Двухтактный преобразователь напряжения Советский патент 1993 года по МПК H02M3/337 

„д

00

Использование: в системах вторичного электропитания и автоматики. Сущность изобретения: двухтактный преобразователь содержит токовый трансформатор 0 с числом первичных обмоток, равным числу выходных каналов, причем эти токовые обмотки включены последовательно с вто ричными полуобмотками выходного трансформатора 4, выполненными раздельным ; между средними выводами первичных обмоток токовых трансформаторов и объединенными выводами выпрямительных диодов включены нагрузки. Базовые обмотки токового трансформатора подключены ко входным выводам силовых транзисторов.

GO

Средний вывод обмотки управления токового трансформатора 6 через диод соединен с общим выводом источника управляющего напряжения, парафазные выходы которого подключены через резисторы 22,23, зашун- пфованные диодами24,25 к крайним выводам обмотки управления токового трансформатора. Выходной трансформатор содержит ддо дополнительные обмотки, подключенные через согласно-послёдова тельн1й вйШ |енныё цепО|киi йзйвухййоЙОв 31,30 и 33,32 к резисторам в цепи обмотки

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

Целью изобретения является расширь ние диапазона преобразуемых мощностей при нескольких (N) канал,ах и уменьшения радиопомех путем улучшения условий коммутации силовых транзисторов.

На фиг. 1, 2 приведены временные характеристики; на фиг. 3 - вариант электрической схемы с эмиттерным управлением.

Двухтактный преобразователь напряжения содержит силовые транзисторы 1 и 2, змитгеры которых обьединены и подключены к первому входному выводу, коллекторы подключены к концам первичной обмотки 3 выходного трансформатора 4, средний вывод которой подключен ко второму входному выводу. 5а,зы транзисторов 1 и 2 подключены к концам базовой обмотки 5 выходного трансформатора 6, первичные обмотки и 8 которых концами подключены к разноименным выводам вторичных обмоток 9, 10 и 11, 12 соответственно. Другие разноименные выводы обмоток 9, 10 и 11, 12 подключены через диоды 13, 14 и 15, 1& к одним выводам нагрузок 17 и 18. другие выводы которых подключены к средним выводам первичных обмоток 7 и 8 токового трансформатора 6 соответственно. Нагрузки 17 и 18 зашунтированы сглаживающими конденсаторами 19 и 20 соответственно. Управляющая обмотка 21 токового трансформатора 6 крайними выводами подключена через резисторы 22, 23, заактированные диодами 24, 25 к парафазным выходам источника однополярных импульсов 26, общий вывод которого че рез диод 27. подключен к среднему выводу обмотки 21 токового трансформатора 6. Дополнительные обмотки 28 и 29 одними выводами подключены к парафазным выходам источника однополярных импульсов 26, другими выводами соединены к крайним выводам обмотуправления токового трансформатора. Точки соединения этих диодов обоих плеч объединены. Эффективное шунтирование обмотки управления токового трансформатора на промежуток времени запирания силовых транзисторов и запирания выпрямительных диодов; а также раздельное токовое регулирование по каждому из выходных каналов расширяет диапазон преобразуемых мощностей, уменьшает токовые всплески, снижает уровень радиопомех. 2 с.п. ф-лы, 3 ил..

ки 21 трансформатора б через диодные цепочки 30,33. Каждая из диодных цепочек 30, 31,32,33 состоит из нескольких последовательно включенных диодов (для упрощения

в каждой из этих цепочек условно изображен один диод). Точки соединения между собой диодных цепочек 30, 31, 32, 33 объединены. -.. -

Двухтактный преобразователь ндпряжения работает следующим образом. Прямоугольные импульсы напряжения поступают с парафазных выходов источника управляющего напряжения 26 через резисторы 22 и 23 на крайние выводы обмотки

управления 2 Т токового трансформатора б, Предположим. верхнем вьшоде источника управляющего-йапряжения существует +, а на нижнем выходе напряжение нулю. Управляющий ток при этом протекает по цепи; верхний выход управляющего источника 26, резистор 22, обмотка 21 трансформатора 6, проводящий диод 25, нижний вывод управляющего источника напряжения 26. Диоды 24 и 27 находятся в

непроводящем состоянии. Сумма падений напряжений на цепочках 31 и 32 соответствует в момент начального пуска напряжению на обмотке ,21 трансформатора 6 и

достаточна для оттирания транзистора 1.

Благодаря действию положительной токовой обратной связи обмоток 9 и 10 трансформатора 4 и обмотки 7 трансформатора 6, а также обмоток 11 и 12 трансформатора 4 и обмотки 8 трансформатора 6. происходит

регенеративное открывание транзистора 1. На обмотках трансформатора 4 наводятся напряжения с полярностью, указанной без скобок. Соотношения чисел витков обмоток 3 и 28,29, а также чисел витков обмоток 5 и

21, трансформатора 6, выходное напряжение источника однополярных импульсов управления 26 выбираются из условий:

U26-U21 U28-U30-U31 U29-U32-U33

где U26, Uai. U28, U29, изо, Usi, 1/32. Узз - напряжения на выходе управляющего источника 26, на обмотке 21 трансформатора б, на обмотках28 и 29 трансформатора 4 при максимальных токах нагрузки, напряжения проводящих диодных цепочек 30,31.32,33. Диодные цепочки 30 и 31 находятся в непроводящем состоянии, так как падение напряжения на резисторе 22 превышает напряжение на обмотке 28, а диодные цепочки 32,33 находятся в непроводящем состоянии из-за запирающей полярности напряжения обмотки 29, приложенной к этим диодам после осуществления пуска. В момент времени t1 (фиг. 2) происходит перемена полярности на выходах источника управляющих напряжений 26 (полярность в скобках). Вследствие инерционности запирания транзистора 1, он остается в открытом состоянии, поэтому полярности напряжений на обмотках трансформаторов 4 и б сохраняются неизменными, диодные цепочки 30.31,33 переходят в проводящее состояние и подключают обмотку 28 трансформатора 4 к концам обмотки 21 трансформатора 6. Диод 27 переходит в проводящее состояние и через половины обмотки 21 трансформатора 6 протекают токи, создающие встречные напряжения, которые поэтому взаимно компенсируются, т.е. обмотка 21 трансформатора б оказывается замкнутой накоротко. Через диод 27 протекает упомянутый ток короткого замыкания обмотки 21.

3U28-U30-U3t-U27H

Jk3210,5 TL21

+ Uw28 - ЦЗО U33 - 0,5 О21

Uw28 - ИЗО U31 - . 0,5 021

где Uw28 напряжение на обмотке 28 трансформатора 4.

П21 - активное сопротивление обмотки 21 трансформатора 6.

Ток нагрузки, приведенный к обмотке 21 трансформатора 6:

KS

1

jHarp5

l7W7-H8-H6E6

0,5 W21

где i. Is - токи через обмотки 7,8 трансформатора 6:

VV7, W8, W21 - числа витков обмоток 7,8 и 21 трансформатора 6;

Не, fe - намагничивающая сила и длина средней силовой линии сердечника трансформатора 6.

Из рассмотрения приведенных соотношений следует, что величина |Jk32i 3ттр, что обеспечивает падение напряжения на обмотке 21 трансформатора 6. равное нулю. 5 В момент времени t2 транзистор 1 запирается, однако напряжения на обмотках трансформатора 4 сохраняются неизменными на период ta-t2 так как конденсаторы 19 и 20 оказываются подключенными к обмот0 кам 9 и 11 трансформатора 4 через диоды 13 и 15 на период восстановления своих обратных сопротивлений. После запирания диодов 13 и 15 (момент времени ts) напряжения на обмотках трансформатора 4 изменяют

5 знак, диодные цепочки 30,31,33 и 27 переходят в непроводящее состояние, положительное напряжение с нижнего выхода управляющего источнике 26 прикладывается через резистор 23 к обмотке 21 трансфор0 матора б, диод 24 переходит в проводящее состояние, транзистор 2 отпирается, и ток через него определяется токами нагрузок 17 и 18 из-за действия токовых положительных обратных связей обмоток 9, 10 и 7; 11, 12 и

5 8. На обмотках трансформатора 6 полярность напряжений изменяется (полярность в скобках). Обмотка 28 трансформатора 4 оказывается отключенной об обмотки 21 трансформатора 6, диодные цепочки 30 и 33

0 не проводят ток. так как положительное напряжение на обмотке 28 превышает по величине положительное напряжение обмотки 21 трансформатора 6. Величины сопротивлений резисторов 22 и 23 выбираются из условия

5 функционирования преобразователя при малых токах нагрузки и надежного первоначального запуска. Числа витков первичных обмоток 7 и 8 трансформатора 6 выбираются в зависимости от величин рабочих токов на0 грузок 17 и 18, так как вследствие того, что базовый ток биполярного транзистора (1 или 2) зависит от напряжения эмиттер-база нелинейно, причем крутизна зависимости базового тока от напряжения иэ&для малых базовых

5 токов невысока, а для больших токов существенно больше, т.е. для одинаковых величин „ изменения базового тока при малых токах требуется большее увеличение напряжения, а для больших базовых токов требуется меньшее изO менение 1Ьб. Предположим, величины рабочих токов нагрузок 17 меньше, чем диапазон рабочих токов нагрузок 18. Тогда числа витков обмоток должны выбираться из условия:

5W5-1 W5-2 „, . А

|121э1 2

ГДе W5-1. W5-2. W7, W8, Ь21э1.2 ЧИСЛЗ ВИТКОВ

полуобмоток 5; обмоток 7 и 8 трзнсформатора 6, коэффициент усиления по току транзисторов 1 и 2. При выборе указанного соотношения во всех режимах обеспечиваются малые потери мощности, благодаря оптимальному регулированию. В следующий полупериод процессы протекают аналогично: отпираются диодные цепочки 32, 33, 31 и 27 и на время запирания транзистора 2 и восстановления обратных сопротивлений выпрямительных диодов 14 и 16 происходит блокирование отпирания транзистора 1, благодаря чему уменьшаются токовые всплески через диоды 14 и 16 и связанные с ними радиопомехи (промежуток времени ts-t4). Вследствие эффективного корочения обмотки 21 трансформатора б обеспечивается полноценное запирание силовых транзисторов при больших преобразуемых мощностях, т.е. увеличивается диапазон преобразуемых мощностей в сторону увеличения мощностей,

Вариант электрической схемы полумостового двухтактного преобразователя с эмиттерным управлением изображен на чертеже фиг. 3. Силовые транзисторы 39,40 включены последовательно с силовыми электродами дополнительных транзисторов 41 и 42 и образуют последовательную цепочку, включенную к разноименным выводам первичного источника питания. Точка соединения эмиттера транзистора 41 и коллектора Транзистора 40 подключена к одному выводу первичной обмотки 43 выходного трансформатора 44. Базо-эмиттерные переходы дополнительных транзисторов 41 и 42 подключены к обмоткам 45 и 46 первого токового трансформатора 47, обмотка управления 48 которого крайними выводами подключена через резисторы 49 и 50, зашун-- тированные обратными диодами 51 и 52 к парафазным выходам источника однопо- лярных импульсов 53. Средняя точка обмотки 48 подключена через диод 54 к общему выводу указанного источника управляющих импульсов 53. Между базой транзистора 39 и эмиттером транзистора 42 включены обмотки 55 и 56 трансформатора 57, а также диодные цепочки 58 и 59 соответственно. Другой вывод обмотки 43 выходного трансформатора 44 подключен к среднему выводу цепочки из двух конденсаторов 60 и 61, крайние выводы которых подключены к входным выводам. Дополнительные обмотки 62 и 63 выходного трансформатора 44 подключены через диодные цепочки 64 и 65, 66 и 67 к выводам резисторов 49 и 50 соответственно. Диодные цепочки 64,65,66 и 67 состоят каждая из нескольких последовательно включенных диодов (для упрощения

в каждой из них изображен один диод). Точки соединения диодных цепочек 64 и 65, 66 и 67 объединены. Одни разноименные выводы вторичных обмоток 68 и 69, 70 и 71 подключены к анодам выпрямительных диодов 72 и 73, 74 и 75 соответственно, а другие разноименные выводы обмоток 68 и 69,70 и 71 подключены через токовые обмотки 7б и 77, 78 и 79 трансформатора 57 к крайним

выводам токовых обмоток 80 и 81 трансформатора 47 соответственно. Между средними выводами обмоток 80 и 81 трансформатора 47 и объединенными катодами диодов 72 и 73, 74 и 75 включены нагрузки 82 и 83, зашунтированные сглаживающими конденсаторами 84 и 85 соответственно. Обмотка управления 86 токового трансформатора 57 подключена через резистор 87 к парафазным выходам источника однополярных импульсов управления 53.

Алгоритм работы полумостового двухтактного преобразователя напряжения с эмиттерным управлением отличается от алгоритма работы преобразователя со средней точкой выходного трансформатора только наличием разрыва цепи эмиттера силовых транзисторов в моменты их выключения с целью обеспечения безопасной траектории работы силовых транзисторов.

В начальный момент включения при наличии положительного потенциала на верхнем выходе источника управляющего напряжения 53 открываются диодные цепочки 65 и 67, т.к. напряжения на обмотке 63 трансформатора 44 равно нулю. Сумма падений напряжений на этих диодных цепочках достаточна для отпирания транзистора 41. Транзисторы 39 и 41 отпираются и ток через них начинает определяться величиной тока

через нагрузку 82 и 83, соотношением числа витков обмотки 55 к числу витков обмотки 77 трансформатора 57 а также соотношением числа витков обмотки 45 к числу витков полуобмотки 80 трансформатора 47 первого

канала, а также соотношением числа витков обмотки 55 к числу витков обмотки 78 и соотношением числа витков обмотки 45 к числу витков полуобмотки 81 второго выходного канала. При изменении напряжений на

выходах источника управляющего напряжения 53 напряжение на верхнем выходе становится равным нулю диодные цепочки 64, 65, 66 и диоды 54 переходят в проводящее состояние, обмотка 48 трансформатора 47

оказывается закороченной,запирается быстродействующий транзистор 41, разрывается цепь эмиттера транзистора 39 и он запирается в безопасном режиме через диодную цепочку 58, переходящую в проводящее состояние. Перемена полярности напряжений на обмотках трансформатора 44 происходит после запирания транзистора 39 и восстановления обратных сопротивлений диодов 73 и 75, после чего открываются транзисторы 40 и 42, Процессы в следующем полупериоде протекают аналогично.

Улучшение условий коммутации силовых транзисторов увеличивает диапазон преобразуемых мощностей с одновременным уменьшением радиопомех.

Формула изобретения 1. Двухтактный преобразователь напряжения, содержащий выходной трансформатор, первичные обмотки которого выполнены со средней точкой, и вторичные обмотки каналов, силовые транзисторы и трансформатор тока, каждая базовая обмотка которого подключена к управляющему входу соответствующего силового транзистора, а обмотка управления отводом от средней точки соединена через первый диод с первым входным выводом и связана каждым крайним выводом через резисторы, зашунтированные диодами с парафазными выходами источника напряжения управления, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона преобразуемых мощностей при N выходных каналах и уменьшения уровня радиопомех путем улучшения условий коммутации силовых транзисторов, в выходной трансформатор введены две дополнительные обмотки, каждая из которых подключена через согласно последовательно включенные диодные цепочки к резисторам в цепях крайних выводов обмоток управления токового трансформатора, точки соединения между собой указанных диодов обоих плеч объединены, количестао первичных обмоток токового трансформатора равно числу выходных каналов, причем указанные первичные обмотки выполнены со средними точками, подключенными к одному из выходных выводов, а крайними вы- воДами подключены последовательно к отдельным секциям вторичных обмоток выходного трансформатора, крайние выводы которых через выпрямительные диоды подключены к другим выходным выводам, причем количество вторичных обмоток

5 соответствует числу выходных каналов.

0 обмотка управления первого из которых отводом от средней точки соединена через первый диод с общим выходным выводом источника управляющего напряжения, а каждым крайним выводом связана через со5 ответствую щи и резистор, зашунтирован- ный диодом с парафазными выходами источника управляющего напряжения, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона преобразуемых мощностей при

0 N выходных каналах и уменьшения радиопомех путем улучшения коммутации силовых транзисторов, введены два дополнительных транзистора, включенных последовательно в цепи эмиттеров силовых

5 транзисторов, две дополнительные обмотки в выходнрйтрансформатор, каждая из которых подключена к упомянутым резисторам в цепи обмотки управления первого токового трансформатора через цепочки из соглас0 но последовательна включенных диодов, причем общие точки соединения диодных цепочек обеих плеч объединены, N первичных обмоток первого токового трансформатора выполнены со средними точками,

5 подключенными к одному из выходных выводов каждого из N каналов, а крайними выводами соединены последовательно с каждой отдельной секцией второго токового трансформатора, обмотка управления вто0 рого токойого трансформатора подключена через резистор к парэфазным выходам ис- Чочника управляющего напряжения, а базовые обмотки соединены с базой силового и эмиттером дополнительного транзистора

5 каждого плеча и зашунтированы цепочками из согласнб последовательно включенных диодов.