Регулируемый двухтактный конвертор Советский патент 1979 года по МПК H02M3/335 H02P13/16 

(54) РЕГУЛИРУЕМЫЙ ДВУХТАКТНЫЙ КОНВЕРТОР

, 1 - . .. . ;,. Изобретение ОТНОСИТСЯ к области преобразовательн9й техники и может быть использованб в системах электр питания для преобразования постоянного напряжения одного уровня в пос тоянное напряжение другого регулиру мого уровня. . Известны регулируемые двухтактны конверторы, Содержащие выходной тра сформатор, основные управляемые клю чи, выходной выпрямитель и сглажцваю щий L-C фильтр, состоящий из дроссе ля и конденсатора 1. Для уменьшения габаритов сгЛ91ЖИвающего фильтра в подобные конверторы введены дополнительные управляемые ключи, шунтирующие первичную обмотку выходного трансформатора совместно со сглаживающим дросселем включенным в цепь питания конвертора 2 . Недостатком конверторов 1,2 является сниженный КПД и значительные габариты фильтрующих элементов изтза перерывов в процессе передачи мощности в нагрузку или ее потреб ления от источника питания,так как модуляция ширины импульсов в этих схемах осуществляется на полную глубину, и импульсная величина передаваемой (или потребляемой) мощности значительно превышает ее среднюю величину. Известен, также регулируемый двухтактный конвертор, содержащий дополнительную преобразовательную ячейку с дополнительным выходным трансформатором и дополнительными управляемыми ключайи 3. В этом конверторе модуляция ширины импульсов в процессе регулирования производитсяна неполную глубину, и поэтому габариты фильтрующих элементов уменьшены. Недостаткомконвертора при включе-. НИИ сглаживающего дросс.еЛя в цепи питания является отсутствие защиты от .перенапряжений, выводящих из строя управляющие ключи при случайных рбоях или отказах в цепи управления этими ключами. Цель изобретения - повышение функциональной надежности конвертора. Эта цель достигается тем, что в конвертор, содержащий основную преобразовательную ячейку на управляемых ключах с основным выходным трансформатором, вторичная обмотка которого через выпрямитель связана с выходными выводами конвертора, а в цепь питания включен сглаживающий дроссель, и дополнительную преобразовательную двухтактную ячейку с дополнительным выход ным трансформатором, первичные обмотк кбторбго подключены.одним-концом к первичной обмотке основного трансформатора, а другим концом через дополнительные/управляемые ключи к первому выводу источника питания, введены управляемые вентили, подключающие вто ричные обмотки дополнительного трансформатора ко второму выводу источника питания и соединены по цепи управления с точкой соединения первичной и вторичной обмотки дополнительного трансформатора противоположного плеча через цепь автоматической коммутации Эта цепь выполняется либо в виде резистора, либо в виде двух последовательно соединенных резисторов, один из которых шунтирован диодом, На фиг.1 изображена схема устройст ва; на фиг.2 - диаграмма работы управляемых ключей в этом устройстве. В конверторе (фиг.1) шина питания 1 через обмотку 2 дросселя 3 подключена к одному выводу ицточника питания и непосредственно соединена с общей точкой первичных обмоток 4 и 5 основного выходного трансформатора 6 Указанные первичные обмотки через основные управляемые ключи 7 и 8 под ключены ко второй шине питания 9, которая соединена непосредственно с другим выводом источника питания. В устройстве содержится дополнительный выходной трансформатор 10. Точка соединения первичной обмотки 4 (5) трансформатора 6 с электродом силовой цепи основного управляемого ключ 7 (8) связана с общей шиной 9,- соеди ненной непосредственно с одним полюсом источника питания и со вторым элетродом основного управляемого клю ча 7 (8), общим для силовой и управляющей цепей этого ключа, через соединенные последовательно первичную обмотку 11 (12) дополнительного тран сформатора 10 и Дополнительный управ ляемый .ключ 13 (14). Кроме тсго,- точ касоединения обмотки 4 (5) .с электр дом основного ключа 7 (8) связана с вйводом источника питания через втори чную обмотку 15 (16) дополнительнбго трансформатора 10 и управляемый вентиль 17 (1В). Со вторым полюсом и;рточника питания непосредственно соёдинен электрод управляемого вентиля 17 (18), являющийся общим для силовой цепи и цепи управления этого вентиля. Управляющий электрод управляемого вентиля 17 (18) связан через резистор 19 (20) с точкой соединения цервйчн6;й1 й вторичной обмоток 12 и 16 (11 нГ 15). Вторичные обмотки 21 и 22 т 1рансформатора ё через выпрямитель, образованный диодами и 24, подклю чены к нагрузке 25, шунтированной конденсатором 26. Управляющие электроды основных ключей 7 и 8 и дополнительнйх ключей 13 и 14 соединены с выходами устройства управления 27. Принцип действия устройства состоит в следующем. Устройство управления 27 реализует алгоритм работы ключей 7, 8, 13 и 14, графически изображенный на фиг.2, где состоянию включено соответствует , а состоянию выключено . Обмотка 2 дросселя 3 выступает по отношению к силовой цепи регулируемого преобразователя в роли источника тока. Когда открыты одновременно силовые ключи 7 и 13 (или только силовой ключ 7), энергия передается только через силовой трансформатор 6. В эту часть Полупериода Т/2 работы преобразователя, длительность которой обозначается jT/2, силовая цепь вентиля 17 находится под обратным напряжением,и вентильзакрыт, хотя на его управляющий электрод передается;отпирающий сигнал через резистор 19. Что касается управляемого вентиля 18, то, хотя его силовая цепь в указанную часть полупериода находится под прямым смещением, этот вентиль закрыт под действием i запирающего сигнала, поступающего на управляющий электрод через резистор 20. Для исключения перенапряжений в цецях управления вентилями 17 и 18 эти цепи могут быть шунтированы диодами (не показаны). Когда в течение времени 1- jT/2 первого полуперио а Т/2 ключ 7 находится в разомкнутом состоянии, а ключ 13 - в замкнутом, ток обмотки 2 дросселя 3 замыкается через первичные обмотки 4 и 11 трансформаторов 6 и 10, что вызывает появление отпирающего напряжения в силовой цепи вентиля 17. Этот вентиль переходит в открытое состояние, и прэтому энергия продолжает поступать в нагрузку через трансформатор 6 и частично возвращается в источник питания через дополнительный трансформат ор 10 . Вентиль 18 при этом остается закрытым, так как на управляющий электрод его продолжает поступать запирающий сигнал через резистор 20. Во второй полупериод работы процессы в схеме повторяются с той лишь разницей, что в течение ТТ/2 второго полупериода замкнут ключ 8, а в течение l-f Т/2 - ключ 14 и вентиль 18. Изменением относительной продолжительности упоминавотхся частей полупериодов работы преобразователя достигается регулирование напряжения на нагрузке, причем регулиро ная характеристика имеет вид -- 1 - и - напряжение нагрузки, приведенное к первичной обмотке силового трансформатора 6, а Wi5 Wis. t /W. W,., В схеме фиг.1 на вторичной стор трансформатора 6 показана одна нагрузка. Принцип действия схемы не изменяется при любом числе нагрузо на вторичной стороне. В случае, если управляющие цепи вентилей 17 и 18 не имеют вентильного характера проводимости (напри если использовано шунтирование эти цепей диодами), применейие резисто ров 19 и 20 в цепи автоматической коммутации является энергетически оправданным. Это обусловлено тем, что обычно ток, который необходимо задавать в управляющую цепь вентилей 17 и 18 для их отпирания, существенно превосходит ток, необходимый для поддержания закрытого состояния этих вентилей. С учетом этого целесообразно последовательно с каждым из резисторов 19 и 20 включить дополнительный резистор, шунтированный диодом. В этом случае ток, отпирающий вентиль 17 (18 будет определяться сопротивлением только резистора 19 (20), а ток, поддерживающий закрытое состояние вентиля 17 (18), - существенно боль шим сопротивлением резистора 19 (20 и резистора, включенного с ним последовательно. Устройство может быть реализован также и в мостовом варианте. В этом случае первичная обмотка основного трансформатора соединена с шиной питания 1 не средней точкой первичной обмотки непосредственно, как на фиг.1,. а подключена крайними вывода ми через дополнительную пару основных управляемых ключей. Если по какой-либо причине исчез.ают сигналы на выходе устройства управления основными и дополнительными ключами, и эти ключи запирайтся, в схеме не вознИкают перенапряжения, связанные с рассеянием энергии, накопленной в дросселе, так ка в этом случае вентили 17 и 18 автом тически одновременно отпираются за счет действия цепи автоматической коммутации, обеспечивая путь для замыкания тока обмотки дросселя. Формула изобретения 1. Регулируемый двухтактный конвертор, содержащий основную преобразовательную двухтактную ячейку на управляемых, ключах с основным выходным трансформатором, вторичная обмотка которого через выпрямитель связана с выходными выводами конвертора, а в цепь питания включен сглажи-. вающий дроссель, и дополнительную преобразовательную двухтактную ячейку с дополнительным выходным трансформатором, имеющим две первичные обмотки, каждая обмотка одним концом соединена с соответствующим крайним выводом первичной обмотки основного трансформатора, а другим концом через дополнительный управляемый ключ с первым выводом для источника питания, отличающийся тем, что, с целью повышения функциональной надежности, дополнительный выходной трансформатор снабжен второй вторичной обмоткой, каждая из кото.рых одним концом подключена к соответствующему крайнему выводу первичной обмотки основного трансформатора, а другим концом через введенный управляемый вентиль соединена со вторым выводом для источника питания, причем электрод этого вентиля, являющийся общим для сило-вой цепи и цепи управления вентиля, соединен непосредственно со вторым выводом для источника питания, а управляющий электрод управляемого вентиля данного плеча конвертора соединен через цепь автоматической коммутации с крайним выводом,, первичной обмотки основного трансформатора противоположного плеча, конвертора. , 2.Конвертор по п.1,о тл и а ющ и и с я тем, что, цепь автоматическрй коммутации выполнена в виде резистора. 3.Конвертор по П.1, отличающийся тем, что цепь автоматической коммутации выполнена в виде двух последовательно соединенных резисторов, один из которых щунтирован иодом. Источники информации, принятые о внимание при экспертизе 1.Моин B.C., Лаптев Н.Н. Стабилизированные транзисторные преобразователи, М., Энергия , 1972, .206, рис.7-4. 2.Авторское свидетельство СССР 480160, кл. Н 02 М 7/527, 1972. 3.Заявка № 1962374/07, л. Н 02 М.7/537, 1973, по которой ринято решение о выдаче авторско- о свидетельства.

Puf.f

Н7 ГП Н8

И,3- ТЯ/4 -I г

гз г«

)Н