопасную траекторию выключения. 3 з.п. ф-лы, 9 ил. д (Л

21W Is 16 а .

Фиг2

Ю X Ot

.д

jJ

Фиг.З

29

32

33

h- «SW2 ifynp.J

.9

Uijnp. M

27

J

-., G, %гФ.,2

5i. 5, Uyr,p.3

I :.

Li

41

, I .i, /4 л/: 1 /5 Z r-

Л

.M I JV ; - -j4h:

I :

S-:

,.rr

,.,JL, .|„.

V.

/

г) U-7--1

i 0; /.J -

- .- 1

i i. iz -

/

...

,Uts

U23

U28

%У

Фиг.8

27,//j

ii:

J5-%

28,

№«(

U J2

r

%%

:i

III

U,

и

37

Составитель В.Моин Редактор В.ДанкоТехред М.ДидыкКорректор C.LlleKNfap

Заказ 4241/52Тир; : 659Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, yi. Проектная, 4

.Ell