Преобразователь постоянного напряжения Советский патент 1988 года по МПК H02M3/335 

113

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при разработке источников электропитания и электропривода.

Цель изобретения - повышение надежности и КПД преюбразователя за счет снижения напряя :ения на транзистор НЬЕХ ключах.

На фиг, 1 приведена схема преобразователя постоянного напряжения пон1шающего типа; на фиг. 2 - то же повьплающего типа; на фиг. 3 - то же инвертирующего типа.

Преобразователь содержит первый импульсньй регулятор положительной полярности и второй импульсньш регулятор отрицательной полярности.- Каждый из регуляторов соответственно содержит конденсаторы 1 и 2 входных фильтров, конденсаторы 3 и 4 выходных фильтров, обратные диоды 5 и 6, магнитосвязанные обмотки 7 и 8 сглаживающего дросселя 9 выходного филь ра, имеющие равное число витков, транзисторные ключи 10 и 11, трансформаторы 12 и 13. Вторичные обмотк 14 и 15 трансформаторов 12 и 13 подключены к управляющим переходой транзисторов tO и 11,, вторичные обмотки 16 и 17 - к узлу 18 управлени Третья обмотка 19 трансформатора 12 первого регулятора включена последовательно с транзисторным ключом 11 второго регулятора, а третья обмотка 20 трансформатора 13 - последовательно с транзисторным ключом 10 первого регулятора. К входу преобразователя подключен источник.21 питания, а к его выходу - нагрузка 22. В узле 18 управления обмотки 16 и 17 трансформаторов 12 и 13 могут соединяться как параллально, так и последовательно.

Преобразователь (фиг.1) работает следующим образом.

Узел 18 управления вьфабатывает импульсы напряжения определенной частоты, длительность которых может регулироваться. Эти импульсы поступают одновременно на обмотки 16 и 17 трансформаторов 12 и 13, Предположим, что в рассматриваемый момент времени полярность напряжений соответствует показанной на фиг.1 без скобок. Такая полярность является отпирающей для транзисторных ключей 10 и 11. После перехода транзисто

5

0

5

0

5

0

5

0

5

ров 10 и 11 в насьпценное состояние обратные диоды 5 и 6 закрыты. В магнитном поле дросселя 9 происходит накопление электромагнитной энергии.

При подаче с узла 18 управления запирающ1гх импульсов, полярность которых показана на фиг. t в скобках, транзисторы 10 и 11 закрьгоаются. Ток дросселя 9 замыкается через обратные диоды 5 и 6, конденсаторы 3 и 4 и нагрузку 22. Поскольку числа витков обмоток 7 и 8 дросселя 9 одинаковы, а магнитная связь между ними выбирается высокой, то напряжения на них равны, что приводит к выравниванию напряжений на конденсаторах 3 и 4 выходных фильтров. При следующем включении транзисторов 10 и 11 (полярности напряжений на фиг. 1 без скобок) к конденсаторам входных фильтров 1 и 2 оказываются подключенными цепи, состоящие соответственно из обмотки 7 дросселя 9 и конденсатора 3 и обмотки 8 дросселя 9 и конденсатора 4. Так как напряжения на обмотках 7 и 8 дросселя 9 - остаются одинаковыми, а напряжения на конденсаторах 3 и 4 выравнены ранее, то выравниваются и напряжения на конденсаторах 1 и 2, т.е. они становятся равными половине напряжения источника 21 питания преобразователя. Таким образом, при последующем запирании транзисторов 10 и 11 и отпирании обратных диодов 5 и 6 напряжения на первых будут одинаковы и равны половине напряжения питания.

I

Во включенном состоянии отпирающий ток базы транзистор.а 10 складывается из коллекторного тока транзис- тора 11, трансформируемого из обмотки 19 в обмотку 14 трансформатора 12, и из тока узла 18 управления, трансформируемого из обмотки 16 в обмотку 14 этого же трансформатора. Соответственно отпирающий ток базы транзистора 11 складывается из коллекторного тока транзистора 10 и тока узла 18 управления, трансформируемых в обмотку 15 трансформатора 13. На этапе запирания транзисторов токи баз их равны разности указанных токов, так как ток блока 18 управления меняет свое направление. Когда узел 1.8 управления вьфабатывает запирающие, импульсы (полярность их в

скобках), транзисторы 11 и 12 начинают запираться. Допустим, что в транзисторе 12 процесс рассасывания зако.нчился, и коллекторный ток.его начинает уменьшаться. Это приведет к тому, что запирающий ток базы транзистора 11 начнет возрастать и он форсированно выключится, При этом до тех пор, пока процесс рас- сасывания в транзисторе 11 не закончился, его коллекторньй ток буде препятствовать выходу из насыщения транзистора 10. Благодаря такому взаимному влиянию транзисторов друг на друга спад коллекторных токов происходит практически одновременно и переразрядкк конденсаторов 1 и 2 не происходит, т.е. напряжения на них остаются равными половине напряжения питания преобразователя. Аналогично можно показать, что и при включении транзисторов их коллекторные токи изменяются одинаковым образом и деление напряжения на конденсаторах 1 и 2 не нарушается.

Особо следует отметить то преимущество преобразователя., что равноменость деления напряжения сохраняетс как при использовании в узле 18 управления параллельного соединения обмоток 16 и 17 трансформаторов 12 и 13, так и последовательного.

Благодаря рассмотренному взаимному влиянию транзисторов друг на друга, обусловленному введением третьих обмоток трансформаторов 12 и 13 и их включению, запаздывания с вЬгходом из насыщения какого-либо из транзисторов не происходит. Больше того, последовательное соединение обмоток трансформаторов способствует выравниванию коллекторных токов транзисторов. Действительно, поскольку при последовательном соединении токи обмоток 16 и 17 равны, то, следовательно, рав ны и токи обмоток 19 и 20, по сути коллекторные токи транзисторов 10 и 11 принудительно выравниваются с помощью трансформаторов 12 и 13.

Преобразователи по фиг.2 и 3 работают практически аналогично рассмотренному. Точно так же в них выравнивание напряжений на конденсаторах 1 и 2 входных фильтров происходит на интервале включенного состояния транзисторов 10 и 11, а на конденсаторах 3 и 4 выходных

фильтров - на интервале выключенного. Что касается процесса выравнивания моментов включения и выключе- 1шя транзисторов Ю и 11 с помощью дополнительно введенных третьих обмоток 19 и 20 в трансформаторы 12 и 13, то он протекает полностью идентично рассмотренному, при этом Q полохсительный эффект достигается

точно такой же, как и в преобразователе по фиг.1.

Таким образом, изобретение позво5 ляет-распределить с большей точностью напряжение источника питания между последовательно соединенными импульсными регуляторами. Это исключает перегрузки транзисторных клю0 чей по напряжению на всех этапах работы и при любой относительной длительности их включенного состояния. В результате существенно повышается надежность преобразователя,

5 а также возрастает его КПД за счет уменьшения уравнительных токов. Положительным фактором введения третьих обмоток в трансформаторы является также то, что их намагни0 чивающую силу можно использовать для создания отпирающих токов баз транзисторов и тем самым снизить выходную мощность блока управления.

5 Формула изобретения

Прзобразователь постоянного напряжения, содержащий последовательно соединенные по входу и выходу импуль0 сные регуляторы разной полярности, каждый из которых состоит из входного емкостного фильтра, к которому подключен силовой переход транзистора, и выходного .индуктивно-емкостно5 го фильтра с обратным диодом на входе, причем управляющие переходы транзисторов подключены к вторичным обмоткам соответственно первого и второго трансформаторов, первичные

0 обмотки которых подключены к выходам узла управления, а обмотки дросселей выходных фильтров связаны магнитно, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД, надежности,

g упомянутые трансформаторы снабжены третьими обмотками, каждая из которых включена между силовым переходом транзистора и входом выходного фильтра другого регулятора.

Редактор В.Данко Заказ 1779/53

Фиг.д

Составитель И.Никитин Техред А.Кравчук

Тираж 665 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР

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

Корректор Г.Решетник

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в электротехнике для питания РЭА при повьшенных входных напряжениях. -Цель изобретения - повышение надежности, КДЦ за счет снижения напряжения на транзисторных ключах преобразователя. Преобразователь постоянного напряжения в постоянное содержит два идентичных импульсных регулятора постоянного напряжения разной полярности, соединенные между собой последовательно по входу и выходу. Регуляторы содержат конденсаторы 1, 2 входного фильтра, конденсаторы 3, 4 выходного фильтра, обратные диоды 5 и 6, обмотки 7 и 8 сглаживающего дросселя 9, транзисторы 10 и 11i трансформаторы 12 и 13 с обмотками 14,16,19 и 15,17,20, . узел управления 18. Благодаря включению обмотки 19 трансформатора 12 первого импульсного регулятора в коллекторную цепь транзистора 11 второг о регулятора, а обмотки 20 трансформатора 13 последовательно с транзистором Ю первого импульсного регулятора, выключение и включение транзисторов происходит строго одновременно и тем самым устраняется основная причина неравномерного деления напряжения источника питания между импульсными регуляторами- разброс параметров транзисторов. 3 ил. л 00 со о 00 сх