Однотактный преобразователь постоянного напряжения Советский патент 1989 года по МПК H02M3/337 

«

00

о

CO 00

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитания. Цель изобретения - повышение КПД. Однотактный преобразователь постоянного напряжения содержит мостовой инвертор с двумя силовыми транзисторами 3 и 4 и двумя диодами 5 и 6. Цепочка, состоящая из последовательно соединенных первого конденсатора 11, первого дросселя 12, третьего диода 13 и второго конденсатора 14, подключена к выходной диагонали мостового инвертора черезшестой 10 и седьмой 15 диоды. Последовательно с первичной обмоткой 7 выходного трансформатора 8 включен второй дроссель 9, задерживающий нарастание тока коллектора при включении силовых транзисторов 3 и 4. При выключении силовых транзисторов 3 или 4 происходит разряд конденсаторов 11 и 14, что снижает скорость напряжения на транзисторе, т.е. потери мощности в нем. Тиристоры 18 и 19 осуществляют перезаряд конденсаторов 11 и 14 через первый дроссель 12 на интервале открытого состояния силовых транзисторов. 2 ил.

в. S 9 t t t t t

17 fttf-f

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитания.

Цель изобретения - повышение КПД. На фиг. 1 приведена схема предлагаемого преобразователя постоянного напряжения; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства, при этом индексы при перемен- ных соответствуют номеру элемента

-

схемы.

Преобразователь содержит подключенный к входным вьшодам 1 и 2 одно- тактный мостовой инвертор, выполнен- ный на силовых транзисторах 3, 4 и диодах 5, 6. Последовательно соединенные первичная обмотка 7 выходного трансформатора 8 и дроссель 9 подключены к диагонали переменного то- ка инвертора между эмиттером транзистора 3 и коллектором транзисто- , ра 4, к которой подсоединена также последовательная цепочка, состоящая из диода 10, конденсатора П, дросселя 12, диода 13, конденсатора 14 и диода 1 5. Диод 16 включен между входным вьшодом 1 и общей точкой диода 13 и конденсатора 14, а диод 17 - между входным вьшодом 2 и общей точкой конденсатора И и дросселя 12. Тиристор 18 подсоединен между первым входньм вьшодом 1 и общей точкой диода 1 О и конденсатора 1 1, а -тиристор 1 Э - между вторым входным вьшодом 2 и общей точкой конденсатора 14 и диода 15, Вторичная обмотка 20 выходного трансформатора 8 подключена к нагрузке 21 через выпрямитель 22 и выходной сглаживающий фильтр 23, содержащий замыкающий диод 24 и сглаживающие дроссель 25 и конденсатор 26. Выходы блока 27 управления соединены с управляющими входами транзисторов 3, 4 и тиристоров 18,19.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии до момента времени t (Фиг. 2) силовые транзиторы 3 и 4 открыты, конденсаторы П и 1 4 заряжены до входного напряжения полярностью, указанной на фиг. К первичной обмотке 7 трансформатора 8 приложено входное напряжение (полярность без скобок), ток нагру ки протекает через диод 22. - В момент времени t снимаются отпирающие сигналы с управляющих вхо

5

0

дов транзисторов 3 и 4. Транзисторы 3 и 4 закрьгоаются и ток в них за интервал времени выключения транзисторов tg-t, спадает до нуля (время рас- сасьшания не учитьюается) . Ток первичной обмотки 7 трансформатора 8 и дросселя 9 замыкается через пер- вичньй источншс по цепи: входной вывод 2 - диод 17 - конденсатор 11 - диод 10 - первичная обмотка 7 трансформатора 8 - дроссель 9 - диод 15 - конденсатор 1 4 - диод 1 6 - входной вьюод 1 .

В интервале времени конденсаторы 11 и 14 разряжаются до нyJJЯ по указанной цепи. Напряжение на. транзисторах 3 и 4 возрастает, при этом скорость нарастания напряжения на транзисторе не превьшает велигде I-, - ток через

dU i-j .чины J - -с

первичную обмотку 7 трансформатора 8 и дроссель 9,- С - емкость конденсаторов 11 и 14. Выбором соответст- . вующей емкости конденсаторов 11 и 14 . можно обеспечить безопасную траекторию выключения транзисторов 3 и 4. В момент времени t напряжение Q на конде нсаторах 11 и 14 достигает половины входного напряжения, напряжение в диагонали мостового инвертора становится равным нулю, и с момента времени t к последовательно соединенным дросселю 9 и первичной обмотке 7 трансформатора 8 прикла- дьшается возрастающее напряжение противоположной полярности (на фиг. 1 полярность напряжения показана в скобках). Ток дросселя 9 начинает уменьшаться по величине, а ток сглаживающего дросселя 25 остается неизменным, так как его индуктивность много боль-ще индуктивности дросселя 9. Это ведет к открытию замыкающего диода 24. При этом через диод

-т т .22 протекает спадающий, ток .

.где W, числа витков соответственно первичной 7 ri вторичной 20 обмоток трансформатора 8, а через диод 24 - возрастающий ток где - ток сглаживающего дросселя 25. Вследствие того, что оба диода 22 и 24 открыты, вторичная обмот- ка 20 .трансформатора 8 закорочена и все напряжение диагонали переменного тока инвертора приложено к дросселю 9.

35

40

45

50

В момент времени tj конденсаторы 1 и 14 разряжаются до нуля, открыаются диоды 5 и 6. Спадающий по веичине ток дросселя 9 и первичной бмотки 7 трансформатора 8 замыкается через первичный источник по цепи: входной вывод 2 - диод 5 - ервичная обмотка 7 трансформатора 8 - дроссель 9 - диод 6 - входной вьтод 1 .

В момент времени t ток в дросселе 9 спадает до уровня тока намагничивания трансформатора 8. Входное напряжение через открытые диоды 5,

6прикладьшается к. первичной обмотке 7 трансформатора 8 (полярность в скобках), диод 22 закрьшается.

В интервале времени t4-t5 происходит рекуперация энергии трансформатора 8 в первичньй источник. Так как индуктивность первичной обмотки

7трансформатора 8 много больше индуктивности дросселя 9, напряжение на дросселе 9 близко к нулю и входное напряжение прикладьшается к первичной обмотке 7 трансформатора 8

В момент времени t ток в первичной обмотке 7 трансформатора 8 и дросселе 9 спадает до нуля, диоды 5 и 6 закрьшаются, напряжение на обмотках трансформатора 8 становится

равным нулю.

В момент времери Ц. поступает отпирающее напряжение на управляющие входы силовых транзисторов 3 и 4, в резуль- тат е чего на интервале времени включения транзисторов напряжение, на них спадает до нуля, а напряжение на дросселе 9 возрастает до входного напряжения, что приводит к появлению тока в этом дросселе и первичной обмотке 7 трансформатора 8 и открытию диода 22.

В интервале времени t,-tg ток через дроссель 9 и первичную обмотку 7 трансформатора 8 возрастает. Через диод 22 течет возрастающий ток W,

to - Wjo

дающий ток I

14

через диод 24 - м- Вследствие того, что оба диода открыты, вторичная обмотка 20 трансформатова 8 закорочена и входное напряжение яриложено к дросселю 9. Ток через транзисторы 3 и 4 возрастает, при этом скорость нарастания тока не

f TТУ

йрёвьшает величины - -|--, где Е

входное напряжение, L - индуктда- ность дросселя 9, что обеспечивает безопасную траекторию включения транзисторов 3 к 4.

В момент времени t ток через

первичную обмотку 7 трансформатора 8 и дроссель 9 достигает величины приведенного к первичной обмотке

7 тока сглаживающего дросселя 25, напряжение на дросселе 9 падает до нуля, а входное напряжение прикоча- дывается к первичной обмотке 7 трансформатора 8, диод 24 закрьша2 ется.

Одновременно с открытием -транзисторов 3 и 4 в момент времени t подается отпирающее напряжение на управляющие входы транзисторов 18

0 и 19, последние открьгоаются и в интервале времени tg-t конденсаторы 11 и 14 заряжаются до входного напряжения по цепи: входная клемма 1 - тиристор 18 - конденсатор 115 дроссель 12 - диод 13 - конденсатор 1 4 и - тиристор 9 - входная клемма 2.

С момента времени t процессы в устройстве повторяются.

0По сравнению с известньм в предлагаемом устройстве уменьшены динамические потери при включении транзисторов инвертора, расширен диапазон регулирования выходного напряжения, ток заряда конденсаторов не проходит через транзисторы инвертора. Переключение токов в выпрямителе и замыкающем диоде происходит плавно, без сквозных токов, что снижает также уровень помех, создаваемых преобразователем.

Формула изобретений

.с Однотактный преобразователь постоянного напряжения, содержащий мостовой инвертор, в двух диагонально расположенных плечах которого включены силовые транзисторы, а в двух других плечах - первый и второй диоды, выходной трансформатор, вторичная обмотка которого через выпрямитель и фильтр соединена с выходными выводами преобразователя, и цепочка состоящая из последовательно включенных между ее началом и концом первого конденсатора, первого дросселя, третьего диода и второго конденсатора, причем Точка соединения

35

50

55

третьего диода с вторым конденсатором через четвертый диод соединена с первым входным выводом преобразователя, соединенным с коллектором первого силового транзистора, а точка соединения первого конденсатора с первым дросселем через пятьш диод соединена с вторым входным вьшодом преобразователя, соединенным с эмиттером второго силового транзистора, отличающийся тем, что, с целью повьшения КПД, введены второй дроссель, первьй и второй управляемые вентили, шестой и седьмой диоды.

при этом второй дроссель включен через первичную обмбтку выходного трансформатора между эмиттером первого силового транзистора и коллек- тором второго силового транзистора, начало и конец указанной цепочки соответственно через шестой и седьмой диоды соединены с эмиттером первого и коллектором второго силовых транзисторов соответственно и через пятый и второй з равляейые вентили подключены соответственно к первому и второму входным вьшодам преобразователя.