Преобразователь постоянного напряжения

 

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТаЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий инвертор на силовых транзисторах с выходным трансформатором, включенным в диагональ переменного тока, рекуперативные диоды, два трансформатора тока, первичные обмотки которых включены в цепь коллекторов силовых транзисторов , причем управляющие переходы последних через диод подключены к базовым обмоткам трансформаторов тока. управляющие обмотки которых подключены к узлу управления, о т л и ,4 а ющ и и с я тем, что, с целью повышения ЩД за счет уменьшения мощности Зшравления w более полного использования силовых транзисторов по току, инвертор вьтолнен по мостовой схеме, каждый трансформатор тока снабжен второй базовой обмоткой, а в цепи эмиттеров силовых транзисторов включены дополнительные резисторы, при этом первичные обмотки трансформаторов тока включены в цепь коллекторов транзисторов, связанных с общим входнь1м вьгаодом каждого плеча, § базовые обмотки трансформаторов тока подключены к управляющим.перехо (О дам транзисторов, подключенных к разнополярньм входньм выводам протиные диоды. шунтируют последовательные g цепи из силового перехода транзистора и дополнительного резистора.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУВЛИН

09) (11) зш Н 02 М 7/537

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЦтий

ОПИСАНИЕ .ИЗОБРЕТЕНИ к вторСиомм саиДкткльСтвм (21) 3546221/24-07 (22) 31. 01.83 (46) 07. 12.84. Бюл. Ф 45 (72) А, С. Сидоренко, А.И. Лисицын и В.С. Городейкин . (71) Научно-исследовательский институт интроскопии (53) 62 1.3 14 .57 (088 .8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР ; У 342271, кл. Н 02 М 7/537, 1969.

2. Авторское. свидетельство СССР

У 320001, кл. Н 02 М 7/537, 1970. (54)(57) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО

НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий инвертор на силовых транзисторах с выходным трансформатором, включенным в диагональ переменного тока, рекуперативные диоды, два трансформатора тока, первичные обмотки которых включены в цепь коллекторов силовых транзисторов, причем управляющие переходы последних через диод подключены к базовым обмоткам трансформаторов тока, управляющие обмотки которых подключены к узлу управления, о т л и,ч а юшийся тем, что, с целью повышения КПД эа счет уменьшения мощности управления и более полного использования силовых транзисторов по току, инвертор выполнен по мостовой схеме, каждый трансформатор тока снабжен второй базовой обмоткой, а в цепи эмиттеров силовых транзисторов включены дополнительные резисторы, при этом первичные обмотки трансформаторов тока включены в цепь коллекторов транзисторов, свяэаннык с общим входным выводом каждого плеча, .базовые обмотки трансформаторов pg тока подключены к управляющим переходам транзисторов, подключенных к разнополярным входным выводам противоположных плеч, причем рекуперативные диоды шунтируют последовательные о цепи из силового перехода транзистора и дополнительного резистора.

1 11283

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может бьггь использовано при разработке вторичных источников электропитания.

Известен преобразователь напряже- 5 ния, выполненный по мостовой схеме, который содержит четыре ключа, трансформатор с девятью, обмотками и задающий генератор Я .

Недостатком устройства является большая мощность, потребляемая от задающего генератора для управления силовыми ключами при большой выход- ной мощности инвертора, т.е. низкий

КПД устройства ° 15

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является преобразователь, содержащий инвертор на силовых транзисторах с выходным трансформатором, включенным в 20 диагональ переменного тока, рекуперативные диоды, два трансформатора тока, первичные обмотки которых включены в цепь коллекторов силовых транзисторов, причем управляю- 25 щне переходы последних через диод, шунтированный конденсатором, подключены к базовым обмоткам трансформаторов тока, управляющие обмотки которых соединены с узлом 30 управления, при этом рекуперативные диоды пгунтируют силовые переходы транзисторов (2) .

Недостатками известного преоб-

Разователя (определяемыми полумос товой схемой,его выполнения) являют-. ся неполное использование силовых транзисторов по току при необходимой выходной мощности и значительная мощность, потребляемая от узла 40 управления, что приводит к сниже.— нию КПД.

Эти недостатки отсутствуют в мостовом ийверторе. Однако мостовой инвертор, выполненный простым повто- 45 рением аналогичного соединения ключей с токовым управлением для второго плеча, должен иметь четыре трансформатора тока с тремя обмотками, что усложняет его схему и процессы одновременного открывания и закрывания ключей.

Цель изобретения — повышение КПД за счет уменьшения мощности управления и более полного использования 55 транзисторов по току.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователе постоян55 ного напряжения, содержащем инвертор на силовых транзисторах с выходным трансформатором, включенным в диагональ переменного тока, рекуперативные диоды, два трансформатора тока, первичные обмотки которых включены в цепь коллекторов силовых транзисторов, причем управляющие переходы последних через диод подключены к базовым обмоткам трансформаторов тока, управляющие обмотки которых подключены к узлу управления, инвертор выполнен по мостовой схеме, каждый трансформатор тока снабжен второй базовой обмоткой, а в цепи эмиттеров силовых транзисторов включены дополнительные резисторы, при этом первичные обмотки трансформаторов тока включены в цепь коллекторов транзисторов связанных с общим входным выводом кажцого плеча, базовые обмотки трансформаторов тока подключены к управляю1 щим переходам транзисторов, под-. ключенных к разнополярным входным выводам противоположных плеч,причем рекуперативные диоды шунтируют последовательные цепи из силового перехода транзистора и дополнительного резистора.

На фиг.1 приведена принципиальная электрическая схема инвертора, на фиг.2 — схема управления °

Преобразователь содержит мостовой инвертор, состоящий из плеча 1, выполненного на силовых транзисторах 2 и 3, дополнительных резистоpaz 4 и 5, рекуперативных диодах

6 и 7, конденсаторах 8 и 9, диодах

10 и 11 и трансформаторе 12 -. ка с первичной обмоткой 13, базовыми обмотками 14 и 15 .и управляющей обмоткой 16, .плеча 17, выпрлненного на силовых транзисторах 18 и 19, дополнительных резисторах 20 и 21, рекуперативных диодах 22 и 23, конденсаторах 24 и 25, диодах

26 и 27 и трансформаторе 28 тока с первичной обмоткой 29, базовыми ,обмотками 30 и 31 и управляющей обмоткой 32, входные выводы 33 и 34, узлы 35 и 36 управления. В диагональ переменного тока включена первичная обмотка выходного трансформатора 37.

Схема узлов 35 и 36 управления (фиг.2) содержит ключ 38, диоды

39 и 40, резисторы 41-43, вывод. 44

1128355

55 питания, общий вывод 45, вход 46, .выходные выводы 47 и 48.

В плече 1 мостового инвертора последовательно соединены силовой переход транзистора 2, дополнительный резистор 4, первичная обмотка

13 трансформатора 12 тока, силовой переход транзистора 3 и дополнительный резистор 5. Параллельно транзистору 2 и резистору 4 включен 10 рекуперативный диод 6, а параллельно транзистору 3 и резистору 5 включен рекуперативный диод 7.

Управляющий вход транзистора 2 сое- . динен через базовую обмотку 30 15 трансформатора 28 и параллельно соединенные диод 10 и конденсатор

8 с резистором 4, а управляющий вход транзистора 3 соединен через базовую обмотку 15 трансформатора 20

12 и параллельно соединенные диод

11 и конденсатор 9 с резистором 5.

Плечо 17 мостового инвертора содержит последовательно соединенные силовой переход транзистора 18,до- 25 полнительный резистор 20, первичную обмотку 29 трансформатора 28, силовой переход транзистора 19 и резистор 21. Параллельно транзистору 18 и резистору 20 включен ре- ЗО куперативный диод 22, а параллельно транзистору 19 и резистору 21 включен рекуперативный диод 23.

Управляющий вход транзистора 18 соединен через базовую обмотку 14

35 трансформатора 12 и параллельно соединенные диод 26 и конденсатор

24 с резистором 20, а управляющий вход транзистора 19 соединен чере3 базовую обмотку 31 трансформа- 4О тора 28 и параллельно соединенные диод 27 и конденсатор 25 с резистором 21. Узлы 35 и 36 управления соединены с управляющими обмотками

16 и 32 трансформаторов 1 2 и 28.

Узлы 35 и 36 управления содержат транзистор 38, эмиттер которого соединен с.выводом 44 питания, коллектор — с выходом 47, база соединена через резисторы 41 и 42 с выводом 44 питания и управляющим входом 46, а параллельно транзис.тору 38 включен диод 39. Выход

47-соединен через диод 40 с выводом

44 питания, а через резистор 43— с общим выводом 45 °

Преобразоватець работает следующим образом.

На вход узлов 35 и 36 управления подаются две последовательности управляющих импульсов положительной полярности, сдвинутые друг относительно друга на полпериода °

Работу преобразователя. рассмотрим на примере работы транзисторных ключей 3 и 18. В интервале времени, когда на входе 46 сигнал равен нулю, транзистор 38 узла 36 управления открыт и через управляющую обмотку

16 трансформатора 12 тока через выводы 44 и 45 протекает ток, при котором на базу ключей 3 и 18 подается отрицательное напряжение. В течение этого интервала времени . в трансформаторе 12 тока запасается энергия. При подаче положительного импульса на вход 46 транзистор

38 закрывается, цепь обмотки управления трансформатора 12 разрывается и на базах транзисторов 3 и 18 формируется короткий положительный выброс тока, достаточный для открывания транзисторов 3 и 18 на время, пока через нагрузку не начнет протекать ток.

Реальные транзисторы имеют разброс по напряжению насыщения база-эмиттер, в результате чего два ключа не могут открыться и,инвертор теряет работоспособность. Для предотвращения этого явления в эмиттеры транзисторов включены резисторы 4, 5, 20 и 21, которые обеспечивают развязку транзисторов.

Для обеспечения симметричности обоих плеч инвертора первичные обмотки 13 и 29 обоих трансформаторов тока включены в коллекторы транзисторов 3 и 19 нижнего плеча.,Подключение рекуперативных диодов 7 и 23 к коллекторам ключей 3 и 19 обеспечивает протекание обратного тока, вызванного ЭДС самоиндукции обмотки 37 трансформатора нагрузки, через первичные обмотки 13 и 29 трансформаторов 12 и 28 тока во время защитной паузы между закрыванием одних и открыванием других транзис-, торов, что обеспечивает размагничи- вание сердечников трансформаторов тока. Однако при таком включении на базовых обмотках будет генерироваться обратное напряжение, которое может вывести из строя переходы база-эмиттер транзисторов. Диоды

10, 11, 26 и 27 служат для защиты

11283 йереходов база-эмиттер транзисторов от повыпенного напряжения обратной полярности в моменты, когда транзисторы закрыты и протекает обратный рекуперативный ток, а также, когда 5 открыт транзистор 38 и трансформатор тока перемагничивается на холостом ходу. Конденсаторы 8, 9, 24 и

25 обеспечивают ускор нйое рассасываиие, зарядов в области базы и более быстрое переключение транзисторов из открытого состояния в закрытое.

При протекании тока через нагруз- ку этот же ток протекает через первичную обмотку трансформатора,,12, 15 откуда он трансформируется в базовые обмотки и поддерживает ключи 3 и 18 в открытом состоянии в течение длительности импульса управления.

При окончании импульса управления 20 на входе 46 открывается транзистор

38, в результате чего обмотка 16 управления трансформатора 12 тока в первый момент шунтируется малым сопротивлением .открытого транзис- 25 тора 38 и диода 40. Ток в базовых обмотках уменьшается и транзисторы

3 и 18 начинают закрываться, а так как уменьшение тока коллекторов транзисторов 3 и .18 приводит к еще 3g большему уменьшению токов в базовых обмотках, то транзисторы 3 и 18 закрываются. Затем по управляющей обмотке трансформатора 12 .тока на- чинает снова проткать ток через

3S выводы 44 и 45, и транзисторы

3 и 18 подготавливаются к повторению цикла..

Аналогичным образом работают ключи 2 и 19. Так как управляющие импульсы, подаваемые на узлы 35 и 36 управления, сдвинуты друг относительно друга на полпериода, то ключи 2, 19 и 3, 18,работают .в противофазе, и на нагрузке формируется переменное напряжение.

Как видно из описания инвертора,. энергия для поддержания ключей в открытом состоянии поступает из коллекторной цепи силовых транзисторов, а от узла управления подается энергия только для первоначального открывания ключей. За счет такого построения инвертора отпадает необходимость применения узлов управления. Аналогично можно строить многофазные инверторы.

Таким образом, мостовой преобразователь содержит только два трансформатора тока вместо четырех, обеспечивает на нагрузке переменное напряжение с амплитудой, равной пол ному напряжению источника.питания, что приводит к более полному исполь зованию транзисторов по току и потребляет от узла управления малую мощность при большой выходной мощ» ности инвертора, т.е. имеет высокий КПД.

1128355, Фиа2

1 1

Составитель И. Никитин

Техред О.Ващншина Корректор М. Демчик

Редактор Т. Кугрцшева

Тиран 666 . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 9081/42

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