Двухтактный преобразователь постоянного напряжения Советский патент 1992 года по МПК H02M3/337 

СЛ

С

Использование преобразование пост янного напряжения в переменное для систем вторичного электропитания Сущность изобретения поспедовательно с каждым из транзисторов 1 и 2 полумостовой схемн включены насыщающиеся дроссели 5 л 6 обеспечивающие задержку нарастания тока и тем самым уменьшение динамических потерь при включении транзисторов 1 и 2 ,urt -индексатор 9 ьа; я. ся при выключении транзистора 2, обеспе чивая rerv сами издержку пр vios.e.iHOi гранз/с го / н; кепи- и намнче ки/ nc.oDt мощности при е ключении Комг утационный конденсттор разряжается после этого на сопрот зл нагрузки д од 17. 2 ип q

„9.

XI

hO

о

ел М

Изобретение относится к электротехнике и может быть применено в источниках постоянного напряжения, в которых используется промежуточное преобразование постоянного напряжения в высокочастотное переменное.

В известных транзисторных преобразователях для повышения загрузки последних по току используют специальные схемы формирования безопасной траектории переключения для предотвращения вторичного пробоя транзисторов. Наиболее распространенными являются схемы, в которых при помощи дросселей и конденсаторов осуществляется задержка нарастания тока коллектора транзистора при включении и соответственно задержка нарастания напряжения на коллекторе транзистора при выключении.

Для ограничения нарастания тока используется первичная обмотка рекупераци- онного трансформатора, включенная в коллекторную цепь силового ключа.

К недостаткам схемы можно отнести то. что при выключении остаточная энергия, накопленная в рекуперационном трансформаторе, создает на коллекторе сило вого ключа выброс напряжения, что приводит к динамическим потерям в силовом транзисторе при выключении и снижении КПД.

Для формирования траектории включения полупроводниковых приборов используются дроссели, включенные в коллекторные цепи силовых транзисторов. В свою очередь, для формирования траектории выключения используются RCD-цепи.

Недостаток данной схемы заключается в том, что энергия, запасенная во время включения в дросселях, рассеивается на активных сопротивлениях, превращаясь в тепло, что снижает КПД преобразователя. Кроме того, перезаряд емкостей, формирующих траекторию выключения полупроводниковых приборов, осуществляется через активные сопротивления, что также снижает КПД, Обеспечение процессов коммутации требует дополнительных зарядных и разрядных цепей, что усложняет схему. Названные причины ведут к ухудшению массо- габаритных показателей преобразователей напряжения.

Наиболее близким по технической сущности является двухтактный преобразователь постоянного напряжения в переменное, выполненный по полумостовой схеме и содержащий транзисторные ключи ТЗ, Т5, и Т4, Т6 соответственно, управляемые противофазными сигналами с формированием нулевой паузы, два двухобмоточных дросселя Др.З и Др,4. первичные обмотки

которых включены в коллекторные цепи этих транзисторов, а вторичные через выпрямительные диоды Д11, Д12, образующие с указанными обмотками однополупериодные выпрямители; выходной трансформатор Тр.2; а также два фиксирующих диода и коммутационные конденсатор.

Недостатком схемы является то, что при уменьшении коллекторного тока в процессе

0 выключения силовых транзисторов Т4, Т6 происходит смена полярности напряжения на первичной обмотке W/ц дросселя Др.4, включенного в коллекторную цепь транзисторов Т4, Т6 и, как следствие этого, повы5 шение напряжения на коллекторах силовых транзисторов Т4, Т6 происходит еще почти при полном коллекторном токе этих транзисторов, что ведет к дополнительным динамическим потерям в них. С дальнейшим

0 повышением напряжения на коллекторах транзисторов Т4, Т6 начинает работать цепь формирования безопасной траектории, замыкая ток на себя, используя при этом разряд избыточных носителей, накопленных в

5 базовой области диода Д26. Таким образом, значительная часть динамической мощности рассевается в активных элементах цепи формирования безспасной траектории. При выходной мощности 200 Вт КПД преобразо0 вателя за счет потерь в схемах демпфирования оказывается заниженным примерно на 2-3%. При КПД преобразователя 91 % потери в цепях формирования безопасной траектории близки к потерям оставшейся

5 части схемы.

Таким образом, недостатком известного преобразователя напряжения является сложность схемы и сравнительно низкий КПД.

0Цель изобретения - упрощение схемы

преобразователя и повышение КПД.

Поставленная цель достигается тем, что в двухтактном преобразователе постоянного напряжения, выполненном по полумосто5 вой схеме и содержащем выходной трансформатор, два транзистора, управляемых противофазными сигналами с формированием нулевой паузы, последовательно с каждым из транзисторов включена первич0 ная обмотка соответствующего насыщающего дросселя, вторичная обмотка которого с последовательно включенным выпрямительным диодом образует однополупериод- ный выпрямитель, коммутационный

5 конденсатор и два фиксирующих диода, вы- ходь. однополупериодных выпрямителей шунтированы обрагновключенны- 1 фиксирующими диодами и в согласно-последовательном соединении между собой включены между выходными выводами преобразователя, причем выход одного из однополупе- риодных выпрямителей шунтирован коммутационным конденсатором, а первичная обмотка выходного трансформатора шунтирована введенным компенсационным конденсатором.

В предложенном решении положительный эффект достигается за счет сокращения количества элементов в цепи обеспечения безопасной траектории переключения силовых транзисторов: четыре вместо двенадцати (причем силовых) в прототипе. Кроме того, исключение из устройства схемы формирования безопасной траектории с большими активными потерями повышает КПД устройства.

На фиг. 1 приведена электрическая схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - эпюры напряжений, характеризующие работу схемы устройства.

Предлагаемое устройство содержит два силовых транзистора 1 и 2, включенных последовательно, два двухобмоточных дросселя 3, 4, первичные обмотки 5. 6 которых включены в коллекторные цепи этих транзисторов, а вторичные обмотки 7, 8 через выпрямительные диоды 9 10, образующие с- указанными обмотками од юполупериод- ные выпрямители 11,12, включенные между собой последовательно, подключены параллельно выпрямителю 13 нагрузки 14 низковольтного источника постоянного напряжения, выходной трансформатор 15, конец первичной обмотки 16 которого подключен к точке соединения двухобмоточных дросселей, а также фиксирующие диоды 17, 18, подключенные параллельно каждому из выходов однополупериодных выпрямителей 11, 12, катодами к соответствующим катодам выпрямительных диодов 9, 10 выпрямителей, конденсатор 19 цепи формирования безопасной траектории запирания силовых транзисторов, включенный между точкоГ: соединения двух однополупериодных выпрямителей и общей точкой, вновь введенный конденсатор 20 подключен параллельно первичной обмотке 16 выходного трансформатора 15.

Схема работает следующим образом.

При наличии положительного управляющего напряжения Uynp.i транзистор 1 открыт и н асыщен. В момент времени ti управляющее напряжение меняет свой знак и транзистор 1 начинает закрываться. Конденсатор 19 заряжен на предыдующем периоде преобразования. В момент ti начинается разряд конденсатора 19 по цепи: верхняя обкладка конденсатора 19 - обмотка 7 дросселя 3 - выпрямительный диод 9 - нагрузка - нижняя обкладка конденсатора 19, который заканчивается в момент времени t2.

Коммутационные процессы включения

и выключения рассмотрим на примере нижнего плеча преобразователя на транзисторе 2. По мере того, как транзистор 1 окончательно закроется, управляющее напряжение Uynp.2 в момент времени гз

положительным импульсом поступает на базу транзистора 2 начиная процесс его открывания. Скорость нарастания тока коллектора Ik2 (фиг. 2г) имеет конечную величину и определяется индуктивностью

дросселя 6 при условии его работы в ненасыщенном режиме в данный момент времени. Величина индуктивности и вольт- секундная площадь двухобмоточного дросселя 6 выбирается таким образом, чтобы в

конце процесса открывания транзистора, т.е. в момент т.4 он насытился и не мешал протеканию тока нагрузки преобразователя. Коммутационный конденсатор 19 разряжен с момента окончания коммутации

транзистора. В момент ts приходит отрицательный импульс управляющего напряжения Uynp 2 и начинается процесс закрывания транзистора 2. При убываниитока коллектора возникает ЭДГ самоиндукции, которая

наводится на вторичной обмотке 8 дросселя 4, причем полярностью, открывающей диод 10. подключая тем самым разряженную коммутирующую емкость 19 к обмотке 8 дросселя 4, что эквивалентно включению дросселя

4 в первый момент на короткое замыкание по обмотке 8, за счет чего не происходит повышение напряжения на коллекторе транзистора при уменьшении тока нагрузки до момента времени te. С этого момента ток

коллектора транзистора 2 заканчивается (1к2. фиг. 2г), заканчивается и саряд коммутирующей емкости 19 по цепи: конец вторичной обмотки 8 - диод 10 - конденсатор 19 - начало вторичной обмотки 8. После чего

открывается фиксирующий диод 17. разряжая конденсатор 19 на сопротивление нагрузки. В промежутке времени напряжение на коллекторе транзистора 2 нарастает с конечной скоростью, определяемой емкостью, параллельной первичной обмотке выходного трансформатора, что приводит к окончательному закрыванию транзистора 2 в момент ty. В момент времени т меняется полярность управляющего

напряжения Uypp.i на положительную, которая I/, прикладывается к базе транзистора 1, открывая его. Аналогично в противофазе работает верхнее плечо преобразователя. Процесс повторяете 1 во времени.

В отличие от известной схемы в транзисторном преобразователе для снятия динамической мощности используется универсальная схема формирования безопасной траектории переключения силовых транзисторов, которая проще аналогичных специальных известных схем.

В предлагаемой схеме используются четыре силовых радиоэлемента диоды Д17, 18 и конденсаторы 19, 20 вместо двенадцати также силовых в известной схеме Д31, Д20, R14, С17, Д27, и Д32, R27, R16, С18, Д28. Таким образом, использование данного технического решения упрощает схему преобразователя. Дополнительным пре- имуществом предлагаемого преобразователя является и более высокий КПД, по сравнению с известной схемой вследствие того, что энергия коммутации не рассеивается на вспомогательных радиоэлементных цепей формирования траектории переключения транзисторов, а возвращается в нагрузку. Кроме того, в предлагаемом решении снижается мощность схемы управления силовыми транзисторами и уменьша- ется их дополнительная загрузка потоку за счет исключения протекания через них прямых токов демпфирующих диодов.

IV I 2}

U&

Ј)

Формула изобретения

Двухтактный преобразователь постоянного напряжения, выполненный по полумостовой схеме и содержащий выходной трансформатор, два транзистора, управляемых противофазными сигналами, с формированием нулевой паузы, последовательно с каждым из транзисторов включена первичная обмотка соответствующего насыщающегося дросселя, вторичная обмотка которого с последовательно включенным выпрямительным диодом образует однопо- лупериодный выпрямитель, коммутационный конденсатор и два фиксирующих диода, отличающийся тем, что, с целью упрощения и повышения КПД, выходы одно- полупериодных выпрямителей шунтированы обратно включенными фиксирующими диодами и в согласно-последовательном соединении между собой включены между выходными выводами преобразователя, причем выход одного из однополупериод- ных выпрямителей шунтирован коммутационным конденсатором, а первичная обмотка выходного трансформатора шунтирована введенным компенсационным конденсатором.