Двухтактный преобразователь постоянного напряжения Советский патент 1990 года по МПК H02M3/337 

сд

00 СО

со СП

тель 21, вспомогательный источник 23 постоянного напряжения в виде диода, смещенного в прямом направле- 1НИИ. Введение двухполупериодного выпрямителя 21, задание синусоидальной формы выходного напряжения задающего генератора 12 введение во входные

цепи ключей 7, 8 источника 23 позволяют обеспечить изменение проводимости ключей 7, 8 как в нуле тока, так и в нуле напряжения на них, что исключает коммутационные потери мощности в ключах 7 8 и трансформаторе 9. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано для питания радиоэлектронной и электрофизической аппаратуры, чувствительной к высокочастотным помехам. Цель изобретения - повышение КПД и качества электромагнитной совместимости путем исключения коммутационных потерь мощности в полупроводниковых ключах и трансформаторе усилителя мощности. Преобразователь содержит управляемый высокоомный двухполюсник 3 на регулирующем транзисторе 4 с резистором 5, усилитель 6 мощности на транзисторных ключах 7,8 с выходом на трансформаторе 9, задающий генератор 12 синусоидального напряжения с выходным трансформатором 13, двухполупериодный выпрямитель 21, вспомогательный источник 23 постоянного напряжения в виде диода, смещенного в прямом направлении. Введение двухполупериодного выпрямителя 21, задание синусоидальной формы выходного напряжения задающего генератора 12 и введение во входные цепи ключей 7, 8 источника 23 позволяют обеспечить изменение проводимости ключей 7,8 как в нуле тока, так и в нуле напряжения на них, что исключает коммутационные потери мощности в ключах 7,8 и трансформаторе 9. 2 з.п.ф-лы, 4 ил.

: Изобретение относится к электро- jrexHHKe, в частности к преобразова- Цльной технике, и может быть исполь овано для питания радиоэлектронной электрофизической аппаратуры, чув- (|:твительной к высокочастотным пометам, например, детекторов ионизаци- фнного излучения.

; Цель изобретения - повышение КПД ij качества электромагнитной совмес- имости путем исключения коммутацион йых потерь мощности в полупроводни- 1|:овых ключах и трансформаторе усили- феля мощности и существенного снижения уровня высокочастотных помех, генерируемых в цепь входного питания

На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого преобра- ователя с выполнением полупроводни- 4овых ключей усилителя мощности на Транзисторах; на фиг. 2 - то же, дву Полупериодный выпрямитель выполнен Но мостовой схеме; на фиг. 3 - то же ito схеме со средней точкой на $Иг. 4 - диаграммы напряжений и ,токов, поясняющие особенности функционирования преобразователя на интервале двух соседних тактов.

Двухтактный преобразователь посто- Лнного напряжения содержит включенные последовательно между входными Выводами 1 и 2 управляемьй высоко- Омный двухполюсник 3 на регулирующем tpaнзиcтope 4 с резистором 5 (R ) в цепи его эмиттера, подсоединенным своим свободным вьшодом к входному вьшоду 1, и усилитель 6 мощности () на полупроводниковых, в частности гранзисторных, ключах 7 и 8, объединенных одноименными силовыми вывода,- ми, в частности эмиттерами, с выходом на трансформаторе 9, средняя точка первичной обмотки которого подключена к выходному выводу 2, а входная цепь каждого из ключей 7 и 8 зашун- Тирована диодами 10 и 11 соответственно, включенными в непроводящем направлении по отношению к полярности

отпирающего сигнала задающего генератора 12 синусоидального напряжения с выходным трансформатором 13. Между выходом УМ 6 и выходными выводами включен выпрямительно-фильтрующий узел 14. Управляющие выводы, в частности базы, ключей 7 и 8 подсоединены к противофазным выводам 15 и 16

20 вторичной обмотки 17 трансформатора 13. Между выводами 18, 19 управляющего входа двухполюсника 3 и дополнительной обмотки 20 трансформатора 13 включен двухполупериодный выпрямитель 21, реализованный либо по мостовой схеме (фиг.2), либо по схеме со средней точкой обмотки 20 (фиг.З). Между средней точкой 22 обмотки 17 и объединенными выводами ключей 7 и

0 8 включен вспомогательный источник 23 постоянного напряжения, представляющий собой диод, анод которого через резистор 24 подсоединен к входному выводу 2. .

5 Преобразователь работает следующим образом.

Включенные последовательно между входными вьшодами 1 и 2 двухполюсник 3 и УМ 6 работают в режиме переклю- 0 чателя тока, частота переключения и форма которого определяется частотой синусоидального напряжения генератора 12, снимаемого с обмоток 17 и 20 его выходного трансформатора 13, и 5 формой выходного напряжения двухполу- иериодного вьтрямителя 21, выходные вьшоды которого подсоединены к выводам обмотки 20, а соответствующие выходные выводы - к соответствующим 0 вьшодам 18 и 19 управляющего входа двухполюсника 3. Частота колебаний генератора 12 выбирается равной резонансной частоте параллельного LC- контура, образованного индуктивнос- тью первичной полуобмотки трансформатора 9 и приведенной к первичной обмотке распределенной емкости вторичной обмотки. Напряжение вторичной обмотки 17, представленное на диаграмме фиг. 4 пунктирными синусоидами напряжений полуобмоток, обеспечивает противофазное переключение из проводящего состояния в непроводящее, и наоборот, ключей 7 и 8 с частотой генератора 12. Переменное синусоидальное напряжение обмотки 20, представленное на фиг. 4, преобразуется выпрямителем 21 в пульсирующее на-- пряжение в форме однополярных полуволн синусоиды, поступающее на управляющий вход двухполюсника 3 и обеспечивающее аналогичную форму его выходного тока. Порог отпирания вентилей выпрямителя 21 обусловливает наличие паузы между однополярными полуволнами напряжения и тока соседних полупериодов. В течение каждого такта работы преобразователя,равного полупериоду (фиг.4) синусоидального напряжения обмоток 20 и 17, однопо- лярная полуволна синусоидального ток проходит через проводящую ветв.ь, образованную открытым ключом 7 или 8 и включенной между его свободным силовым выводом и входным вьшодом 2 первичной полуобмоткой. Непрерьшная последовательность однополярных синусоидальных полуволн тока формирует синусоидальное напряжение на первичной и вторичной обмотках трансформатора 9, которое выпрямляется и фильтруется узлом 14, поступая затем на выход преобразователя.

Благодаря включению между средней точкой 22 вторичной обмотки 17 и объединенными силовыми выводами (змиттерами) ключей 7 и 8 источника постоянного напряжения - диода 23, вывод которого, обединенный с указанной средней точкой 22, подсоединен через резистор 24 к входному выводу 2 относительно указанных объединённых выводов ключей, непрерьюно действует постоянное синфазное напряжение отпирающей полярности, равное 0,7 В и суммирующееся на управляющем входе каждого из ключей 7 и 8 в интервале каждого такта работы с противофазными относительно средней точки 22 напря-- жениями полуобмоток вторичной обмотки 17. Напряжение и,-22совместно с синфазным напряжением U формирует на интервале такта 3 отпирающее напряжение Ufg , обеспечивающее на данно.м интервале проводящее состояние ключа 7. Одно временно, напряжением .coBMecTHo с напряжением

10

15

20

25

формируется напряжение U,-, , обеспечивающее непроводящее состояние ключа 8 и ограничивающееся на уровне 0,7 В запирающей полярности вследствие отпирания отрицательной полуволной напряжения U. диода 11, шунтирующего управляющий вход ключа 8 и исключающего выход последнего из строя под действием запирающего напряжения. На следующем такте напряжение и.2 отпирает ключ 8, а . пирает ключ 7, причем диод 10 ограничивает запирающее напряжение на его управляющем входе на уровне 0,7 В, исключая отказы в работе. Для полного переключения симметричных ветвей переключателя тока достаточно изменения напряжения между базами его транзисторных ключей на величину не более 0,15-0,2 В. Такой перепад переключающего напряжения происходит в малой окрестности момента времени tj, а к моменту начала прохождения тока через проводящую ветвь усилителя 6 все процессы, связанные с изменением проводимости ключей, заканчиваются, при этом само изменение их проводимости происходит в нуле тока. Ввиду резонансного процесса b усилителе 6 напряжение на закрытых ключах 7 и 8 имеет синусоидальную форму в соответствии с эпюрой фиг. 4 и в момент начала прохождения тока через открытый ключ практически равно нулю, а следовательно, кратковременные комму- тационные скачки тока и напряжения в ключах 7 и 8, а та;сже в индуктивности рассеяния и паразитной емкости трансформатора 9 практически исключается. 0 Таким образом исключаются коммутационные потери мощности на элементах, что повышает КПД преобразователя. Отсутствие коммутационных скачков тока и напряжения в ключах 7 и 8, 5 особенно в трансформаторе 9, снижает требования к сглаживающему филЬт- ру 14, который может начинаться с индуктивности, что также повышает КПД. При этом также существенно снижает- 0 ся уровень обусловленных указанными скачками тока и напряжения высокочастотных помех, что повышает качество электромагнитной, совместимости преобразователя с питающей сетью. 5 Синусоидальная форма напряжения генератора 12 обеспечивает паузу входного напряжения и выходного тока управляемого двухполюсника 3 без каких- либо усложнений электрической схемы.

30

5

Формул

и 3 о б

Р е т. е н и я

.-.. -. 1.1.1..Л

-rj

I 1 I

lltWirti

Фиг-.З

го двухполюсника и дополнительной обмоткой трансформатора задающего генератора, при этом вспомогательный источник постоянного напряжения

включен между средней точкой вторичной обмотки трансформатора задающего генератора и указанными объединенными силовыми выводами ключей усилите- ,Q ля мощности встречно по отношению

к полярности входного напряжения, вы- . вод которого, объединенный с упомянутой средней точкой, подсоединен через дополнительный резистор к вто- 5 рому входному выводу, а задающий генератор вьтолнен в виде генератора синусоидального напряжения.

2, Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что вспомо- Q гательный источник постоянного напряжения выполнен в вцце диода, включенного в направлении прямой проводимости по отношению к полярности напряжения входного питания, а входная 5 цепь каждого ключа зашунтирована диодом, каждый из которых включен между соответствующим управляющим и объединенньми силовыми выводами ключей в непроводящем направлении по 0 отношению к полярности отпирающего сигнала,

/Ло

13

-rj

Фиг