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

Изобретение относится к электротехнике, в частности к вторичным источникам питания радиоэлектронной аппаратурыо

Цель изобретения - повышение надежности путем исклн}чения сквоз- II

10

Задающий генератор 1 и узлы 3 задержки образуют последовательности,

i /IT.

задержанные на - (-) друг относительно друга (фиГоЗ а-г),, Эти последовательности коммутируют си-повые транзисторы 6, навязывая устройству рабочий цикл о Рассмотрим для простоты работу устройства без нагрузки. По заднему фронту импульсов любой из последовательностей, например (фиг«За), запирается соответствующий силовой транзистора Ток л соответствующий магнитному потоку, накопленйому за время гз в соответствующей полуобмотке

трансформатора 7 (фиг„3и) теперь, не находя другой цепи, производит заряд

ных токов в диодах вьтрямителя

На фиг приведена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг о 2 - вариант реализации узла задержки при на фиГоЗ - временные диаграммы напряжений и токов при Устройство (фиГоО содержит задающий генератор 1 и 2с1-2оП ячеек,каж- 15 дал из которых включает последовательно соединенные узел 3 задержки, усилитель 4 мощности и выпрямитель 5 Усилители А выполнены на силовых

транзисторах 6 и через экранирован- 20 конденсатора 10 и 11 (и всех пара- ные выходные трансформаторы 7, обмот- зитных емкостей-транзисторов, транс- ки которых вместе с транзисторами форматора), формирует положительный соединены с выходными шинами 8 и 9 фронт на коллекторе данного транзисто- и конденсаторами 10 и П, подключены ра (фиГоЗд)„ Соответствующий фронт, к дросселям 12, включенными между кон- 25 но противоположной полярности, обра- денсаторами 11 и дополнительными кон- зуется на коллекторе другого транзис- денсаторами 13, а также входом вып- тора (фиг„3е), образующего с данным рямителей 5, выходы которых объедине- пару Фронты являются частью колеба- ны в шины 14, образующие совместно с тельного процесса (фиг.Зд, штриховая шинами 15 нулевого потенциала источ- 30 линия), развитию которого препятст- ники входных напряжений

Вариант реализации узла 3 задержки При , приведенньш на фиг„2, включает в себя делитель 16 частоты, соединенный с задающим генератором 1, 35 селекторы-элементы И 17, подключенные к делителю 16 частоты, формирователи 18 управляющих импульсов (например} ключи), подключенные к выходам

40

селекторов 17,,

Работа устройства при количестве ячеек Для этого случая на фигоЗ приведены временные диаграммы напряжений и токов в характерных точках схемы, где:

а-г - напряжение сигналов на входах усилителей мощности, д-з - напряжения на выходах усилителей МОЩНОСТИ

- токи силовых транзисторов усилителей мощности

и-о - напряжения на выходах усилителей мощности если оставить работающей одну ячейку (); п ,р - токи силовых транзисторов, если оставить одну ячейку; с,т уф - напряжения на дросселях; у,ц - токи дросселей

45

50

55

вует включение другого транзистора. Включение его производится самим про-г цессом без воздействия управляющего сигнала извне и происходит при изменении коллекторного напряжения зистора на напряжение другого знака. Транзистор включается инверсно и находится в насьщении (для тpaнзиctopoв не допускающих инверсного включения при больших токах, параллельно следует включать диоды) до тех пор, пока ток, накопленньш в полуобмотке, не упадет до нуля (фиг.Зк) После этого транзистор должен был бы запереться, а колебательный процесс вновь бы развивался (фиг.Зд, штриховая линия) Транзистор, однако,не запирается, а продолжает находиться в насыщении благодаря поступлению на его базу сигнала (Зб), приходящего несколько ранее. Ток в данной полуобмотке падает до нуля, а затем увеличивается в противоположном направлении (фиГоЗк), не влияя на форму коллекторного напряжения о Рост осуществляется до поступления заднего фронта последовательности (), запирания другого транзистора, и процесс повторяетсяо

0

Задающий генератор 1 и узлы 3 задержки образуют последовательности,

i /IT.

задержанные на - (-) друг относительно друга (фиГоЗ а-г),, Эти последовательности коммутируют си-повые транзисторы 6, навязывая устройству рабочий цикл о Рассмотрим для простоты работу устройства без нагрузки. По заднему фронту импульсов любой из последовательностей, например (фиг«За), запирается соответствующий силовой транзистора Ток л соответствующий магнитному потоку, накопленйому за вре5мя гз в соответствующей полуобмотке

трансформатора 7 (фиг„3и) теперь, не находя другой цепи, производит заряд

конденсатора 10 и 11 (и всех пара- зитных емкостей-транзисторов, транс- форматора), формирует положительный фронт на коллекторе данного транзисто ра (фиГоЗд)„ Соответствующий фронт, но противоположной полярности, обра- зуется на коллекторе другого транзис- тора (фиг„3е), образующего с данным пару Фронты являются частью колеба- тельного процесса (фиг.Зд, штриховая линия), развитию которого препятст-

конденсатора 10 и 11 (и всех пара- зитных емкостей-транзисторов, транс- форматора), формирует положительный фронт на коллекторе данного транзисто- ра (фиГоЗд)„ Соответствующий фронт, но противоположной полярности, обра- зуется на коллекторе другого транзис- тора (фиг„3е), образующего с данным пару Фронты являются частью колеба- тельного процесса (фиг.Зд, штриховая линия), развитию которого препятст-

вует включение другого транзистора. Включение его производится самим про-г цессом без воздействия управляющего сигнала извне и происходит при изменении коллекторного напряжения зистора на напряжение другого знака. Транзистор включается инверсно и находится в насьщении (для тpaнзиctopoв не допускающих инверсного включения при больших токах, параллельно следует включать диоды) до тех пор, пока ток, накопленньш в полуобмотке, не упадет до нуля (фиг.Зк) После этого транзистор должен был бы запереться, а колебательный процесс вновь бы развивался (фиг.Зд, штриховая линия) Транзистор, однако,не запирается, а продолжает находиться в насыщении благодаря поступлению на его базу сигнала (Зб), приходящего несколько ранее. Ток в данной полуобмотке падает до нуля, а затем увеличивается в противоположном направлении (фиГоЗк), не влияя на форму коллекторного напряжения о Рост осуществляется до поступления заднего фронта последовательности (), запирания другого транзистора, и процесс повторяетсяо

3

Таким образом, транзисторы не участвуют ь ломмутации мощноети Включение транзисторов производится в соответствующие моменты колебательным процессоМо Изменение токов и напряжений производится без влияния активных элементов - транзисторов, а только пассивными элементами: индук- тивностями трансформаторов., конденсаторами 10. и 11 и паразитными емкостями транзисторов 6, обмоток трансформаторов, монтажа, т.ео тем, что образует колебательный контур Отсюда следует, что уровень излучаемых помех определяется элементами и конструкцией колебательного контура и скоростью протекания колебательного процессао Поскольку процессы в устройстве ограничены колебательным конту- ром, а элементы контура конструктивно четко определеныJ локализация излучаемых помех не вызывает технических трудностей. Серьезно облегчает задачу возможность снижения скорости протек ания колебательного процесса. Фронты коллекторных напряжений могут быть доведены соответствующим выбором величины конденсаторов 10 и 11 до ве13

личин - без всякого влияния на КПД

устройства. Таким образом, частота, на которой работает устройство, может быть значительно увеличена по сравнению с известным устройством.

Работа под нагрузкой не оказывает влияния на коллекторные напряжения транзисторов. Для понимания работы рассмотрим вначале простой случай - работу устройства, построенного на одной ячейке ()o Теперь еще до пос тупления импульса. (фиг,3б,а) ток, запасенный в полуобмотках за время: действия импульса (фиг„Зп-рГ, упадет до нуля, вызывая деформацию плоской вершины импульса коллекторного напряжения (фиг,3н,о)„ Включение силового транзистора теперь создает крутой перепад напряжения на коллекторе Генерируется помеха, вызванная коммутацией мощности, произведенной транзистором. Введение второй ячейки устраняет данный недостаток. Так как включение силового транзистора данной ячейки производится непосредственно за выключением транзистора первой, питание нагрузки за время действия импульсов Зв будет производиться от второй ячейки, а колебательный про

10

юао й20м тя40 с-

39Д357

цесс в первой ячейке будет развиваться без деформации траектории Токи в полуобмотках приведены на фиг,3л,м,

Рассмотренная структура сохраняет . свои свойства в широком диапазоне нагрузок: от полного сброса до максимальной и может быть применена в качестве конверторов малой и средней мощности Увеличение отдаваемой мощности связано с увеличением рабочих токов через диоды выпрямителей А это, в свою очередь, приводит к воз-, никновению сквозного тока через вык,пю15 чающийся диод. Растут помехи, и это является препятствием дальнейшему увеличению отдаваемой мощности,, Увеличение числа п-ячеек, хотя и эффективно, но приводит к ухудшению массо- габаритных показателей Применение дросселей 12 и конденсаторов 13 позволяет устранить сквозные токи

По заднему фронту импульсов любой из последовательностей, например

25 За, запирается транзистор„ Так, на- , копленньй из обмоток дросселя (фиго3у,ц), не находя цепи, вместе с током полуобмотки трансформатора перезаряжает конденсаторы 10 и 11 и v

30 все паразитные емкости, формируя положительный фронт коллекторного напряжения данного транзистора (фиГоЗд), Соответствующий фронт, но противоположной полярности, формируется на

коллекторе другого транзистора 35

45

50

55

(фиГоЗе), образующего с данным пару Как и ранее, после изменения знака коллекторного напряжения на противоположный, транзистор открывается, препятствуя дальнейшему изменению коллекторных напряжений. Теперь обмотка дросселя оказывается под обратным напряжением (фиГоЗс,т,ф,х), и ток в дросселе начинает падать. После достижения током нуля другой транзистор должен бьт бы запереться, но ток, накопленный в полуобмотках трансформатора, удерживает его в насыщен- ном состоянии Диаграммы коллекторных напряжений остаются, таким образом, без изменений. Напряжение до и после дросселя представлены соответственно на фиг о 3с,ф,т,X, Уменьшение тока в дросселе - это и уменьшение тока выпрямительного диода. Равенство тока нулю вызывает запирание диода Одновременно изменяется напряжение после дросселя (фиГоЗт,х5, Изменение напряжения индуцирует про513

тивоположное напряжение на второй обмотке дросселя.

Полярность напряжения такова что открывается второй диод выпрямителя, а вторая обмотка начинает накапливать ток о После запирания второго транзистора процесс повторяет- ся. Диоды выпрямителя, под каким бы напряжением не находились, включают- ся плавно спадающим током и оказьша- ются одновременно выключенными. Этим устраняются сквозные токи и снижаются помехи от увеличения отдаваемой мощностио Соответствующим выбором величины конденсатора 13 можно довести фронт напряжения на диодах до

1

- без всякого влияния на КПД и еще

понизить уровень помех„ ,

Влияние дросселя на колебательный процесс ничем не отличается от влияния полуобмоток трансформатора: теперь они совместно формируют траекторию рабочего цикла„ Снижение помех может быть получено при использовании в качестве дросселей 12 индуктивности рассеяния трансформатора 7 Необходимая величина индуктивности находится соответствующим выбором моточных данных трансформатора и его конструтстивным исполнением

Уменьшение уровня излучаемых помех удается достигнуть за счет полного устранения сквозных токов, режимо вынужденного включения транзисторов, за счет возможности доведения фронто

импульсов напряжения на силовых тран/jзисторах до - без ухудшения КПД,

5

0

5 о

5

0

Формула изобретения

1, Преобразователь постоянного напряжения в постоянное, содержащий по меньшей мере две ячейки, каждая из которых содержит усилитель мощности с выходным трансформатором, во вторичную обмотку которого включены двухпо- лупериодный выпрямитель со средней точкой и фильтр, дроссель которого включен последовательно в одну выходную шину, а конденсатор хгоединен первой обкладкой с выводом дросселя и второй обкладкой - с другой выходной шиной, отличающийся тем, что, с целью повьш1ения надежности путем исключения сквозных токов в диодах выпрямителя, введен узел задержки в каждую ячейку, а дроссель выполнен двухобмоточньм, причем обмотки дросселя включены встречно, а каждая из обмоток включена между свободным концом вторичной обмотки выходного трансформатора и диодом выпрямителя, узлы задержки соединены последовательно между собой и последовательно с усилителем мощности

2,, Преобразователь по По1, о т - л и чающийся тем, что, с целью уменьшения уровня помех путем бестокового переключения полупроводниковых ключей, обмотки выходного трансформатора шунтированы конденсатором, образующим LC-контуро

Зо Преобразователь по и 2, отличающийся тем, что индуктивность рассеяния выходного трансформатора использована в качестве индуктивности ЪС-контура

Узе/t sa epjffffu

.Изобретение относится к электротехнике, к преобразователю постоянного напряжения в постоянное Цель изобретения - повышение надежности путем исключения сквозных токов в диодах выпрямителя о Преобразователь содержит N янеек 2, узел задержки 3, усилитель мощности 4, выходной трансформатор 7, фильтр 13, выпрямитель 5, конденсаторы 10,11о Дроссель 12 выполнен двухобмоточнымо Включение обмоток дросселя 12 позволяет устранить сквозные Включение конденсаторов 10 и 11 понижает уровень помех за счет образования колебательного контура , 2 з„п„ ф-лы, 3 ил.

риъ.2

4

W1НИ44

ММ

и I

-т

Т П 1ГТ1ПГм

I III ||, I м-rtf-Uii-мФ-4Ш-ЫР-ДИ-

жзг

I III 11

. t

1НИ44

ММ

г t