Двухтактный преобразователь постоянного напряжения Советский патент 1990 года по МПК H02M7/537 

20

25

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в источниках вторичного электропитания систем радиотехники, автоматики и вычислительной техники.

Цель изобретения - повьшение наежности путем равномерного распрееления токов между параллельно вкл:ю енными транзисторами двухтактного in преобразователя постоянного напряжения ,

На фиг.1 приведена электрическая:-, схема силовой части двухтактного преобразов.ателя постоянного напряже- |с ния; на фиг, 2 - схема блока управения, пример исполнения, для пояснения работы преобоазователя.

Двухтактный преобразователь постоянного напряжения содержит выходной трансформатор 1, средний вывод вичной обмотки 2 которого подключен к первому входному выводу, а вторш; - ная обмотка 3 связана с выходными выводами, блок 4 управления, преобразо нательные ячейки ,Мр состоящие из двух транзисторньк ключей 6 и 7 и трансформатора 8 тока, базовые обмот- ки 9 и 10 которого подключены к входам управления транзисторных ключей 6 и 7, обмотки 11 и 12 отрицательной обратной связи (ООС) включены в цепь тока каждого из транзисторных ключей 6 и 7, а обмотки 13 управлениями первичные обмотки 14 всех преобразовательных ячеек 5,1-5,N соединены согласно-последовательно между собой.

Блок управления (фиг, 2) содержит генератор 15 импульсов синхронизации, выход которого соединен с входом ши- ротно-импульсного модулятора 16, выходные вьгаоды 17 и 18 блока управления, лог.ический элемент НЕ 19, логические элементы 2И-НЕ 20 и 21, выходы которых подключены соответственно к базам транзисторов 22 и 23, между 45 коллекторами и эмиттерами которых включены диоды 24 и 25, и трансформатор 26 управления, первичная обмотка которого выполнена со средней точкой, связанной через токоограничивающий 50 р езистор 27 с выводом питания.

Двухтактный преобразователь постоянного напряжения работает следующим образом,

В случае отсутствия сигналов управ--55 ления на выходе блока 4 управления,, последний своим низким выходным сопроо тивлением шунтирует цепь последовательно соединенных обмоток 13 удравле30

35

40

0

5

n

с

5 0

5

0

5

0

ния трансформаторов 8 тока. При этом величина напряжения на базовых обмотках 9 и 10 равна нулю, следовательно, транзисторы 6 и 7 заперты и отсутствует передача энергии из первичной обмотки 2 выходного трансформатора 1 в его вторичную обмотку 3.

В момент появления сигнала управления на выходе блока 4 управления в цепи обмоток 13 управления начинает протекать ток, величина которого равна или несколько больше тока намагни - чивания любого из трансформаторов 8 тока. Вследствие явления электромагнитной индукции на базовых обмотках. 9 и 10 появляется напряжение, полярность которого по отношению к началам обмоток совпадает с полярностью: напряжения на обмотках 13 управления. При этом если полярность напряжения на обмотках управления такова, что положительный потенциал присутствует на их началах, то переходы база - эмиттер транзисторов 6 смещаются в прямом -направлении, а переходы база- эмиттер транзисторов 7 смещаются в L обратном направлении . Как только напряжение на базовых обмотках 9 достигает дocтatoчнoй величины для начального отпирания транзисторов 6, через переходы база - эмиттер последних начинают протекать отпирающие токи, вы- зьшая протекание токов через силовые выводы транзисторов 6- и через обмотки 11 ООС. Затем эти токи суммируются и протекают через половину первичной обмотки 2 выходного трансформатора 1 подключенную крайним вьгеодом к общей точке обмоток 11 ООС, При этом происходит передача энергии из половины первичной обмотки 2 выходного трансформатора 1 в его вторичную обмотку 3, вследствие чего через цепь последовательно соединенных обмоток 14 положительной обратной связи (ПОС) и нагрузку инвертора протекает ток, вызывая регенеративное отпирание и переход в режим насьш1ения транзисторов 6, Одновременно обеспечивается одинаковая величина коллекторных токов каждого из транзисторов 6 за счет действия ООС, Действительно,, уровень сигнала ПОС является одинаковым для каждого из параллельно включенных транзисторов 6 и определяется величиной тока нагрузки и отношением ко. личества витков Wjfog каждой из обмоток ПОС 14 к кшхичеству витков w соответственно каждой из ток 9, так что

базовых обмо бпос «

«й-с wj

(1)

где IJnot составляющая тока базы

соответствующего транзистора 6 от действия сигнала ПОС по току нагрузки (1ц) преобразователя. В то же время уровень сигнала ООС различный для казвдого из параллельно включенньпс транзисторов 6 и определяется величиной тока, протекающего через силовые выводы соответствующего транзистора, и отношением количества витков VOQC. каждой из обмоток ООС 11 к количеству витков w соответственно каждой из базовых обмоток 9, так что ,

I.

Wpoc

S

W

(2)

где 1 - .составляющая тока базы

соответствующего транзистора 6 от действия сигнала ООС по току, протекающему через их силовые выводы .(1|с) о

Следовательно, величина тока базы Ij в каждом из транзисторов 6 определяется как разность указанных составляющих (1) и (2).

1&нас 15.ПОС

(током намагничивания, протекающим в обмотках 13 управления, пренебрегают ввиду его малости),

Учитывая то, что величина тока 1|

постоянная (определяется величинами напряжения питания и сопротивления нагрузки преобразователя) , то, любое изменение тока Хц от заранее выбранного значения вызывает противоположное изменение величины тока 1 которое возвращает величину тока 1ц. к требуемому значению. При такой полярности сигнала управления от блока 4 управления транзисторы 7 заперты вследствие наличия на их переходах база - эмиттер напряжения обратной полярности.

В момент окончания действия сигнала управления блок 4 управления пере

10

15

20

25

ходит в .режим работы источника напряжения и своим низким выходным сопротивлением щунтирует обмотки 13 управления. В результате этого прекращается протекание тока в базовых обмотках 9 и транзисторы 6 запираются, прекращая передачу энергии из первичной обмотки выходного трансформатора 1 в его вторичн то обмотку 3.

При последующем появлении сигнала управления на выходе блока 4 управления обеспечивается протекание управляющего тока в направлении, противоположном предьдущему сигналу. Вследствие того, что схема преобразователя полностью симметрична, его дальнейшая работа аналогична описанной, за исключением того, что транзисторы 7 будут отперты и насьщены, а транзисторы 6 будут заперты. При дальнейшем поступлении сигналов управления от блока 4 управления цикл работы преобразователя повторяется.

На фиг, 2 представлен один из возможных вариантов выполнения схемы блока управления, поясняющей принцип действия преобразователя. С выхода генератора 15 импульсов синхронизации по- I 30 импульсы со скважностью, рав- . ной двум, с вькода щиротно-импульсно- го модулятора 16 поступают импульсы, передний или задний фронт которых синхронизирован относительно импульсов синхронизации на выходе генератора 15. ПРИ наличии на выходе модулятора 16 низкого уровня напряжения на выходах логических элементов 2И-НЕ 20 и 21 устанавливается высокий уровень напряжения, отпирающий и переводящий в режим насыщения оба транзистора 22 и 23, что обеспечивает низкое выходное сопротивление блока 4 управления, При наличии на выходе модулятора 16 высокого уровня напряжения, а на выходе генератора 15 низкого уровня напряжения транзистор 22 отперт и на- сьпцен, а транзистор 23 заперт. При этом происходит передача энергии из половины первичной обмотки трансформатора 26 в его вторичную обмотку, а за счет наличия токоограничивающего резистора 26 обеспечивается работа схемы в режиме источника тока (высокое выходное сопротивление). Если на выходах генератора 15 и модулятора 16 действует высокий уровень напряжения, то транзистор 22 заперт, а тран зистор 23 отперт и насьш1ен. При этом

35

40

45

50

55

происходит передача энергии из другой половины первичной обмотки трансфор- матора 26 в его вторичную обмотку, вследствие чего полярность выходного сигнала задагдаего генератора изменяется на противоположную полярности предыдущего сигнала.

Для обеспечения работоспособности устройства при отказах нескольких из транзисторо.в 6 или 7 (например, короткое замыкание переходов база - эмиттер, база коллектор или промежутка эмиттер - коллектор транзистора, а также обрыв любых из его элект- родов или перегорание плавких предохранителей в силовой цепи каждого из них) количество витков каждой из обмоток 9-1А трансформаторов тока на основании закона полного тока для трансформатора должно быть выбрано из соот ношения

lyWnct

1и

N-M

W

оос

25 (4)

где М - допускаемое количество вышедших из строя транзисторов в первом или втором плече преобразователя (М 1, 2, 3,,.,);. I, - величина тока намагничивания

трансформаторов 8 тока| Wu - количество витков каждой из

.обмоток 13 управления При этом в случае вьссода из строя транзисторов преобрзователя ток, протекавший ранее через силовые выводы каждого из них, автоматически перераспределяется между оставшимися параллельно включенньши транзисторами.

Таким образом, введение в цепь управления каж,дым транзистором преобразователя положительной обратной связи по току нагрузки и отрицательной об ратной связи по току, протекающему через силовые выводы соответствующего

5

транзистора, выполненные в виде обмо- ток трансформаторов тока и соответствующих связей между.ними, позволяет обеспечить при повышении мощности двухтактного преобразователя постоянного напряжения--с пропорционально-то- ковым управлением и независимым возбуждением повышение надежности путем равномерного распределения токов между параллельно включенными- транзисторами.

Формула изобретения

Двухтактный преобразователь посто- янного напряжения, каждое из плеч которого содержит N параллельно включенных транзисторов, первые силовые выводы которых присоединены к первому входному выводу, база-эмиттерные переходы - к базовым обмоткам N трансформаторов тока, обмотки управления . кажд,ого из которых связаны с выходом блока управления, а первичные обмотки включены между выходными выводами и вторичной обмоткой выходного трансфор- - матора, средний вывод первичной обмотки которого подключен к второму входному выводу, а крайние рыводы связаны с вторыми силовыми выводами тран- . зисторов, обмотки отрицательной об ратной связи трансформаторов тока, о тличающийся тем, что, с целью повышения надежности путем равномерного распределения токов между параллельно включенными транзисторами, обмотки отрицательной обратной- связи трансформаторов тока включены между вторыми силовыми выводами транзисторов и крайними выводами первичной обмотки выходного трансформатора, вторичная обмотка которого соединена с выходными выводами через последовательно включенные первичные обмотки N трансформаторов тока, обмотки управления которых соединены согласно- последовательно и присоединены к выходу блока шравления.

17

16

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в источниках вторичного электропитания. Цель - повышение надежности при повышении выходной мощности путем равномерного распределения токов между параллельно включенными транзисторами. Двухтактный преобразователь постоянного напряжения содержит выходной трансформатор 1, вторичная обмотка 3 которого связана с выходными выводами, а первичная обмотка 2 присоединена к выводам N параллельно включенных преобразовательных ячеек 5.1...5N. Каждая преобразовательная ячейка состоит из двух транзисторных ключей 6, 7 и трансформатора тока 8. При воздействии сигнала управления 4 на трансформаторы тока 8 отпирается соответствующий транзистор 6 или 7. Токи, протекающие через открытые транзисторы 6, 7, определяются соотношением витков обмоток отрицательной 11/12/ и положительной 14 обратной связи и не зависят от свойств транзисторных ключей. 2 ил.

шиг.г