Полумостовой транзисторный преобразователь Советский патент 1988 года по МПК H02M3/335 

113

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитания и электропривода для преобразования постоянного напряжения.

Цель изобретения - повышение КПД и надежности путем уменьшения динамических потерь при переключении силовых,транзисторов.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема преддтоженного преобразователя; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие работу преобразователя.

Преобразователь содержит силовые транзисторы 1 и 2 первого 3, второго 4 плеч преобразователя и дроссель 5. Нагрузочный узел 6 включен между отводом от средней точки обмотки дросселя 5 и средней точкой источни

ка питания, образованной конденсаторами 7 и 8 делителя напряжения. Диоды 9 и 10 связывают точки соединения транзисторов 1 и; 2 и 3 и 4 со средней точкой источника питания. Диоды 11 и 12 и конденсаторы 13 и 14 образуют цепочки, шунтирующие транзисторы 1 и 4. Дополнительный транзистор 15 подключен к дополни- . тельному выпрямительному узлу 16 с ;с(иодами 17-20. , Нагрузочный узел 6 на фиг, 1 представлен для примера регулируемого преобразователя постоянного напряжения в постоянное и состоит из выходного трансформатора 21, выпрямительных диодов 22 и 23, дросселя 24 и конденсатора 25 выходного фильтра.

Полумостовой транзисторный генератор в режиме регулируемого преобразователя постоянного напряжения работает следующим образом.

35

40

20 13-1-2-5-17-15-18 - 13 и на нагрузку преобразователя по цепи: 13-7 - 6 - 17 - 15-18-13. При этом ток в цепи разряда (i,, также напряжения на конденсаторе 13 и

25 дросселе 5 к моменту времени t плавно спадают до нуля (фиг.2), В соответствии с этим напряжением на входе узла 6 плавно нарастает до значения Е /2 ( U на фиг.2). В промежутке времени от t До tj имеет место характерное для цепей с реактивными элементами L-C процессы перераспределения напряжения между дросселем 5 и трансформатором 21, При этом в дросселе 5 накапливается часть энергии от источника питания, а также от разряда конденсатора 13.

30

Ло истечении времени t.j, достаточного для полного разряда конденсатора 13, запирается транзистор 15.

В момент времени t запирается транзистор 1, а транзистор 2 остает- 0т схемы управления преобразовате- ся открытым до конца полупериода, ля на управляющие входы транзисторов 2 и 1 поступают сигналы (фиг.2) задающего генератора длительностью Т/2 полупериода и Uoj широтно50

импульсного модулятора длительностью рабочего импульса ty соответственно, а на входы транзисторов 3 и 4 - такие же сигналы, но сдвинутые на время Т/2 (не показаны). Транзистор 15 управляется сигн;1лом двои- 55 ной частоты в начале Кс1ждого полупериода с длительностью коммутации t.,. Причем (t 5- t, ) rt ; ti|.

Ток продолжает поступать в нагрузочный узел 6 через открывшиеся диод 11 и конденсатор 13, заряжая последний. Напряжение на нем, а следователь но, и на транзисторе 1 плавно нарастает. Когда оно достигает значения Ед(/2., отпирается диод 9, полярность напряжения на дросселе 5 изменяется на обратную и накопленная в его верхней половине энергия передается в нагрузку преобразователя по цепи: отвод от средней точки 5- 6-9-2 верхний выход 5

В момент времени t (фиг.2) отпираются транзисторы 1 и 2, а транзисторы 3 и 4 заперты. При этом конт денсаторы 13 и 14 заряжены до максимального напряжения, равного Е /2, диоды 9 и 11 заперты, а транзистор 15 открыт.

Ток от источника питания проте

кает по цепи Egj((+) верхняя половина (-), а также по цепи: 7(+) 7(-).

Появившееся напряжение на входе узла 6 направлено встречно напряжению Egx/2 конденсатора 7, поэтому лод воздействием неравенства Ugx отпираются диоды 17 и 18 моста 16 и конденсатор 13 разряжается на дроссель 5 по цепи:

13-1-2-5-17-15-18 - 13 и на нагрузку преобразователя по цепи: 13-7 - 6 - 17 - 15-18-13. При этом ток в цепи разряда (i,, также напряжения на конденсаторе 13 и

дросселе 5 к моменту времени t плавно спадают до нуля (фиг.2), В соответствии с этим напряжением на входе узла 6 плавно нарастает до значения Е /2 ( U на фиг.2). В промежутке времени от t До tj имеет место характерное для цепей с реактивными элементами L-C процессы перераспределения напряжения между дросселем 5 и трансформатором 21, При этом в дросселе 5 накапливается часть энергии от источника питания, а также от разряда конденсатора 13.

40

Ло истечении времени t.j, достаточного для полного разряда конденсатора 13, запирается транзистор 15.

В момент времени t запирается транзистор 1, а транзистор 2 остает- ся открытым до конца полупериода,

Ток продолжает поступать в нагрузочный узел 6 через открывшиеся диод 11 и конденсатор 13, заряжая последний. Напряжение на нем, а следователно, и на транзисторе 1 плавно нарастает. Когда оно достигает значения Ед(/2., отпирается диод 9, полярность напряжения на дросселе 5 изменяется на обратную и накопленная в его верхней половине энергия передается в нагрузку преобразователя по цепи: отвод от средней точки 5- 6-9-2 верхний выход 5

Вследствие наличия в узле 6 индуктивности (в данном случае индуктивность дросселя 24) с приведенным к первичной стороне значения L., наблюдается деление выходного напряжения Е gbix или его приведенного значения EOJ,,, дросселями 5 и 24 с коэфр1/ л -J

деления р( .

Lj +

в результате на дросселе 5, на первичной обмотке трансформатора 21, а также на транзисторе 15 на время паузы t устанавливается напряжение,

примерно равное о. g, ЕруМнн/2 (фиг.2). На транзисторе же 1(4) фиксируется текущее значение Е а на запертом транзисторе 3(2) напряжение равно значению 2ok Egy и при eL 0,5 не может превышать величины Е /2. Кроме того,оно ограничивается возвратными диодами известным образом (не показаны). Запертое состояни транзистора 15 исключает возможность закорачивания дросселя 5 на интервале от t . до t .

В момент времени t . запираются транзистор 2, диод 9 и отпираются транзисторы 3,4 и 15. Начинается ра- бочий цикл второго полупериода, при котором имеют место процессы, аналогичные описанному, но при участии симметрично расположенных элементов вторичного плеча и обратных направлениях тока и полярности напряжения в трансформаторе 21 (фиг. 2), Далее процессы повторяются последовательно и периодически. При этом ток в цепи дросселя 5 и трансформатора 21 не

прерывен ( i , i на фиг.2).

Как показано на фиг.2, напряжение и 2 при : запирании транзисторов 2 и 3 также нарастает плавно, несмотря на то, что они не шунтированы-ди- одно-конденсаторной цепочкой (фиг,1).

В начале каждого полупериода процесс запирания транзистора 2 или 3 ,по времени совпадает с моментом отпирания транзисторов 3,4 или 1,2, при котором имеет место разряд соответ ственно конденсатора 14 или 13. Из уравнения баланса напряжений следует, что плавное спадение напряжения на дросселе 5 и конденсаторе 14 или 13 должно сопровождаться соответству- ющим плавным нарастанием напряжения на запираемом транзисторе 2 или 3. Причем, если рассеяние между полови-

п

10

15

20е25 Q

35

40

.

55

50

нами обмотки дросселя 5 мало, то запирание транзисторов 2 и 3 происходит практически при нулевом значении тока.

Таким образом, конденсаторы 13 и 14 обеспечивают коррекцию траектории рабочей точки не только транзисторов 1 и 4, но и транзисторов 3 и 2 соответственно. Энергия, накопленная в ник, практически полностью передается в-узел 6 нагрузки.

Потери мощности в дополнительно введенных элементах ничтожны, так как транзистор 15 запирается при нулевом напряжении и отпирается при существенно малом напряжении по сравнению с силовыми транзисторами (более чем в 2 раза), а средаее значение тока на порядок меньше амплитудного значения.

Формула изобретения

Полумостовой транзисторный преоб- . разователь, содержащий по- два согласно последовательно соединенных силовых транзистора в каждом из плеч, точка соединения которых подключена через диод первой пары к входному выводу для подключения точки среднего потенциала источника питания, а коллектор крайнего силового транзистора первого плеча и эмиттер крайнего транзистора вторичного плеча соединены с входными питающими выводами преобразователя, отличающийся тем, что, с целью повьшения КПД и надежности путем уменьшения динамических потерь при переключении силовых транзисторов, введены вторая, третья и четвертая пары диодов, два конденсатора и дроссель, включенный между эмиттером среднего силового транзистора первого плеча и коллектором силового транзистора второго плеча и имеющий отвод от средней точки обмотки, соединенный с выходной цепью нагрузки преобразователя, и подключенный через цепочки, состоящие из последовательно соединенных диодов второй, третьей и четвертой пары к точкам соединения силовых транзисторов между собой в каждом плече, причем диод второй пары направлен согласно, а диоды третьей и четвертой пары встречно с направлением проводимости средних транзисторов, между точками соединения диодов

5Г5907376

второй и третьей пары каждой цепочки соедине 1ия диодов третьей и четвер- йключен допоянитепышй транзистор той пары каждой цепочки плеча и вход- встречно по отношению к проводимости ным питающим выводом этого же плеча Диодов второй пары, а между точкой включен конденсатор.

Изобретение относится к электротехнике. Цель изобретения - повьше- ние КПД и надежности путем уменьшения динамических потерь при переключении силовых транзисторов. В начале каждого полупериода процесс запирания транзистора 2 по времени совпадает с моментом отпирания транзисторов 3,4, при котором наблюдается разряд конденсатора 13. Конденсаторы 13 и 14 обеспечивают коррекцию траектории рабочей точки транзисторов 1,4 и 2,3 соответственно. Энергия, накопленная в конденсаторах, полностью передается в узел нагрузки. 2 ил. i (Л DO О со

rl2

«е

. Ч ti

«-

Ы t}

п

tt

-a. l-J C

k

L

i/

К52

и

%

2/

т1г

-i/c

гт

1

Фыа.2