Преобразователь постоянного напряжения в регулируемое постоянное Советский патент 1987 года по МПК H02M3/305 

10

ток в ии7(уктивиостн 7 также равен нулю.

Генератор 34 посылает поочередно на обмотки 24 и 27 импульсы Uj,, , U, (фиг.2).

Допустим первый импульс поступил на обмотку 24 о Под его действием диоды 30 и 31 переходят в проводящее состояние и по обмоткам 25 и 26 трансформатора 22 потекут токи. Ток обмотки 26 потечет по обмотке 20 трансформатора 14 и трансформируется обмоткой 19 в цепь эмиттер-база тран- 15 зистора 13. Токи в цепях управления тиристора 1 и транзистора 13 возникают одновременно, однако в результате того, что быстродействие транзисторов значительно превосходит тиристора, транзистор 13 переходит в проводящее состояние раньше включения тиристора 1 Включение тиристора 1 приводит к появлению тока I,;- через обмотку 15, а проводящее состояние 25 транзистора 13 обеспечивает протекание току I., через обмотку 16. Ток

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано, например, во вторичных источниках питания радиоэлектронной аппаратуры.

Цель изобретения - улучшение энергетических и массогабаритных показателей и ограничение импульсных перенапряжений на элементах преобразователя .

На фиг.1 представлена схема предлагаемого преобразователя на основе полумостового инвертора; на фиг.2 - временные диаграммы работы преобразователя с полумостовым инвертором и ограничением перенапряжений.

Преобразователь (фиг.1) содержит полумостовой инвертор на тиристорах 1 и 2 с обратными диодами 3 и 4 и конденсаторами 5 и 6 включенными между шинами питания. В качестве узла принудительной коммутации установлен, LC-контур 7 и 8, включенньй между точками соединения обратных диодов 3 и 4 и конденсаторов 5 и 6, В цепи между одним выходным выводом инвертора и разноименными электродами тиристоров 1 и 2 установлен магнитно-транзисторный ключ переменного тока, вы- 30 баний цепи 7 и 8 скоммутированной на

20

(5

представляет сумму токов I

16

током коммутирующего LC-контура 1ц. Ток i| является током свободных колеполненный в виде образующих мост диодов 9-12 с транзистором 13 в диагонали постоянного тока и трансформатора тока 14 с обмотками 15-21. Цепь управления тиристорами 1 и 2 содер- жит управляющие трансформаторы 22 и 23 с обмотками 24-29 и развязывающие диоды 30-33. Первичные обмотки 24 и 27 трансформаторов 22 и 23 подключены, к выходу частотно регулируемого генератора импульсов 34. К выходу инвертора через трансформатор 35 подключен выпрямитель 36. Между одним выходным выводом инвертора и шинами питания включены диоды 37 и 38 ограничения перенапряжений.

Преобразователь работает следующим образом.

Преобразуемое напряжение U прикладывается к конденсаторам 5 и 6 и заряжает каждый из них до напряжения 0,5 Ugj , которое в процессе преобразования остается неизменным. Допустим, что все диоды, изображенные на схеме, тиристоры 1 и 2 и транзистор 13 находятся в нерабочем состоянии. Начальные условия LC-контура: напряжение на конденсаторе 8 равно нулю,

10

ток в ии7(уктивиостн 7 также равен нулю.

Генератор 34 посылает поочередно на обмотки 24 и 27 импульсы Uj,, , U, (фиг.2).

Допустим первый импульс поступил на обмотку 24 о Под его действием диоды 30 и 31 переходят в проводящее состояние и по обмоткам 25 и 26 трансформатора 22 потекут токи. Ток обмотки 26 потечет по обмотке 20 трансформатора 14 и трансформируется обмоткой 19 в цепь эмиттер-база тран- 15 зистора 13. Токи в цепях управления тиристора 1 и транзистора 13 возникают одновременно, однако в результате того, что быстродействие транзисторов значительно превосходит тиристора, транзистор 13 переходит в проводящее состояние раньше включения тиристора 1 Включение тиристора 1 приводит к появлению тока I,;- через обмотку 15, а проводящее состояние 25 транзистора 13 обеспечивает протекание току I., через обмотку 16. Ток

, 30 баний цепи 7 и 8 скоммутированной на

20

(5

представляет сумму токов I

16

током коммутирующего LC-контура 1ц. Ток i| является током свободных коле35

напряжение 0,5 UB с нулевыми начальными условиями и имеет синусоидальный характер, в результате в обмотке 19 течет ток, определяемый выражением:

9 (1

б

+ 1)

W,| W

-I,

W

|ё

19

W

(1)

14

0

где W

15 5

W

е

W

19

Ток I

9

числа витков обмоток 15, 16, 19 соответственно, причем W,y 7- . является током базы 15

транзистора 13, а ток I, - током 5 коллектора 1 транзистора 13, поэтому присутствие I,g в вьфажении (1) для тока I,, означает положительную обратную связь по току коллектора.

Транзистор 13 находится в режиме 0 насьщеыия при условии

IK Ч

(

(2)

gg где р - коэффициент передачи тока

транзистора.

Условие (2) нарушает уменьшение тока IS в результате присутствия в нем тока IK, который через половину

периода свободных колебаний цепи 7 и 8 меняет направление.

Невыполнение условия (2) приведет к выходу транзнЬтора 13 из насмцения, g а затем к его выключению и разрыву

13633

тока 1

16

Теперь ток состоит из одного тока 1, протекающего через тиристор 1 в обратном направлении, в результате тиристор 1 переходит в не проводящее состояние, а ток i замыкается через диод 3 до конца периода свободных колебаний и в цепи 7 и 8 устанавливаются исходные начальные условия.

С момента включения тиристора 1 до выключения транзистора 13 нагрузка инвертора (трансформатор 35) была подключена к положительному полюсу

После выключения транзистора 13 ток коммутации i протекает через тиристор 2 в обратном направлении, а ток первичной обмотки трансформа

вх выключается

Тиристор 2 под действием

а ток i,, потечет ч

UBX и искусственной средней точке ин- 20 ра 35 замыкается через диод 37 на вертора, т.е. находилась под напря- плюс U жением 0,5 Ug. В результате по ней i протекал ток, определяемый параметрами вторичной цепи трансформатора 35.

После выключения транзистора 13 ток первичной обмотки трансформатора 35 за счет присутствия индуктивности рассеяния сохраняет прежнее направление и замыкается через диод 38 на

25

., ..t::t л. fi. d IVJIX

рез диод 4 до завершения периода к лебаний цепи 7,8 и в ней устанавли ваются исходные начальные условия.

Энергия, запасенная первичной о моткой трансформатора 35, рекупери руется с ограничением напряжения н уровне плюс и 5, через диод 37.. Пре

UB,, т.е. происходит рекуперация энергии с ограничением напряжения на уровие U .

Заверщение протекания тока через диод 38 и окончание тока i, через диод 3 определяют окончание первой половины цикла работы преобразователя. Следующая половина цикла его работы начинается с поступления очередного импульса с генератора 34 на обмотку 27 трансформатора 23. Работа преобразователя в этой половине цик- ла аналогична работе в предьщущей половине. Под действием импульса, поступившего на обмотку 27 диоды 32 и 33 переходят в проводящее состояние, по цепи управляющего электрода тиристора 2 протекает ток включения, а протекающий по обмотке 21 трансформатора 14 ток Ij, трансформируется в обмотку 19 и переводит транзистор 13 в проводящее состояние. В результате включения тиристора 2 по обмоткам 17 и 1В трансформатора 14 потекут токи I,Y , I,g , причем 1, I,g +1ц.

Энергия, запасенная первичной обмоткой трансформатора 35, рекуперируется с ограничением напряжения на уровне плюс и 5, через диод 37.. Прек30 ращение рекуперации и завершение

протекания тока через диод 4 определяют окончание этой половины цикла работы преобразователя.

С момента включения тиристора 2

35 до выключения транзистора 13 первичная обмотка трансформатора 35 -подключена к отрицательному полюсу U g и искусственной средней точке инвертора, т.е. находилась под напряжением

40 0,5 Ug противоположной полярности lio отношению к полярности, прикладываемой в предыдущей половине цикла, В результате по ней протекал ток противоположного направления 1.

45 Трансформация, вьшрямление и филь« трация переменного напряжения, осуществляемые после инвертирования, общеизвестны.

Полезный эффект, обеспечиваемый

50 предлагаемым изобретением, достигается тем, что отвод тока холостого хода трансформатора от тиристоров ключом переменного тока обладает меньшими потерями по сравнению с ота Itg ,(. Токи обмоток 17 и 18 транс- водом тока узлом принудительной комформируются в обмотку 19:

мутации за счет отсутствия дополнительных элементов коммутации, а также тем, что узел принудительной коммутации вырабатывает ток, коммутируч;

I., 1 (1,в+Ч)

g

63399 где

(7

18

- количества витков обмоток 17 и .18, причем Wi7 W,y :V:,g W,b .

ю

15

Обмотки 16 и 18 трансформатора 14 позволяют получить If состоящий из трансформированных токов I х и i n, в оптимальной пропорции при неизменной токе коммутации i-K;.

Токи базы транзистора 13, определяемые выражениями (1) и (3) идентичны, поэтому удержание транзистора в насьпцении, выход его из насыщения и включение происходит как в предыду-. щей половине цикла.

После выключения транзистора 13 ток коммутации i протекает через тиристор 2 в обратном направлении, а ток первичной обмотки трансформато20 ра 35 замыкается через диод 37 на плюс U i

вх выключается

Тиристор 2 под действием

а ток i,, потечет че0 ра 35 замыкается через диод 37 на плюс U i

5

., ..t::t л. fi. d IVJIX

рез диод 4 до завершения периода колебаний цепи 7,8 и в ней устанавливаются исходные начальные условия.

Энергия, запасенная первичной обмоткой трансформатора 35, рекуперируется с ограничением напряжения на уровне плюс и 5, через диод 37.. Прек0 ращение рекуперации и завершение

протекания тока через диод 4 определяют окончание этой половины цикла работы преобразователя.

С момента включения тиристора 2

5 до выключения транзистора 13 первичная обмотка трансформатора 35 -подключена к отрицательному полюсу U g и искусственной средней точке инвертора, т.е. находилась под напряжением

0 0,5 Ug противоположной полярности lio отношению к полярности, прикладываемой в предыдущей половине цикла, В результате по ней протекал ток противоположного направления 1.

5 Трансформация, вьшрямление и филь« трация переменного напряжения, осуществляемые после инвертирования, общеизвестны.

Полезный эффект, обеспечиваемый

0 предлагаемым изобретением, достигается тем, что отвод тока холостого хода трансформатора от тиристоров ключом переменного тока обладает меньшими потерями по сравнению с отмутации за счет отсутствия дополнительных элементов коммутации, а также тем, что узел принудительной коммутации вырабатывает ток, коммутируч;

ющин лишь вертора.

токи утечек элементов ин

Формула иэобрете н-и я

1. Преобразователь постоянного напряжения в регулируемое постоянное содержащий последовательно связанные между собой тиристорный инвертор с узлом принудительной коммутации, трансформатор, ключ переменного тока, выпрямитель с ЬС-фильтром и блок управления, включ ающий в себя задатчик управляющих импульсов, выходом связанный с управляющими входами указанного ключа и тиристоров преобразователя, отличающийся тем, что, с целью улучшения энергетических и массогабаритньк показателей, ключ переменного тока установлен между выходом инвертора и первичной обмоткой трансформатора, а блок управления снабжен подключенными к выходу задатчика управляющих импульсов и последовательно соединенными между собой элементом задержки и формирователем импульсов по переднему и заднему фронтам с раз дельными выходами.

которые подключены соответственно к цепям включения и выключения тиристоров инвертора.

2, Преобразователь по.1, отличающийся тем, что тиристорный инвертор вьтолнен по полумостовой схеме с обратными диодами и с LC-контуром на выходе в качестве узла принудительной коммутации, ключ переменного тока выполнен в виде диодного моста с транзистором в диагонали постоянного тока,управляющий вход которого подключен к цепям тиристоров инверто-.

ра через введенный трансформатор тока, в качестве задатчика управляющих импульсов установлен частотно-регулируемый генератор импульсов.

3, Преобразователь по п.1, о тличающий ся тем, что, с целью ограничения импульсных пере- напряжен й на его элементах, он снабжен цепочкой из двух последовательно соединенных диодов, включенной между

шинами питания инвертора, причем точка соединения этих диодов подключена к точке соединения упомянутого клю П

ча и первичной обмотки трансформатот ра.

Изобретение относится к преобра зовательной технике и м.б. использовано во вторичных источниках питания радиоэлектронной аппаратуры. Целью является улучшение энергетических и массогабаритных показателей и ограничение импульсных пгренапря- жений на элементах, преобразователя. Устр-во содержит инвертор на тиристорах 1,2, которые соединены с магнитно-транзисторным ключом переменного тока, вьшолненным в виде моста диодов 9-12 с транзистором 13 в диагонали и трансформатора тока 14 с обмотками 15-21. Цепь управления тиристорами 15 2 содержит управляющие трансформаторы 22,23 с обмотками 24- 29 и развязываюпще диоды 30-33. Первичные обмотки 24,27 трансформаторов 22,23 подключены к выходу частотно- регулируемого генератора 34. Отвод тока холостого хода трансформатора от тиристоров 1,2 осуществляется ключом переменного тока. 2 . ф-лы. 2 ил.