Преобразователь постоянного напряжения Советский патент 1993 года по МПК H02M3/337 

fe

Использование: преобразование и регулирование постоянного напряжения в системах вторичного электропитания и электропривода. Сущность изобретения: выходное напряжение преобразователя регулируется путем изменения фазового сдвига между выходными напряжениями первого полумостового инвертора на транзисторах 1. 2 и второго полумостового инвертора на транзисторах 14,15, осуществляемого посредством фаэоимпульсного модулятора 27. Дополнительные обмотки 8.3 и 21.3 и выпрямители 9 и 22 обеспечивают автоматическое выравнивание напряжения питания инверторов. Диоды 4,5 и 17, 18 обеспечивают блокировку инверсных токов транзисторов 1, 2.14,15 во время встречного действия напряжения на обмотках 2.2 и 21.2. Тем самым уменьшаются динамические потери мощности при включении транзисторов 1, 2, 14, 15. 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры, например, при создании источников вторичного электропитания с бестрансформаторным входом.

Целью изобретения является повышение КПД и надежности преобразователя за счет снижения мощности динамических потерь и формирования безопасной траектории включения транзисторов инверторов.

На фиг.1 приведена схема преобразователя; на фиг.2 - временные диаграммы, напряжений и токов, поясняющие его работу.

Преобразователь (фиг.1) содержит первый двухтактный инвертор полумостового

типа, состоящий из транзисторов 1,2с цепями управления 3, дополнительных диодов 4, 5, конденсаторов 6, 7, трасформатора 8 с первичной обмоткой 8.1, вторичной обмоткой 8.2, дополнительной обмоткой 8.3, и второй такой же инвертор, состоящий из транзисторов 14, 15 с цепями управления 16, дополнительных диодов 17. 18. конденсаторов 19.20. трансформатора 21 с первичной обмоткой 21.1, вторичной обмоткой 21.2, дополнительной обмоткой 21.3. Цепи управления 3,16 транзисторов обоих инверторов подключены к фазоимпульсному модулятору 27, формирующему две последовательности импульсов типа меандр, сдвинутых между собой на некоторый фазовый угол р .

00

ю

СА

О 00

Вюричные обмотки трансформаторов Н 2 1- 7 п через пыпрямитель 28 подключены входу фильтра, состоящего из дросселя 29 и конденсатора 30. Дополнительная обмотка 8.3 трансформатора первого инвертора через первый дополнительный выпрямитель 9 подключена к цепи питания второго инвертора, а дополнительная обмотка 21.3 трансформатора второго инвертора через второй дополнительный выпрямитель 22 подключена к цепи питания первого инвертора.

Устройство работает следующим образом.

В риомент времени to включаются транзисторы 1 и И. На обмотках 8.1 и 21.1 устанавливаются положительные напряжения Ue.1 и U21.1 (фиг.2 а. б), равные напряжениям на конденсаторах 6 и 19 соответственно: Ue.1 - Ue; U2M Uig. К этому моменту конденсатор 6 накопил такое напряжение Us, что выполняется условие

1)6 Ктр U19+U20,

где Ктр - коэффициент трансформации меж ду обмотьами 8,1 и 8.3, а также 21 1 и 1.3:

К

УУр.З W8.1 1

тр

Следовательно, в мьменг оромени to r:e- pt;: rtj.-jH3HCTop l и поргичную обмогку р..-. 1., ,-орматора 8,1 чачнет протекать ток, рав tin сумме тока намагничивания / приведенных к этой обмотке значений тока на- грузкн /, уравнительного юкя Токи намагничивании 1М1 и М2 трансформаторов 8 и 21 показаны на фиг. а. б, а токи перрич- ных оОмогок IB.I и 121.1 - на фиг,2 в, г,

8 момент времени ti ФОИСУ.СДИТ выключение транзистора 14 и включение транзистора 15. Начинается .чтап отдачи энергии дросселем 29, когда юк дросселя замыкается через диоды выпрямителя 28 и вторичные обмотки трансформаторов 21.2 и 8,2. При этом осуществляется рекуперация тока намагничивании трансформатора 21 через вторичные обмотки трансформаторов 21.2 и 8.2, открытые диоды выпрямителя 28. дополнительную обмотку 8.3, выпрямитель 9 и конденсаторы 19,20. Напряжение на обмотке 8.1 будет определяться из равенства:

U8.1 Ктр- U19 + 1)20.

«

с напряжение на обмотке 21.1 будет таким, чтобы установилась размоет спряжений U2i. при хоторой обеспечивается ре

куперация ток-ч намагничивания трансформатора 2 1 незчшлсимо ст характеристик диодов выпрямителя 28. Наличие диода 4 позволяет исключить протекание рекупера5 ционного тока через обмотку 8.1, транзистор и конденсатор 6.

В мог- времени t2 токи намагничивания трансформаторов инверторов становятся равными, и рекуперация энергии через

10 дополнительные обмотки заканчивается. Напряжение на обмотке 8.1 становится равным напряжению на конденсаторе 6, а напряжение на обмотке 21.1 устанавливается на уровне, при коте; ом обеспечивается ре1L- куперация тжа намагничивания трансформатора 21 при произвольном разбросе характеристик дио .оп выходного выпрямителя. При эюм через транзистор 1 протекает ток, равный р а з н о с т и токов намагничивания трансформаторов 8 и 21.

В момент времени t3 происходит выключение чранзисторэ 1 и включение-транзистора 1. Начинается очередной этап накопления энергии дросселем фильтра. На обмотках 8.1 и 21.1 устанавливаются отрицательные напряжения, равные напряжениям но кон/ нсаторзч 7 и 20 соответственно:

25

Jr 1 - -U г

U21.I U20.

Поо Vi.:y напряжение Uy гаково, что

nvnoniifoifn успсвие

И U13 Ь 1)20

to с: этмго момент. чг-ргз рунзистор 2 и первичну.о г Ьмотку трансформатора 8.1 будет про 1 и к я ть юк, равкый сумме тока намагничивания .1 приведенных к этой обмотке значений юкз нагрузси и уравнительного

тска.

8 дальнейшем процессы происходят аналогично с учетом знаков токов и напряжений. При наличии значительной индуктивности рассояни- трансформаторов

инверторов энергия, згпасаемая в магнитном поле зтих индукгивностей, не может рекуперироваться через трансформаторы. Для исключения возможных кратковременных всп ескос напряжения при коммутации

транзисторов параллельно им могут быть установлены известные цепи ограничения перенапряжений, например, такие, как показаны на фиг.1 пунктиром.

Таким образом, в предложенной схеме

исключается протекание гока через первичные обмотки трансформаторов на стадии отдача энергии дросселем и накопление за- рйда в полупроводниковых приборах транзисгорных инверторов, что обеспечивает устранение сквозных токов через транзи- сторы при отпирании и приводит к повышению КПД и надежности преобразователя.

Кроме того, данный преобразователь обладает свойством, заключающимся в ограничении разброса питающих напряжений инверторов Uni и Un2 на уровне, который определяется коэффициентом трансформации КТр между первичными и дополнительными обмотками трансформаторов 8 и 21. Если охарактеризовать разброс питающих напряжений величиной Ли, такой, что

.. Un Ли Uni -Y + 2

.. Un AU

Un2 - 22

то эта величина будет определяться равенством:

.

1- -г КТр

Од...эко чем ближе Ктр к предельному значени.о, равному двум, тем большими будут уравнительные токи, необходимые для

Q

5

0

5

0

ограничения разброса напряжений Uni и

Un2.

Использование предложенного решения позволяет создавать источники вторичного электропитания повышенной мощности, обладающие улучшенными энергетическими и массогабаритными показателями.

Формула изобретения

Преобразователь постоянного напряжения, содержащий два соединенных последовательно по цепи питания инвертора полумостового типа с двумя силовыми транзисторами и выходным трансформатором в каждом из них, и блок управления с фазоим- пульсным модулятором, соединенным выхо- дами с цепями управления силовых транзисторов, причем вторичные обмотки выходных трансформаторов инверторов соединены между собой последовательно и через основной выпрямитель подключены к входу LC-фильтра, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД и надежности, в цепь коллектора каждого силового транзистора согласно последовательно включен диод, a BbixoflHOvi трансформатор каждого инвертора снабжен дополнительной обмоткой, которая через введенный дополнительный выпрямитель подключена к цепи питания другого инвертора.

си а,,

аг.1

4м i«

цв.

Л

Ј, t.

t

)

Л

IJ

t

г)