Полумостовой преобразователь постоянного напряжения в постоянное Советский патент 1992 года по МПК H02M3/337 

vj ел VI

g

Ј

ю

Изобретение относится к электротехнике, предназначено для использования в системах вторичного электропитания и является усовершенствованием изобретения по авт. св. № 1661939

Цель изобретения - повышение надежности и КПД преобразователя путем обеспечения работы транзисторов в области безопасных режимов.

На чертеже представлена схема пред- латаемого преобразователя

Полумостовой преобразователь постоянного напряжения в постоянное содержит источник 1 входного напряжения с выводом от средней точки 2, первый 3 и второй 4 транзисторы, трансформатор 5 с первой 6 и второй 7 первичными обмотками, образующими с одноименными вторичными обмотками 8 и 9 соответственно первую 10 и вторую 11 секции, расположенные раздель- но-симметрично на магнитопроводе трансформатора 5, первый 12 и второй 13 Диоды выпрямителя, выходной фильтр с дроссе лем 14 и емкостью 15, первый 16 и второй 17 возвратны диоды, подключенные к от- водам первичных обмоток 7 и 6, блок 18 управления, выходы которого подключены к входам управления транзисторов 3 и 4. Обмотки 6 и 7 шунтированы первой и второй цепочками из последовательно включенных диода и конденсатора 19 21 и 20, 22 соответственно и введен резистор 23, подключенный между точками соединения конденсатора с диодом первой и второй цепочек.

Принцип работы преобразователя в части передачи энергии с входа на выход мало отличается от общеизвестных схем. Отличие заключается в следующем. Из схемы и маркировки начал и концов обмоток транс- форматора 5 следует, что если сигналами, поступающими от блока 18 управления, открыт, например, транзистор 3, то в передаче энергии его входа на выход преобразователя участвуют обмотка 6 секции 10, обмотка 9 секции 11 и диод 13 При наличии паузы между рабочими импульсами в полу периодах, когда закрывается например, транзистор 3, изменяется полярность напряжения на обмотках трансформатора 5, накоплен- ная в индуктивности рассеяния обмотки 6 энергия передается в нагрузку преобразователя непосредственно через обмотку 8 той же секции 10 и открывается диод 12.

Когда обратное напряжение на нижней части обмотки 6 достигает половины входного напряжения Uf)X/2, открывается диод 17 и остаток энергии соответствующий незначительной индуктивности рассеяния между обмотками 6 и 8 секции 10, возвращается в сеть. Одновременно с началом разряда энергии индуктивности рассеяния обмотки 6 и спада тока в ней изменяется также полярность напряжения на дросселе 14 и начинается известный процесс передачи накопленной в нем энергии в нагрузку через диоды 12 и 13 и обмотки 8 и 9 трансформатора 5 с последующим установлением нулевого напряжения на всех его обмотках. Аналоничные процессы имеют место и в следующем полупериоде, когда открывается транзистор 4.

Индуктивность рассеяния между обмотками разноименных секций в указанных переходных режимах выполняет функции, аналогичные функциям дросселя выходного фильтра преобразователя, т.е. является дополнением к индуктивности дросселя 14 и способствует или уменьшению габаритов дросселя, или повышению эффективности фильтра .

При каждом отпирании очередного по такту транзистора 3 (или 4). когда оба диода 12 и 13 одновременно открыты, на время восстановления обратного сопротивления диода 12 {или 13) суммарное напряжение обмоток 8 и 9 приложено к индуктивности рассеяния между указанными вторичными обмотками. Аналогичным образом при отсутствии или недостаточности паузы между рабочими импульсами, когда возможно одновременное открытое состояние обоих транзисторов на время рассасывания неосновных носителей в области базы запираемого транзистора, напряжение источника питания приложено к индуктивности между первичными обмотками 6 и 7.

В указанных двух режимах индуктивности рассеяния между первичными или вторичными обмотками разноименных секций выполняют уже функции ограничения сквозных токов через транзисторы 3 и 4 или тока короткого замыкания через диоды 12 и 13. При этом основная часть накопленной в указанных индуктивностях энергии передается затем в нагрузку в одном случае непосредственно от вторичных обмоток, а в другом случае - от первичных обмоток через соответствующую вторичную обмотку аналогично указанному

Для формирования безопасной траектории при выключении транзисторов 3 и 4 применены корректирующие цепочки на конденсаторах 19 и 20. диодах 21 и 22 и резисторе 23. При открывании транзистора 3 первичная обмотка трансформатора подключается к верхнему конденсатору источника 1 входного напряжения, напряжение на котором равно половине напряжения питания Открывается выпрямитель на диоде

13 и подключает на вход LC-фильтра напряжение вторичной обмотки 9 трансформатора 5. Энергия при этом передается в нагрузку и накапливается в LC-фильтре 14- 15.

Одновременно конденсатор 19 заряжается по контуру; первичная обмотка 7 (плюс у начала обмотки), диод 22, резистор 23, конденсатор 19, а конденсатор 20 - по следующему контуру: первичная обмотка 7 (плюс у начала обмотки), диод 220 конденсатор 20. Оба конденсатора заряжаются до уровня половины входного напряжения, после чего конденсаторы 19 и 20 блокируются напряжением верхнего конденсатора источника 1 входного напряжения через диод 21 (полярность конденсаторов указана на чертеже без скобок),

При смене полярности управляющего сигнала транзистор 3 начинает запираться. Потенциал эмиттера понижается, диод 21 открывается и напряжение конденсаторов

19и 20 прикладывается к первичной обмотке 6, обесточивая транзистор 3 Поэтому при выключении транзистора 3 его рабочая точка движется по оси токов от максимального значения до нуля, а затем - по оси напряжений от нуля (если пренебречь падением напряжения в диоде 21) до максимального значения. После выключения транзистора 3 полярность напряжения на трансформаторе меняется. По истечении переходного процесса, при котором осуществляется передача накопленной в первичной обмотке энергии во вторичную цепь (нагрузку) и частично в первичный источник, напряжение на конденсаторах 19 и 20 снова понижается до уровня нуля.

Аналогично при отпирании транзистора 4 конденсатор 19 заряжается по контуру: первичная обмотка 6 (плюс у конца обмотки), диод 22, конденсатор 19, а конденсатор

20- по контуру: первичная обмотка 6, диод 21. резистор 23, конденсатор 20 (полярность конденсаторов показана на чертеже в скобках). При смене полярности управляющего сигнала транзистор 4 начинает запираться, потенциал коллектора поднимается, открывается диод 22 и напряжения конденсаторов 19 и 20 прикладываются к первичной обмотке, обесточивая транзистор 4. Поэтому рабочая точка движется по оси токов от максимального значения до нуля, а затем - по оси напряжений от нуля до максимального значения

Введенные цепочки влияют на работу транзисторов, обеспечивая благоприятную рабочую точку при включении транзисторов, когда пауза между рабочими импульсами силовых транзисторов 3 и 4 очень

маленькая При таком режиме работы обеспечивается отирание транзисторов, когда потенциал на коллекторе фактически равен потенциалу эмиттера. Происходит это сле- дующим образом

Допустим запирается транзистор 4 и конденсаторы 19 и 20 заряжаются обратной энергией трансформатора 5 по контуру первичная обмотка 7 (плюс у начала обмотки),

диод 22, резистор 23, конденсатор 19 - для конденсатора 19, и обмотки 7, конденсатор 20. Полярность напряжения на конденсаторах 19 и 20 такая же, как и указано на чертеже (без скобок) Тогда ток через транзистор

3 в момент его включения равен нулю, так

как потенциал на эмиттере транзистора 3

равен потенциалу верхней точки источника

напряжения, а ток через обмотку 6 определяется напряжением конденсаторов 19 и 20.

Следовательно, в момент включения мощность на транзисторе 3 практически не выделяется. После включения транзистора 3 конденсаторы 19 и 20 блокированы напряжением верхней половины источника через

диод 21. При смене полярности управляющего сигнала транзистор 3 начинает запираться, потенциал эмиттера понижается, диод 21 открывается и напряжения конденсаторов 19 и 20 вновь прикладываются к

первичной обмотке б, обесточивая транзи- стор 3. Поэтому при выключении транзистора 3 его рабочая точка движется по оси токов от максимального значения до нуля, а затем - по оси напряжений от нуля до максимального значения

После выключения транзистора 3 полярность напряжения на трансформаторе меняется, а конденсаторы 19, 20 перезэряжаются по контуру: обмотка 6, диод 21, конденсатор 19 - для конденсатора 19, и обмотка б, диод 21, резистор 23, конденсатор 20 - для конденсатора 20 (полярность в скобках), подготавливая благоприятные условия для включения транзистора 4. Далее процессы для транзистора 4 протекают аналогично указанному для транзистора 3.

50

Формула изобретения

Полумостовой преобразователь постоянного напряжения в постоянное по авт.св. Ms 1661939, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД и надежности путем 5 обеспечения работы транзисторов в области безопасных режимов, средний вывод источника входного напряжения подсоединен в точке соединения первых выводов введенных конденсаторов, вторые выводы которых через введенные диоды подключе

ны к соответствующим точкам соединения форматора с транзисторами и соответству- первых и вторых первичных обмоток транс- ющим выводам введенного резистора

Использование- в системах вторичного электропитания. Сущность изобретения: ; преобразователь содержит источник 1 входного напряжения с выводом от средней точки 2, трансформатор 5 с первой 6 и второй 7 первичными обмотками, образующими с одноименными вторичными обмотками 8 и 9 соответственно первую 10 и вторую 11 секции, транзисторы 3 и 4. первый 16 и второй 17 возвратные диоды, блок 18 управления и выпрямитель с фильтром. В схему введены первяя и вторая цепочки из последовательно включенных диода 21 и конденсатора 19 и резистор 23, что обеспечивает режим безопасного переключения транзисторов пре- образователя без применения специальных корректирующих дросселей 1 ил.