Преобразователь напряжения

 

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ , содержащий свповой уяравпя мый креп, травсфо{ 1атор, магнитшдй реи актор, первый и второй диодал, в npeofr , разоватепе первичная обмотка травсфорт«1 н тора первым выводом соединена с первым входным зажимом,а вторым вывод ом связайа со вторым входным зажимом через три яараппепьные ветак, первая из которых состоит из последовательно соединенных первой охотки магнитного реактора и ВЫХОД1ЮЙ цепи сипового управляемого кгаоча, вторая - из последовательно со дянэнвых второй обмотки магнитного реактора и аврвсаго диода, а третья - ва конденсатора, вторичшл траноформатора хюшслючена к выпромителю, а второй диод одним выводом подключен ко второму входнс «у зажиму, о т л и чающийся тем, что, с целыо уменьшешш коммутационных потерь в уровень создаваемых помех и повыпюнвя техшэлогичностн, между выпрямителем и выходом преобразсюателя вюпочены люследовательно соединенные третья обмотка .магнитнотч) реактора в дросселя, второй вывод второго диода подключен к первс(у вхоцнся у зажиму через дополнительную обмотку граш форматора , а пара nine лыю выходу выпрямителя подключен третий диод. СО ел s| ел 9)

СОЮЗ СОЮЕТСНИХ

Н ИЛСЬ

РЕСПУБЛИН

ОЭ О1) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТЖ1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ . Н aB TOPCMOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

gag Н 02 М 7/537 (21) 3413016/24-07 (22) 28.03.82 (46) 15.08.83. Бюп. ¹ 30 (72) Б.А.Гпебов (71) Московский .ордею Ленина и орде на Октябрьской Ревопютцин энергетический институт (53) 621.314Д57 (088.8) (56) 1. Электронная техника в автомати ке. Сб.стагей под ред. Ю.И.Конева, вып.11, М., Советское радио, 1880, с. 25, рис. 1 б.

2. Авторское свидетепьство СССР по заявке № 3003338, кп. Н02 М 7/537

1 880. (54) (57) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯ

ЖЕНИЯ, содермеший синовой управляемый ключ, трансформатор, магнитный ре актор, первый и второй диоды, в преоб,.разовагепе первичнаа обмогка трансформа тора первым выводом соединена с первым вкодным зажимом,а вторым вывоиом связа-. на со вторым входным зажимом через rpa ююраллепьные ветви, первая из которых состоит из поспедоватепьно соединенюах первой обмотки.магнитного реактора и выходной пепи снпового управпаемого кпхяа, втораа - из поспедоватепьно соединенных второй обмотки магнитного ре- актора и первого диода, а третьа - из

«онденсатора, вторнчнаа обмотка трансформатора подкпючена к выпрямителю, а второй диод одним выводом подкпючен ко второму входному зааиму, о т п и ч а ю m иa и с o я e т емM, что, с цепью уменыиения коммутапиониых потерь и уровень создаваемых помех и повышения техиопогнчности, мвмщу выпрямителем и выходом преобразоватепа ВкшОчены поспвдоватепьно соединенные третья об мотка .магнитного реактора и.обмотка дроссепя, второй вывод второго mtoaa подключен к первому входному зажиму С через допопнитепьную обмотку трансформатора, а параппеньно выходу вы- 5 митена подкпкнен третий диод.

1 035756

Изобретение относится к эпектротех нике и может быть испопьзсзано в устройствах преобразования электрической энергии, Известен преобраэоватепь напряже- 5 ния, содержащий силовой управляющий ключ, трансформатор и выпрямитель (1).

Недостатком этого преобразователя явпяются большие потери энергии в мо-; мент коммутации сип вого управпяемото ключа.

Наиболее бпиэким к изобретению является преобразователь напряжения, со- держащий силОВОЙ управляемый кпюч трансформатор, магнитный реактор, первый и второй диоды, в преобразователе первичная обмотка трансформатора первым выводом соединена с первым входным зажимом, а вторым выводом связана со вторым входным зажимом через три параппепьные ветви, первая из которых состоит иэ юспедоватепьно соединенных первой обмотки магнитного реактора и выходной цепи силового управляемого кпюча, вторая - цз поспедоватепьно сое диненных второй обмотки магнитного реактора и первого диода, а третья - иэ конденсатора, вторичная обмотка транс а форматора подкпючена к выпрямитепю, 30 а второй дноп олним вывоаом подключен .

К0 второму входному зажиму (2).

Ф

Недостатком данного преобразователя являются бопьшие коммутационные потери в его апементах> связанные с про 5 теканием значительного импульса обратного тока через выпрямитепь и соответствующим увепичением тока через сиповой управпяемый кпюч в моменты включения последнего. Кроме того, вепичина обрат ного тока через диоды выпрямитепя из-эа пинейного характера его спада зависит от инерционности указанных QHolloB.

При атом в моменты восстановпения вентильных свойств этих диодов и при значительной вепичине обратного тока возможно возникновение колебательного процесса, который на нагрузке воспринимается как помеха. Кроме того, в известном устройстве необходимо использование 5О дпя магнитного реакторе сердечника с

Линейной магнитной характеристикой, причем к величине магнитной проницаемости предъявляются определенные требования по разбросу, так как ата величина прямо 55 связана с индуктивностью первой обмотки магнитного реактора, а величина индуктивности, в свою очередь, опредепяет время разряда конденсатора, которое ограничено сверху. цепь изобретения - уменьшение коммутационных потерь и уровня создаваемых помех и повышение технопогичности путем ограничения импульса обратного тока через диоды выпрямитепя.

Эта цель достигается тем, что в преобразователе напряжения, содержащем сиповой управляемый ключ, трансформатор, магнитный реактор, первый и второй диоды, в преобраэоватепе первичная обмотка трансформатора первым выводом соединена с первым входным зажимом, а вторым выводом связана со вторым

Входным зажимом через три параппепьные ветви, первая иэ которых состоит из поспедоватепьно соединенных первой обмоч ки магнитного реактора и выходной цепи силового управпяемого ключа, втораяиэ поспедоватепьно соединенных второй обмотки магнитного реактора и первого диода, а третья» из конденсатора, вторичная обмотка трансформаторе подключена к выпрямитепю, а второй диод одним выводом подкпкиен ко второму входному зажиму, между выпрямитепем и выходом преобразователя вкпючены поспедоватепьно соединенные третья обмотка магнитного реактора и обмотка дроссепя, второй вывод второго диода подключен к первому входному зажиму через допопнитепьную обмотку трансформатора, а параппепьно выходу выпрямитепя подкшочен третий

ДИОД.

Кроме того, с цепью уменьшения коммутационных потерь в силовом управпяемом ключе между лэрвой и третьей обмотками магнитного реактора может быть введена намеренно ослабленная магнитная связь.

На чертеже представпена апектричеокая схема преобразователя напряжения.

Первый и второй входные зажимы 1 и

2 преобраэоватепя служат дпя пЬдкпючв« ния источника питания. Первичная обмотка

3 трансформатора 4 первым выводом подключена к первому входному зажиму 1, второй вывод которой связан со вторым входным зажимом 2 через три параппепь» ные ветви. Первая ветвь образована первой обмоткой 5 магнитного реактора 6 и соединенной с атой обмоткой поспедовательно выходной цепью силового управляемого ключа 7, вторая - соединенными поспедовательно второй обмоткой 8 магнитного реактора 6 и первым диодом 8, третья ветвь выполнена в виде конденса3 1035 тора 10. Вторичная обмотка 11 трансформатора 4 подключена ко входным выв . дам выпрямителя 12. Нагрузка 13 связана с выходными выводами выпрямителя

13 через соединенные последовательно 5 обмотку 14 дросселя 15 и третью обмотку 16 магнитного реактора 6. К выходным выводам выпрямителя 12 подключен третий диод 17. Третья обмотка 18 трансформатора 4 и второй диод 19 образуют последовательную цепь, и ее выводы подкшочены к входным зажимам

1 и2.

В установившемся режиме работы предлагаемого преобразователя в дросселв 15 15 накоплена энергия магнитного поля, что выражается в протекании тока по обмотке 14. Укаэанным током, протекающим по по третьей обмотке 16 магнитного рвак» тор@ 6, его сердечник устанавливается в 20 состояние отрицательной намагниченности, если силовой управляемый ключ 7 находится в непроводяшем состоянии. Ток дросселя 15 замыкается на этой части периода работы схемы через третий диод 25

17, использование которого предотврашает протекание тока по вторичной обмотке

11 и связанные с этим потери энергии.

При отпирании силового управляемого ключа 7 возникает.ток в соединенных по- 50 следовательно первичной обмотке 3 .тра юформатора 4 и в первой -обмотке 5 мат нитного реактора 6. Скорость нарастания этого тока ограничена индуктивностыо рассеяния между третьей и первой обмот- 35 ками 16 и 5 магнитного реактора 6, а величина тока (амплитудное значение) определяется током обмотки дросселя 15, пересчитанной иэ обмотки 16 в обмотку

5, а именно, )у6%6 "-1х®5= I 4e+ Чб= др И6 где 5 - ток обмотки 5 магнитного реактора 6, являющийся сдн BpehfeHao ТОкОм 1 (СИЛОВОГО 4 авпяемого кшоча и токоМ / обмотки 3 трансформатора 4;

- ток третьей обмотки 16 мат

Ж16 нитного реактора 6, являющийся одновременно током ! др обмотки 14 дросселя

15;

Ф6 Ж6

- числа витков обмоток 5, 16 и 3 соответственно. 55

Записанное соотношение справедливо при условии малости величины МДС в сердечнике магнитного реактора, что пвг, ко реализуется на .практике при высокой магнитной проницаемости используемого сердечника. Причем к самой величине проницаемости нв предъявляется никаких требований по стабильности: она должна быть ограничена снизу.

Искусственное увеличение индуктивности рассеяния между обмотками 16 и 5 позволяет ограничить скорость нарастания тока в силовом управляемом ключе

7 при его переходе в проводяшее состояние и тем самым уменьшить потери энер гии в силовом ключе. Учитывая быстродействие современных ключевых приборов, например транзисторов, дпя практического исключения коммутационных потерь при отпирании: достаточно индук-. тивности рассеяния порядка 5-15 МКГн, что также легко реализуется as практике, например, пространственным разнесением на сердечнике обмоток 16 и 5.

Протекание тока Jg по первичной обмотке 3 траьсформатора 4 вызывает появление тока во вторичной обмотке Д1, а. вепичина этого тока может быть найдена из соотношения

1 (М/3 l ð, 3044

Иэ записанных соотношений следует, что всли

l ((Ф16/W5) (Ф/3/%11), то ток обмотки ll больше тока до, значит через третий диод 17 задается обрат ный ток. Его величина может быть сделана сколь угодно малой, если приближать к единице записанное выше произведение коэффициентов трансформации.

Уменьшение обратного тока через диод

1 7 означает уменьшение коммутационных: потерь в нем, а также соответствующее снижение уровня коммутационных помех по по сравнению с прототипом, где величина обратного тока через диод при коммутации определяется его инерционностью и не может быть строго заданной.

Пока диод 17, через который при отпирании силового управляемого ключа 7 начинает протекать обратный ток, остается в состоянии высокой проводимости, на« пряжение на обмотках 11 и 3 трансфо матора 4 близко к нулю. Поэтому напряжение источника питания через обмотку

3 и силовой управляемый ключ 7 оказывается приложенным к первой обмотке 5 магнитного реактора 6. При этом на третьей обмотке 16 этого реактора возникает напряжение, которое вызывает накоп1035756 ленив энергии в дроссепв 15, т.в. при отпирании ситювого управляемого ключа 7 энергия от источника сразу начинает пэступать в нагрузку. При этом вад действием напряжения на первичной обмотке 5

5 магнитного реактора 6 его сердечник: перемагничивается в положительном направлении, а состояние сердечника характеризуется высокой магнитной пронкиаемост ью.

После восстановления обратного сопротивления диода 17 ток дросселя 15 начинает протекать через обмотку 11 тоансйооматооа 4 и, соответственно, ssмелле тся величина тока первичной обмотки И

3 трансформатора 4. Ток 1 onpegense ся равенством Ьуъ ®1,р

С этого we момента начинается раэряп конденсатора 10, и этот разряд осушествляется током с, равным

4= дрЕ(e

Бо время. разряда конденсатора 10 иа обмотке 16 действует напряжение, трансформируемое из обмотки 5, поэтому происходит перекачка энергии, накопленной в конденсаторе 10, в дроссель 15. По 4о мере уменьшения напряжения на конденсаторе растет напряжение на обмотке Э трансформатора 4, и поэтому энергия продолжает поступать в нагрузку как через магнитный реактор 6, так и через транс- д форматор 4.

Уменьшение напряжения на конденсаторе 10 означает уменьшение напряжения на обмотке 5 магнитного реактора 6, а значит уменьшение скорости перемагничивания сердечника реактора в попожитепьном направлении. Наконец, когда напряжение на конденсаторе 10 снюится . до нуля, перемагничиванне в положитетп ном направлении прекратится, затем 55 отпирается диод 9, который до этого блокировал напряжение на обмотке 8, и полярность напряжений на обмотках ма нитюго реактора 6 изменяется на образ ную (минус на началах обмоток 5, S a

16). При этом начинается перемагничивание сердечника реактора 6 в отрицательном направлении . Однако скорость пврвмагничивания весьма мала, так как она оцредепяется суммарным падением напражения на проводяших диоде 9 и силовом управляемом ключе 7, приложенным к соединенным последовательно обмоткам

8 и 5 магнитного реактора 6.

Запирание силового управляемого кшоча 7 вызывает снижение тока обмотки 5, вследствие чего возрастает ток обмотки

8, и этим током, а также током обмотки

3 заряжается конденсатор 10. После эапирания силового ключа 7 ток заряда

«онденсатора 10 достигает максимального значения, равного

fq 1д,рИ 16/ В) (а И кз)1.

Ограниченность тока, эаряжаияцего конденсатор 10, означает, что напряжение на нем нарастает плавно. Соответственно плавно нарастает напряжение на силовом управляемом ключе 7, так как

"к = Ос " +() .

Как и в прототипе вэстепенность нарастания напряжения на силовом управляемом ключе 7 обусловливает нвзначитепь ные коммутационные потери энергии во время эапирания, когда происходит снижение тока через ключ. Это же приводит к уменьшено вероятности вторичного пробоя, т.в. к повышению надежности функционирования устройства. Однако er меченная возможность увеличения емкости конденсатора 10 позволяет уменьшить в сравнении с прототипом скорость нарастания напряжения на запираюшемся ключе 7, т.е. снизить потери энергии во время процесса запирания.

По мере нарастания напряжения на конденсаторе 10 сначала уменьшается напряжение на обмотках трансформатора

4, а затем оно изменяет полярность. Tloo. пе изменения цолярности напряжения на обмотках (появляется минус на началах обмоток 3 ll и 18) через диоды выпрямителя 12 начинает протекать обратный ток, величина которото ограничена и

PRBHB

°

16, овр= ядр Г(и6 1ж) (Фз/Фбй)).

Ограниченность тока через диоды выпрямителя 12 и их независимость от динамических свойств диодов позволяет уменьшить потери энергии в них при переходе в непроводяшее состояние и уменьшить энергию помех (соответствующим выбором числа витков обмотки 8) за счет уменьшения величины обратного тока в процессе запирания.

После эапирания диодов выпрямителя

12 напряжение на конденсаторе 10 продолжает нарастать за счет возврата энергии, переданной иэ конденсатора 10 30 в магнитный реактор 6. Максимальная величина напряжения на конденсаторе 10 ограничивается за счет рекупврирующего действия дополнительной обмотки 18, ко» торая создает ток через циод 19. Цепь 15 рекулерации может быть лоаключена также к

1035756 8 конденсатору выходного фильтра. Тогда излишек энергии передается непосредственно в нагрузку.

По сравнению с известными предлагаемый преобразователь пээволяет ограничить амплитуду импульса обратного тока в диодах на вторичной сторона транс форматора и тем самым снизить коммутационные потери в элементах схемы. Кроме того, гарантированное ограничение уровня обратного тока диодов позволяет уменьшить помехи, возникакхцие при запирании этих циодов, а ослабление требований к разбору параметров сердечников магнитного реактора позволяет повысить технологичность преобразователя.

Составитель А. Селезнев

Редактор М. Петрова Техред Т.Мат очка Корректор А. Дзятко

Заказ 5851/57 Тираж 687 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Рвушская наб., ц. 4/5

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4