Преобразователь постоянного напряжения

 

1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ по авт. св. №978293, отличающийся тем, что, с целью повымения надежности, параллельно первичной обмотке каждого выходного трансформатора подключены введенные цепочки из последовательно включенных диода и конденсатора, первые выводы конденсаторов этих цепочек подключены к точкам присоединения ключевого элемента с первым выводом первичной обмотки соответствуняцего выходного трансформатора, а между точками соединения вторых выводов конденсаторов с диодс1ми включен токоограничительный элемент-. 2.Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что в качестве токоограничительного элемента использован резистор, 3.Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что в качестве токоограничительного элемента использован дроссель. (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

PEÑÏÓÁËÈÊ (19) (11) З(511 .Н 02 Х 3/335

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPGHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ фиг I

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ТИ) 978293 (21) 3487158/24-07 (22) 01. 09.82 (4С) 07.01.84. Бюл. М 1 (72) С.Д. Рудык, В.Е. Турчанинов и A.A. Остапенко (71) Винницкий завод радиотехнической аппаратуры (53) 621. 314. 58 (088. 8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 978293, кл. Н 02 М 3/335, 1980.. (54) (57) 1 ° ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ по авт. св. Р 978293, о т л и ч а ю ц и и с я тем, что, с целью повыиения надежности, параллельно первичной-обмотке каждого выходного трансформатора подключены введенные цепочки из последовательно включенных диода и конденсатора, первые выводы конденсаторов этих цепочек подключены к точкам присоединения ключевого элемента с первым выводом первичной обмотки соответствующего выходного трансформатора, а между точками соединения вторых выводов конденсаторов с диодами включен токоограничительный элемент.

2. Преобразователь по п. 1, о тл н ч а ыц и и с я тем, что в качестве токоограничительного элемента использован påçèñòîð.

3. Преобразователь по п. 1, о тл и ч а ю ц и и с я тем, что s качестве токоограничительного элемен- Е та использован дроссель.

1065997

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитания для преобразования постоянного напряжения.

По основному авт. св. М 978293 5 известен преобразователь постоянного напряжения, содержащий две последовательно присоединенные к входным выводам однофазные инверторные ячейки, каждая иэ которых содержит 10 ключевой элемент, подсоединенный к первичной обмотке выходного трансформатора, вторичная обмотка которого через соответствующий выпрямитель присоединена к общему LCO -фильтру, выход которого подключен к выходным выводам, причем точка присоединения каждого ключевого элемента с одним иэ выводов первичной обмотки соответствующего выходного трансформатора подключена к соответствующему первому .электроду рекуперационного диода, при этом параллельно входным выводам присоединен емкостной делитель напряжения, средняя точка которого соединена с другими выводами первичных обмоток выходных трансформаторов, а каждая из крайних точек этого делителя напряжения подключена к соответствующим вторым электродам рекуперационных диодов.

Чтобы ключевые элементы преобразователя постоянного напряжения ни при каких условиях не выводились из области безопасных рабочих режимов необходимо применение RCU -це- 35 почек для уменьшения скорости нарастания напряжения на эакрываЮщемся ключевом элементе fl) .

Недостатком известного преобразователя напряжения является то, что 40 амплитуда напряжения на конденсаторах RCg -цепочек равна напряжению источника питания преобразователя.

Кроме того, для каждого ключевого элемента должна быть установлена индивидуальная ДСВ -цепочка. Большие динамические лотери при вкл.чении ключевых элементов вызваны большими по величине импульсами тока через ключевые элементы при разряде конденсаторов RC >-цепочек и являются причиной низкого КПД известного преобразователя постоянного напряжения. Кроме того, при больших величинах емкостей конденсаторов RCO -цепочек в резисторах выделяется зна- -5 чительная активная мощность, что приводит к ухудшению тепловых режимов работы элементов и снижению надежности преобразователя, Цель изобретения — повышение ra- 60 дежности преобразователя постоянного напряжения путем уменьшения амплитуды напряжения на конденсаторах RCD— епочек изменяющих траектории рабоих точек ключевых элементов. 6

Поставленная цель достигается тем j что в преобразователе постоянногo напряжения параллельно первичной обмотке каждого выходного трансформатора подключены цепочки из последовательно включенных диода и конденсатора, причем первые выводы конденсаторов этих цепочек подключены к точкам присоединения ключевого элемента с первым выводом первичной обмотки соответствующего выходного трансформатора,,а между точками соединения вторых выводов конденсаторов с диодами включен токоограничительный элемент.

В качестве токоограничительного элемента может быть включен резистор.

Кроме того, в качестве токоограничительного элемента может быть включен дроссель.

На фиг. 1 представлена электрическая схема преобразователя постоянного напряжения; на фиг. 2 — временные диаграммы напряжений и токов, иллюстрирующие его работу.

Преобразователь постоянного напряжения (фиг. 1! содержит две последовательно присоединенные к входным выводам преобразователя инверторные ячейки. Первая инверторная ячейка содержит ключевой элемент 1, входной конденсатор 2, выходной трансформатор 3 с первичной обмоткой 4 и выходной обмоткой 5, однотактный выпрямитель 6 и рекуперационный диод 7. Вторая инверторная ячейка содержит ключевой элемент 8, входной конденсатор 9, выходной трансформатор 10 с первичной обмоткой 11 и выходной обмоткой 12 однотактный выпрямитель 13 и рекуперационный диод

14. Обе инверторные ячейки работают противофаэно на общий диодно-индуктивно емкостной фильтр 15-16-17.

К выходным выводам преобразователя подключена нагрузка 18. Входные конденсаторы 2 и 9 образуют емкостной делитель напряжения, средняя точка которого соединена с выводами первичных обмоток выходных трансформаторов 4 и 11, а к каждой крайней точке второго делителя напряжения подключены соответствующие электроды рекуперационных диодов 7 и 14.

Параллельно первичной обмотке 4 выходного трансформатора 3 подключена цепочка из последовательно соединенных диода 19 и конпенсатооа 20. Паоаллельно первичной обмотке 11 выхсдного трансформатора 10 подключена цепочка из последовательно соединенных диода 21 и конденсатора 22. Первый вывод конденсатора 20 подключен к точке присоединения ключевого элемента

1 с первичной обмоткой 4 выходного трансформатора 3, а первый вывод конденсатора 22 подключен к точке присоединения ключевого элемента 8 с пер1

1065997 вичной обмоткой 11 выходного трансформатора 10. Между точками соединения вторых выводов конденсаторов 20 и 22 с диодами 19 и 21 соответственно включен дополнительный резистор 23.

Вместо резистора 23 может быть 5 включен дополнительный дроссель 2.

Преобразователь постоянного напряжения работает следующим образом.

Ключевые элементы 1 и 8 работают поочередно и управляются импульса- f() ми напряжения, сдвинутыми на половину периода коммутации ключевого элемента каждой инверторной ячейки. Предположим, что ключевой элемент 1 открыт, а ключевой элемент 8 закрыт. 15

При этом к первичной обмотке 4 трансформатора 3 прикладывается напряжение, равное Ед„ /2, (где Е и — напряжение источника питания преобразователя, подключенного к входным выводам). Контур протекания тока первичной обмотки 4 трансформатора 3 замыкается на цепи: 2-1-4-2.

В течение открытого состояния ключевого элемента 1 проводит выпрямительный диод б и энергия со вторичной обмотки 5 трансформатора 3 поступает на выходной дроссель 16 и нагрузку 18 преобразователя. Кроме этого при открывании ключевого элемента 1 начинает протекать ток заряда конденсатора 20, который замыкается по цепи: 2-1-20-23-21-2. В течение открытого состояния ключевого элемента 1 (интервал времени q — t q на фиг. 2) конденсатор 20 заряжается до напряжения, равного Е и /2, при этом максимальная величийа зарядного тока конденсатора ограничена сопротивлением резистора 23. При выключении ключевого элемента 1 (момент 4Q времени 1 под воздействием ЭДС самоиндукции открывается диод 19 начинается процесс перезаряда конденсатора 20. В тот же момент времени . закрывается выпрямительный диод б. 45

Ток перезаряда конденсатора возрастает пропорционально уменьшению тока ключевого элемента 1. По мере ерезаряда конденсатора напряжение на конденсаторе увеличивается замедленно и поэтому динамические потери при включении ключевого элемента 1 и скорость возрастания напряжения на ключевом элементе 1 уменьшаются. В момент времени 1 (фиг. 2) ключевой элемент полностью закрывается и его ток. становится равным нулю. Процесс перезаряда конденсатора 20 на интервале

1 -1 продолжается за счет энергии, йакопленнойв индуктивности намагничивания трансформатора 3. В момент вре- () иени tq напряжение на конденсаторе

20 достигает значения Е д /2 и ток перезаряда конденсатора 20 с .аяовится равным нулю. В этот же момент времени под воздействием ЭДС само- 65 индукции первичной обмотки 4 трансформатора 3 открывается рекулерационный диод 7 и начинается процесс рекуперации энергии, накопленной в индуктивности намагничивания трансформатора 3. Рекуперация энергии, накопленной в индуктивности намагничивания трансформатора 3, идет на интервале времени 14 -16, при этом напряжение на ключевом элемента 1 фиксируется на уровне Епчт . В момент времени 1 указанный процесс рекуперации энергии, накопленной в индуктивности намагничивания трансформатора 3, прекращается. На интервале времени 1 — 1 происходит разряд конденсатора 20 на первичную обмотку 4 трансформатора 3, при этом ток разряда замыкается по цепи:

20-23-21-4-20. В момент времени 1 напряжение на конденсаторе 20 достигает нуля. Ток разряда конденсатора 20, текущий на интервале 46 -1 по обмотке 4 трансформатора 3 намагничивает сердечник трансформатора 3 в направлении, противоположном намагничиванию его при открытом состоянии ключевого элемента. В момент времени 1< вновь открывается ключевой элемент 1 и процессы повторяются, Во второй инверторной ячейке процессы протекают аналогично. В момент времени 4q открывается ключевой элемент 8 и начинает протекать ток по первичной обмотке 11 трансформатора

10, который замыкается по контуру:

9-11-8-9. При этом к первичной обмотке 11 трансформатора 10 прикладывается напряжение, равное Е„„ /2, а выпрямителъный диод 33 находится в проводящем состоянии и энергия со вторичной обмоткой 12 трансформатора

10 поступает на выходной дроссель 16 и нагрузку преобразователя 18. Кроме этого при открывании ключевого элемента 8 начинает протекать ток заряда конденсатора 22, который замыкается по цепи: 9-19-23 — 22-8-9.

B течение открытого состояния ключевого элемента 8 конденсатор 22 заряжается до напряжения, равного

Еп„ /2, при этом максимальная величина зарядного тока конденсатора ограничена сопротивлением резистора 23.

При выключении ключевого элемента 8, в момент времени 18 (фиг, 2) на первичной обмотке 11 трансформатора 10 возникает ЭДС самоиндукции, под воздействием которой открывается диод 21 и начинается процесс перезаряда конденсатора 22. В этот же момент времени закрывается выпрямительный диод 13. В момент времени у ключевой элемент 8 закрывается полностью и его ток становится равным нулю. На интервале времени 6 — Ф.щ перезаряд конденсатора 22 происходит sa счет энергии, накопленной в

1065997 индуктивности намагничивания трансформатора 10. В момент времени(,1 напряжение на конденсаторе 22 достигает значения Е щ /2 и ток перезаряда конденсатора 22 становится равным нулю. На интервале времени 30 - 1Z идет рекуперация энергии, накопленной в индуктивности намагничивания трансформатора 10 на конденсатор 2 емкостного делителя напряжения, при этом ток рекуперации идет по контуру: 11-14-2-11. B момент времени указанный процесс рекуперации прекращается. На интервале времени (-1,(9 происходит разряд конденсатора 22 на первичную обмотку 11 трансформатора 10. При этом ток разряда замыкается по цепи:

22-11-19-23-22. В момент времени 4 ток разряда прекращается и напряжение на конденсаторе 22 становится равным нулю. В момент времени 1 4 вновь отрывается ключевой элемент 8 и процессы во второй инверторной

-ячейке повторяются.

В течение вреь эни, когда оба ключевых элемента 1 и 8 закрыты, часть энергии накопленной в индуктивности фильтра 16„ передается через шунтирующнй диод 15 в нагрузку 18 преобразователя.

При включении дросселя вместо резистора 23 все процессы аналогичны и отличаются лишь тем, что в течение открытого состояния ключевого элемента 1(8) максимальная величина зарядного тока конденсатора 20(22) ограничена индуктивностью дополнительного дросселя, а не величиной

30 сопротивления резистора 23.

Включение вместо резистора 23 дросселя в предлагаемый преобразователь не только уменьшает амплитуду импульса тока ключевых элементов 1

)5 и 8 при их включении, но и улучшает тепловые режимы работы элементов преобразователя, т.к. активные потери мощности в дросселе значительно меньше аналогичных потерь в резис 0 торе 23.

Преобразователь постоянного напряжения обеспечивает повышение надежности в результате введения цепочек, формирующих траекторию рабочей точки при переключении ключевого элемента, и снижение пиковой мощности и динамических потерь.

ВНИИПИ Заказ 11056/57

Тираж 672 Подписное

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,4