Регулируемый двухтактный преобразователь Советский патент 1978 года по МПК H02M7/537 H02P13/18 

Изобретение относится к преобразоватегаь ной технике и может быть использовано в системах электропитания для прео азования постоянного напряжения в регулируемое пере менное ИНН постоянное напряжение. Изв естны регулируемые двухтактные преобразователи, содержащие выходной тран форматор, первичная обмотка которого имеет отвод от средней точки соединений через щэоссель с первым входным вьтодом преобразоватеия, а вторичная обмотка через выпрямитель соединена с нагрузкой, шунтированной конденсатором, | осяовиь1есиповы& ключи, соединяющие Концы первичной обмотки со вторым. входным вьгоодом прео разователя. Недостатком такого преобразоватеня являются повышенные потери в ключах и трансформаторах и большие габариты дрооселя и конденсатора, вследствие того, что в течение времени, при котором одиовременно открыты оба основных ключа, энерги потребляется от источника питания, но не передается в нагрузку. Известен также преофазователь, в введены дополнительные силовые ключи с вентигшиым характером проводимости, шунтирующие щ)оссепь вместе с секцией первичной обмотки выходного трансформатора в течение времени, при котором оба основных ключа закрыты. Для коммутации основных к дополнительных ключей этого преобразователя необходим блоц управления со сложным многоканальным выходом. Цель изобретения - упростить преобразо ватепь и повысить его надежность. Это достигается тем, что в предложенном преобразователе управляющая цепь дополнительных ключей соединена Hi nocpeqciw венно с nepBbJM входным выводом преобразователя и подключена к выходу узпа автоматической коммутации, соединенного с об мотками выходаого трансформатора. Схема узла автоматической ксж мутации может быть выполнена различной в зависимости от количества дополнительных кпочей и их вида.I

Принципиальная схема предпоженного регулируемого преобрааоватепя предотавлена на фиг. 1.

Первый входной вьгеод 1 преобразователя через обмотку 2 ароссвпц 3 подключен к .общей точке секций 4 и 5 первичной обмотки выходного трансформатора 6. Коиец секции 4 и начало второй секции 5 через основные силовые ключи 7 и 8 подключены ко второму входному выводу 9 преобразователя. Конец первой секции 4 4ef рез допого1ительный силовой ключ Ю, изменяющий вентильный характер проводимое ти (такой ключ выполнен, например, в виде соединенных последовательно диода и коллекторно-эмиттерной цепи транзистора) подключен к первому вьдаоду 1. Управляющий электрод дополнительного ключа 10 (база транзистора) соединен с выходом узла 11 автоматической коммутации, получающего энергию от преобразователя. Узел коммутации 11 выполнен в виде поопедовательвой K-D D- Я- цепи, включенной параллельно секции 5 первичной обмотки, причем диоды этой цепи включены согласно, а их обшая точка является вььходом узла коммутации. Силовые ключи 7 и 8 коммутируются (т. е. отпираются и запираются) энергией сигналов управления, вырабатьгоаемых блоком управления 12. На вторичной стороне трансформатора включена нагрузка (или совокупность нагрузок).

Устройство управления выполнено по такой схеме, которая обеспечивает открытое состояние основного силового ключа 7 в течение регулируемой части первого полупериода и обеспечивает открытое состояние второго основного ключа 8 во время второго полупериода работы двухтактного преобразователя. Во время открытого состо ния любого из основных силовых ключей (7 или 8) в щроссепе фильтра накапливае1 ся энергия и потенциал обшей точки секций 4 и 5 первичной обмотки ниже потенциала вывода 1 (ниже напряжения источника литания Е). Потенциал, общей точки секций определяется напряжением на нагрузке, приведенным к первичной обмотке.

Более низкий.чем на выводе 1 потенциал обшей то«оси сек1Шй 4 и 5 обуславливает отсутствие тока по цепи 11, связывающей указанную точку с управляющим электродов дополнитегаьного силового 1О, По&тому, когда открыт хотя бы ояи из основных силовых ключей, на управляк щий эпектрод донолнительного ключа не поступает сигнапа отпирания. Когда замкну силовой ключ 7, дополни1 пьный силовой ключ не проврдиг ток в силу вентильного характера его проводимости. Когда замкнут

силовой ключ 8, дополнительный силовой ключ 10 находится под прямым напряжением, но он заперт по управляющему электроду током смешения и цепью 11, включенной-между началом секции В пчрзичной обмотки и управл5пощим алектрппом дополнительного силового ключа. Если одновремен. но заперты оба ocHomibix силовых ключа 7 и 8, дроссель отдает накопленную энергию. При этом на дросселе возникает напряжение такой полярности, что отпирается диод цепи И, свя;%1ваюшей обшую точку секций 4 и 5 первичной обмотки с электродом управления дополнительного силового ключа, и на указанном электроде появляется отпирающий сигнал. Ключ 10 переходит во включенное состояние, и дроссель проводит ток через секцию 4 первичной обмотки и ключ 10.

Поддержание в открытом состоянии ооновного силового ключа 8 в течение половины периода работы двухтактного преобразователя означает, что независимо от продолжительности открытого состояния другого основного ключа 7, ток щюсселя замыкается через секции 4 и 5 силового трансформатора в течение одинакового времени. Этим обуславливается отсутствие потоков подмагничивания силового трансформатора 6.

Если шунтировать резистором. ЦВ-цепь, связывавошую начало секции 5 с управляк шим электродом дополнительного силового кпюча 1О, в интервале, когда открыт осно&ной ключ 7, а силовая цепь дополните еьного ключа находится под офатным напряжением (что искл1Очает отпирание допол нительного ключа) на его управлякяций электрод задается отпирающий сигнал через щун- тирукяций резнете. В результате отпнраепся дополнительный кпюч 1О, который лерб- ходит в открытое состояние после запврання ключа 7.

Если в качестве дополнительного ключа с вентиш ным характером проводимости используют ключ типа тиристора, вклкэчаемый коротким сигналом и запираемый при смене направления тока, протекающего через ключ, узел коммутации 11 выполняют в виде последовательной КС- цепи, связывающей начало секции 5 с управляквдим электродом дополнительного ключа 10. Для нормальной работы преобразователя напряжения в этом случае устройство управления 12, обеспечивающее регулирование длительности замкнутого состояния ключа 7 и работу ключа 8 в замкнутом состоянии в течение полупериода работы, должно обеспечивать также отпирание ключа 8 непс)средственно пооле запирання ключа 7. При отпирании ключа 8 допопнитепьный Хпюч 1О окаэьюается под прямым напряжв нием, но одновременно на управляющий sneK род допопнитепьного ключа через Цс - чепь прохопит запирающий сигнал. Это способст-i вует повьгшению надежности сохранения запертого состояния дополнительным ключом 10. При запирании основного ключе. 8 яа Нй-шле секции 5 первичной обмотки ив точке соединения секций 4 и 5 возникает потенциал более высокий, чем потенциал вьгеода 1, что обусловлено появлением ЭДС самоиндукции на обмотке 2 дросселя 3. Положительный скачок напряжения в начале секции 5 первичной обмбтки передаемся на управляющий эпектр - дополнительно- го ключа 1О, вызьгаая его отпирание, и тор да ток обмотки дросселя замьшается по кой туру, образованному секцией 4 первичной обмотки трансформатора 6 и силовой цепью открывающегося дополнительного ключа 10 типа тиристора. Замкнутое состояние дополнительного кл ча 1О мсйкет сохраняться долго, пока не рассеется энергия, накопления в дросселе 3 и ток его обмотки 2 не снизится до нуля. Но сигналом от устройства управления 12 отпирается основной силовой ключ 7, тогда дополнительный ключ 1О оказьшаетСИ под обратньп напряжением. Это приводи к запиранию дополнительного ключа, но ток продолжает протекать по секции 4 первичной обмотки, замыкаясь через источник питания, секцию 4 и силовую цепь основного ключа 7, перешедшего в замкнутое состояние. С момента отпирания ключа 7 прекращается отдача энергии из гфосселя и начинается процесс накопления энергии. Затем -энергией сигнала от блока управления 12 запирается основной ключ 7 и одгпирается ключ 8. С этого момента начинается новый цикл работы. В цепь расширения диапазона регулиро- 1вания вводят второй допопнитепьный кпюч. Регулируемый преобразователь напряженна с двумя допопнитепьными ключами показан на фиг. 2., Начало второй секшш 5 первичной об мотки трансформатора 6 подключено к выводу 1 через второй дополнительный ключ 13, обладающий вентильным характером проводимости. Узел автоматической коммутации 1 содержит дополнительные обмотки 14 и 15 трансформатора 6. Вьшоды обмотки 14 под ключены к средним точкам двух диодных цепочек каждая из которых вьшопнена из двух последовательно и согласно включенных диодов 16 и 17, 18 и 19. Диоды 16 и 17, принадлежащие различным цепочкам объединены в одной точке одноименньП1 и ыводами (анодами) а эта точка связана с общей точкой секции 4 и 5 первичной обмотки трансформатора 6 через резистор 20 вободные вьтоды диодных цепочек (катоды диодов 17 и 19) непосредственно соединены с выходами узла коммутации 11. Вторая дополнительная обмотка 15 через резистор 21 включена между средними точками двух конденсатсфно-диодных цепочек, каждая из которых выполнена в виде последовательно соединенных конденсатора 22 и диода 23. Вторые выводы конденсаторов 22 и 24 объединены, а точка их соединениА связана с выводами обмотки 2 дросселя 3 через диоды 24 и 26 подключенные к указанной точке одноименными выводами (като дами). Свободные вьгооды конденсаторно- диодных цепей диоды 23 и 24 подключены непосредственно к выходам узла коммутации 11. Управляющие электроды -дополнительных ключей 10 и 13, непосредственно соединен- ные с выходами узла коммутации 11, через резисторы 28 и 29 подключены к выводу 9, потенциал которого является запирающим по отношению к управляющим электродам силовых ключей 1О и 13. Работает устройство следующим образом, Блок управпвнвя 12 выпотен по схеме, обеспечивающей отпираняе снповьлс кточвй 7 и 8 на регулируемую часть соответстввн но первого и второго полупериодов работы двухтактного преобразоватепв, причем тик, что открытое состояние ключа 7 заканчивав ется вместе с завершением первого попу- периода, а открытое состояние сипового ключа 8 - вместе с завершением второго полупериода. При замкнутом состоянии любого из основных силовых ключей (7 ияи 8i) в дросселе 3 накапяиваетсв энергия мап нитного поля и потенциал о&цей точки секции 4 и 5 первичной обмотки трансформатора вгНиже потенциала вывода 1. Коэффициент трансформации допопнитепьнсЛ обмотки 14 выбирают таким при котором напряжение н« этой обмотке, сложенное с напряжением в точке подключения редастс а 2О, ниже потенциала вывода 1. Диоды 16-19 и 18-17 заперты, и через цепь,соавржа111ую эпемевгы 14, 16, 17, 18, 19 и 20, не передаетЦся отпирающий сигнал на алект оды управление Зюпопнительных силовых кпючев 1О, 13, есю открыт хотя бы один из основных силовых ключей(7 игаа 8). В соответствии с изложенным принципом построения блока управление 12 до окончания очередного цикла открывается основной снповой ключ 8, на концах всех обмо.ток трансформатора 6 имеется попожятеи ный потенциал. Током обмотки 15,аамыка шимся по контуру: диод25 конденсатор22. резистор 21 обмотка 15 диод 27 управшношая цепь ключа 1О, конденсатор заряжается до напряжения, действующего на. обмотке 15, подярность напряжения на конденсатор© показана на фиг. 2. Цепь запирающего смещения (резистор 28 Бьюод 9) создает на /правпяюцем элек роде сииоБОГО кпюча Ю неботшшсй отрицательный потенциап по отношению к вьтоду 1, определяемый падением напр51жения на диоде, шунтирующем цепь управления допоп нитеиьного силового кпюча 1О. Поэтому по тенциап в точке соединения диода 27 и ко денсатора 24 незначительно отличается от потенциала вьдаода 1, и конденсатор 24 oK зьгоается практически разряженным. В момент начапа нового цикла, когда запирается силовой ключ 8, на общей точке секций 4 и 5 возникает потенциал, бопее высокий, чем на выводе 1, что обусповпено появлением ЭДС самоиндукции на обмотке 2 щэоссепя 3, Повышение потенциала на аноде диода 26 вызьгеает его отпирание, и через этот диод начинает заряжаться кон денсатор 24, При этом на электрод управления дополнительного силового ключа 1О передается через конденсатор 24 и диод 27 сигнал отпирания. Через конденсатор 22 и диод 23 сигнал отпирания на управшкииий электрод допоинитеяьного ключа 13 не передается, так ка диод 23 остается в запертом состоянии, что обусловлено напряжением, до которого был заряжен конденсатор 22. Таким образом отпирается дополнительный силсвой кгаоч 10, а дополнительный силовой ключ 13 остается в запертом состоянии. Отпирание силового ключа 10 озна чает, что ток дросселя замыкается через секции 4 первичной обмотки силового транс форматора 6, и на началах всех обмоток трансформатора появляется положительное напряжение. Напряжение на секции 4 первичной мотки трансформатора поддерживается за счет ЗДС самоиидукции на обмотке 2 дросселя 3. В течение времени открытого состояния ключа 10 дроссель отдает часть накопленной энергии. Положительный потенциал на начале обмотки 14 трансформатора обеспечивает передачу сигнала отпирания на управляющий электрод силового ключа 10 через цепь: резистор 2О - диод 16 и обмотка 14 - диод 19, Этот сигнал поддерживается на управлякядем электроде ключа 10, пока на обмотке 2 дросселя 3 действует ЭДС самоиндукции, т. е. пока в дросселе имеется накопленная энергия. Если ключ 10 обладает тиристорным принципом управления, т. е. способен переходить в открытое cocTosniHe под действием короткого импульсного сигнала, узел комму, тации 11 может быть упрощен. Он может быть выполнен в виде цепи, содержащей элементы 15 и 21-27. Перемена полярности напряжения на обмотках трансформатора вызьгеает перезаряд конденсаторов 22 и 24, Теперь ток обмотки 15 вызьгеает разряд конденсатора 22 и заряд конденсатора 24. При отпирании основного силового ключа 7 потенциал на конце секции 4 первичной обмотки трансформатора 6 снижается до нуля (до потенциала вьтода 9), и дополнительный ключ 10 запирается. На обмотках трансформатора при этом остается напряжение прежней величины и пол5фности, но потенциал общей точки секций 4 и 5 первичной обмотки трансформатора становится меньще потенциала вьгоода 1. В дросселе начинается накопление энергии, продолжакяцееся пока открыт силовой ключ 7, К моменту окончания первого такта работы (первого полупериода) конденсатор 22 оказывается разряженным, а конденсатор 24 заряженным, причем отрицательный потен циал присутствует на обкладке конденсато ра 24, соединенной с диодом 27. После запирания основного ключа 7 процессы повторяются с той только разницей, что в начале второго полупериода работы двухтактного преобразователя отпираете ся второй дополнительный ключ 13, а в течение некотороговремени после начала вто рого полупериода отпирается основной ключ 8.. Формула изобретения Регулируемый двухтактный преобразователь, содержащий выходной трансформатор первичная обмотка которого имеет отвод от средней точки, разделяющий ее на две секции и соединенный через фильтрующий дроссель с первым входным вьгоодом пре образователя, основные силовые ключи, сое« динякяцие концы секций первичной обмотки со вторым входным вьгеодом преобразовате- ля, и по крайней мере один дополнительный силовой вентильный ключ, шунтирующие пробсель вместе с секцией первичной обмотки трансформатора. Отличающийся тем, что, с целью упрощения и повьпиения надежности,од снабжен связанным с обмотками выходного трансформатора узлом автоматичео Kdfl коммутаиии,к которому подключены упра пяюшие -цепи дополнительных кшочей. 2.Преобразоватепь по п, 1, о т п ичаюшийся тем, что дополнительный вентильный кгноч подсоединен: параппепьно дросселю и одной из секции первичной о&мотки выходного трансформатора, а узел автоматической коммутации вьтолиен в вид последовательной R-D DR цепочки, вкпи ченной параллельно второй секции первичной обмотки выходного трансформатора, причем диоды этой цепи включены согласно а их общая точка соединена с управляющим электродом дополнительного ключа. 3.Преобразоватепь по п. 1, о т п ичающийся тем, что допопнитепьный ключ выполнен в виде тиристора,шунтирующего дроссель вместе с одной из секций первичной обмотки выходного трансформато узел автоматической коммутации выполнен в виде последовательной ие1Гочки, шунтирующ дроссель вместе с другой секцией первичной обмотки выходного трансформатора, а точка соединения конденсатора и диода этой цепочки подключена к управляющему электроду тиристора 1 4. Преобразоватепь по п. 1, отличающийся тем, что он содержит .два дополнительных ключа, имеющих точку, соединенную с одним из входных вьгеодов и шунтирующих дроссель вь1есте С каждой из секций первичной обмотки выходного трансформатора, а узел автоматической коммутации подключен к двум допоп нительным обмоткам трансформатора, одной из которых подключены к средним точкам двух диодных цепочек, выполненных в виде двух последовательно и согласно включенных диодов, обе цепочки объединены в одной точке одноименными выводами диодов, указанная точка через резистор связ на с общей точкой секций первичной обмотки трансформатора а свободные выводы указа ных двух диодных цепочек подключены непосредственно к выходам узла автоматической коммутации, щзугая дополнительная о мотка через вторсЛ резистор вкточена ду средними точками даух конденсаторнодиодных цепочек, вторые выводы конденсатбров этих цепочек объединены в одной точке, и эта точка связана с вьшодами обмотки дросселя через два циода, объединенных в указанной точк одноименными вьтодами, а свободные вьтоды диодов упомянутых конденсаторно-диодных цепочек подключены к выходам узла автоматической коммутации, причем параллельно управпяюшим цепям дополнительных ключей встречно включены шунтирующие диоды, а управляющие электроды дополнительных ключей соединены через резисторы -с щ)угим входным выводом преобразователя. Htit