Преобразователь постоянного напряжения в постоянное Советский патент 1981 года по МПК H02M3/335 

I

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при разработке вторичных источников, питающихся от .сети постоянного тока.

Известны преобразователи постоянного напряжения в постоянное, состоящие из двух однотактных конверторов разной полярности, соединенные общей точкой и подключенные к общему источнику питания и общей нагрузке 1.

Недостатком таких устройств является неравномерное деление входных и выходных напряжений между конверторами, а также повыщенные динамические потери в транзисторах из-за инерционности обратных диодов.

Известны также однотактные преобразователи постоянного напряжения, в которых для уменьщения динамических потерь мощности последовательно с силовым транзистором включена первичная обмотка токоограничительного дросселя, обмотка рекуперации которого через развязывающий диод связана с источником питания 2.

Недостатком таких устройств является повышенная расчетная мощность силового транзистора и развязывающего диода.

Наиболее близким к предлагаемому является преобразователь, содержащий два однотактных конвертора разной полярности, каждый из которых состоит из Д1С-фильтра и транзисторного ключа, вход которого подключен к выходу широтно-импульсного модулятора и источника управляющего сигнала 3.

Недостатком таких устройств являются

10 повыщенные потери мощности в транзисторах из-за межвитковых емкостей дросселя и из-за инерционности обратных диодов.

Целью изобретения является повыщение КПД.

Указанная цель достигается тем, что в

15 преобразователь постоянного напряжения . в постоянное, состоящий из двух однотактных конверторов разной полярности, каждый из которых содержит транзисторный ключ и DLC-фильтр, вспомогательного ис20 точника питания, щиротно-импульсного модулятора и источника управляющего сигнала, дополнительно введен трехобмоточный дроссель, две обмотки которого включены

последовательно с соответствующими транзисторными ключами, а одна через развязывающий диод - к выходу вспомогательного источника питания, кроме того,сглаживающие Дроссели конверторов снабжены дополнительными обмотками, замкнутыми между собой через резистор.

На чертеже представлена принципиальная схема преобразователя постоянного напряжения.

Преобразователь состоит из двух однотактных конверторов разной полярности, содержащих конденсаторы входных фильтров I и 2, токоограничительный дроссель 3 с обмотками 4-6, транзисторные ключи 7 и 8, обратные диоды 9 и 10, дроссели фильтров 11 и 12 с первичными 13 и 14 и вторичными 15 и 16 обмотками, ограничительный резистор 17, конденсаторы выходных фильтров 18 и 19, нагрузочный резистор 20, вспомогательный источник питания 21, развязывающий диод 22, широтно-импульсный модулятор 23 и источник управляющего сигнала 24.

Входные зажимы конверторов, связанные с конденсаторами входных фильтров 1 и 2, подключены через обмотки 4 и 5 токоограничительного дросселя 3 к транзисторным ключам 7 и 8, которые нагружены через соответствующие DLC-фильтры 9-13-19 и 10-14-18 на общий резистор нагрузки 20. Обмотки 13 и 14 дросселей 15 и 16 соответственно замкнуты между собой через резистор 17. Обмотка рекуперации 6 дросселя 3 через развязывающий диод 22 подключена к выходу вспомогательного источника питдния 21, связанного с широтно-импульсным модулятором 23. Последний своими выходами соединен с базовыми цепями транзисторных ключей 7 и 8, а входом - с источНИКОМ управляющего сигнала 24.

Преобразователь работает следующим образом.

Широтно-импульсный модулятор 23 по сигналу управляющего источника 24 вырабатывает управляющие импульсы, поступающие синхронно и синфазно на базовые цепи транзисторных ключей 7 и 8. Наличие дополнительных, замкнутых между собой обмоток 15 и 16, на магнитопроводах дросселей 11 и 12 обеспечивает выравнивание напряжений на входяых 1 и 2 и выходных 18 и 19 конденсаторах конверторов. Так, при равенстве витков обмоток 15 и 16 нетрудно убедиться, что за время закрытого состояния ключей 7 и 8 напряжения на конденсаторах 18 и 19 стремятся установиться пропорционально виткам обмоток 15 и 16 дросселей.

При открытых транзисторах 7 и 8 происходитвыравнивание напряжений на входных конденсатора.X 1 и 2, при равенстве витков обмоток 15 и 16 выравнивание напряжений осуществляется с достаточной точностью.

При этих условиях в установивщемся режиме работы по ограничительному низкоомному резистору 17 ток не протекает и потери мощности в нем отсутствуют. Включение этого резистора продиктовано необходимостью ограничения уравнительных токов (а, следовательно, и токов ключей) при запуске преобразовате 1я, а также при неодновременности моментов включения или выключения ключей 7 и 8.

Токоограничительный дроссель 3 служит для уменьшения динамических потерь в ключах 7 и 8. При соответствующем выборе индуктивности Дросселя 3 процесс возрастания тока ключей до момента восстановления обратного сопротивления диодов 9 и 10 происходит при малом напряжении коллектор-эмиттер транзисторов, что и определяет практическое отсутствие потерь в них. Возврат запасенной в дросселе 3 энергии есуществляется с помощью обмотки рекуперации 6, соединенной через диод 22 к выходу вспомогательного источника питания 21.

По сравнению с известным преобразователем в предлагаемом устройстве (фиг. 1) дроссели 11 и 12 выполнены на разных магнитопроводах, охваченных дополнительными обмотками 14 и 16, соединенными меЖДу собой через ограничивающий резистор 17. Такое исполнение дроссельного узла позволяет обеспечить равномерное деление входных и выходных напряжений преобразователей и одновременно исключить перегрузки транзисторных ключей, неизбежно возникающие в известной схеме при запуске преобразователя и неодновременности открытия и закрытия ключей (перегрузка одного ключа наступает .всякий раз, когда к обмоткам дросселя прикладываются неодинаковые напряжения). Для исключения указанных перегрузок в известной схеме потребуется вводить токоограничивающие резисторы в цепь каждого транзисторного ключа, что приведет к снижению КПД преобразователя в установившемся режиме.

Предлагаемое исполнение дроссельного узла в преобразователе позволяет, кроме того, исключить влияние межвитковых емкостей, особенно значительных для известной схемы, при намотке дросселя в два провода. Такая технология чаще всего применяется при изготовлении двухобмоточных дросселей. Наличие межвитковых емкостей в двухобмоточном дросселе для известной схе.мы приводит к Дополнительным потерям мощности в транзисторных ключах.

В отличие от известной схемы в предлагаемом устройстве токоограничивающий дроссель 3 выполнен трехобмоточным, при этом рекуперационная обмотка подключена не ко входу преобразователя, а к выходу вспомогательного источника питания.

Таким образом, данный преобразователь имеет повышенный КПД по сравнению с известными.

Формула изобретения

Преобразователь постоянного напряжения в постоянное, содержащий два однотактных конвертора разной полярности, каждый из которых содержит DLC-фильтр, и транзисторный ключ, вход которого подключей к выходу широтно-импульсного модулятора, источник управляющего сигнала и вспомогательный источник питания, отличающийся тем, что, с целью повыщения КПД, в него дополнительно введен трехобмоточный дроссель, две обмотки которого включены последовательно с соответствующими транзкст(фнып| 1и ключами, а одна через развязывающий диодГ подключена к выходу вспомогательного источника питания, сглаживающие дроссели указанных DLC-фильтров конверторов снабжены дополнительными обмотками, замкнутыми между собой через резистор.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 384177. кл. Н 02 М 3/14, 1973.

2.Мащуков Е. В. Уменьщение дннамнческих потерь в транзисторных импульсных усилителях мощности. - В кн. «ЭТВа. Под ред. Ю. И. Конева. Вып. 2. М.. «Советское радио, 1971.

3.Устройства вторичных нсточннков электропитания РЭА. М., МДНТП, 1976, с. 118.