Двухтактный преобразователь постоянного напряжения в постоянное

 

Двухтактный преобразователь постоянного напряжения в постоянное - используется для преобразования в напряжение другого уровня. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем обеспечения работоспособности преобразователя в широком диапазоне изменения нагрузки вплоть до холостого хода при постоянстве частоты. Преобразователь содерямт силовые транзисторы (Т) 1, 2 и выходной трансформатор (Тр) 5, соединенные по схеме

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (!9) ГИ) цц 4 Н 02 M 3/337

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPbfAO

KF(()N 1-" "

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ П,",.;,,:, К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ъ|ЬЛИОТ " (21) 3817183/24-07 (22) 29. 11 ° 84 (46/ 23.03.86. Бвл. Ф 1.1 (72) И.И.Филиппов (53) 621.314.58(088.8) (56) Ромам Э.И. Истонники вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры. — М.: Радио и связь, 1981, с. 187, рис. 9-11.

Авторское свидетельство СССР

В 955434, кл. Н 02 М 3/335, 1982.

Глебок Б.А. Магнитно-транзисторные преобразователи напряжения для питания P3A. — М.: Радио и связь, 1981, с. 71, рис. 4 7. (54) ДВУХТАКТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЪ

ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ (57) Двухтактный преобразователь постоянного напряжения в постоянное используется для преобразования в напряжение другого уровня. Цель изобретения — расширение функциональных возможностей путем обеспечения работоспособности преобразователя в широком диапазоне изменения нагрузки вплоть до холостого хода при постоянстве частоты. Преобразователь содержит силовые транзисторы (Т) 1, 2 и выходной трансформатор (Тр) 5, соединенные по схеме

Ф

12200 со средней точкой. Коллекторы Т 1 и

Т 2 соединены через обмотки I5, 16 первого дросселя (ДР) 17 и через первичные обмотки 18, 19 управляющего трансформатора тока (ТТ) 20 с первичными полуобмотками 12, 13, Тр 5 и фазосдвигающим конденсатором (ФК) 21.

Введение (ТТ) 20 и второго дросселя (ДР) 22 обеспечивает включение Т 1, Т 2 при нулевых эначе78 ниях тока и напряжения, т. е. выделяемая мощность отсутствует.

Необходимым условием- нормальной работы преобразователя является перезарядка ФК 21 до двойного напряжения к моменту изменения направления тока через ДР 17, который достигает величины тока через

ДР 22, и их суммарный ток равен нулю. 2 ил .

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано во вторичных источниках электропитания для преобразования постоянного напряжения повышенного уровня в переменное или в постоянное другого уровня.

Цель изобретения — расширение функциональных воэможностей путем обеспечения работоспособности устройства в широком диапазоне изменения нагрузки вплоть до холостого хода при постоянстве частоты преобразования.

15

На фиг. 1 приведена схема устройства ; на фиг. 2 — временные диаграммы, поясняющие его работу.

Устройство содержит силовые транзисторы 1, 2, шунтированные обрат- щ ными диодами 3, 4, выходной трансформатор 5, вторичные полуобмотки

6, 7 которого через выпрямительные диоды 8, 9 и сглаживающий фильтр

10 подключены к нагрузке 11, об- 25 щий вывод первичных полуобмоток 12, 13 подключен к первому входному выводу для подключения источника 14 питания, а их крайние выводы через обмотки 15, 16 первого дросселя 17 и через первичные обмотки 18, 19 управляющего трансформатора тока

20 — к коллекторам транзисторов

1, 2, фазосдвигающий конденсатор.

21, второй дроссель 22, точка

35 объединения полуобмоток 23, 24 которого подключена к первому входному выводу, а их крайние выводы подключены к точкам соединения обмоток 15, 16 первого дросселя 17 с первичными обмотками 18, 19 управляющего трансформатора тока 20, вторичные отбмотки 25, 26 которого подключены соответственно к управляющим переходам транзисторов 1, 2, а управляющая обмотка 27 — к узлу 28 управления.

Устройство работает следующим образом.

До момента времени, в проводящем состоянии находится транзистор 1, конденсатор 21 заряжен до двойного напряжения питания (2Е) с полярностью, указанной на фиг. 1 без скобок. В дросселе 22 происходит накопление электромагнитной энер гии эа счет протекания возрастающего по величине тока полуобмотки 23.

Ток нагрузки протекает через диод 9 и полуобмотку 7 трансформатора 5 (фиг. За) .

В момент времени, сигналом с узла 28 управления силовой транзистор 1 запирается, отключая первичный источник 14 от преобразователя. Ток, протекающий через транзистор 1, переключается в конденсатор 21, разряжая его. Разрядный ток конденсатора 21 замыкается через первичные полуобмотки 12, 13 трансформатора 5 и полуобмотки

23, 24 дросселя 22 (фиг. 3S).

Вследствие того, что ток нагрузки, протекающий через полуобмотку 7, до и после момента времени 1 остается неизменным из-за наличия дросселя фильтра 10, а также, исходя из равенства ампер-витков первичной и вторичной цепи трансформатора 5, ток, протекающий.по обоим полуобмоткам

12, 13 после момента времени 10, 1220078 имеет величину в два раза меньшую, чем ток, протекающий только по полуобмоткам 12 до момента времени 1

Также, исходя из условия равенства ампер-витков до и после момента времени 1, значения тока дросселей 17 и 22, протекающее соответственно по обмоткам 15, 16 и полуобмоткам

23, 24, имеют величины в два раза меньшие. Под действием напряжения конденсатора 21, приложенного к дросселю 22, происходит дальнейшее нарастание его тока, а ток в обмотках трансформатора 5 и дросселя 17 остается неизменным.

Скорость нарастания напряжения на запирающемся транзисторе 1 равна скорости спада напряжения на конденсаторе 21.

Спадание тока через запирающийсясиловой транзистор происходит при малом коллекторном напряжении.

Следовательно, динамическая мощ.ность, выделяемая на транзисторе или его запирании, будет незначительной. Соответствующим выбором емкости конденсатора 21 можно практически полностью устранить эти потери.

После разряда конденсатора 21 в момент времени < происходит его перезаряд до напряжения, равного двойному значению напряжения питания (2Е), с полярностью, указанной на фиг. 1 в скобках. Перезаряд конденсатора 21 осуществляется за счет энергии, накопленной в дросселях 17 и 22, и длится до момента времени (фиг. Зб). К дросселю 22 и к последовательно соединенным дросселю

17 и первичной обмотке трансформатора 5 прикладывается напряжение конденсатора 21 с противоположной полярностью, чем до момента времени

В результате отпирается диод 8 и по нему начинает протекать возрастающий по величине ток. Вторичные полуобмотки 6, 7 трансформатора 5 закорочены открытыми диодами 8,9, при этом ток диода 9 уменьшается, а сумма токов диодов 8, 9 равна току нагрузки 11. Напряжение конденсатора

21 полностью приложено к обмоткам

15, 16 .дросселя 17. В результате ток, протекающий по этим обмоткам, уменьшается, также уменьшается ток и в дросселе 22.

45 тельно, динамическая мощность,. выделяемая на транзисторе, при включении практически отсутствует.

В момент времени 1 ток через обмотку 16 дросселя 17 и через пер-.

50 вичную полуобмотку 13 трансформатора 5 достигает приведенного значения тока нагрузки 1 1. Через диод 8 ! начинает протекать весь ток нагруз,ки, а ток диода 9 становится равным

55 нулю.

На диаграмме (фиг. 2е) показано, что переход тока с одного диода выпрямителя на другой осуществляется

1О

После окончания процесса перезаряда конденсатора 21 в момент вре- мени 1 происходит отпирание диода

4 и оставшаяся электромагнитная энергия дросселей 17 и 22 возвращается в первичный источник 14 (фиг. Зг). Ток дросселя 22 переключается в полуобмотку 24, а ток дросселя 17 — в обмотку 16 и через первичную полуобмотку 13 трансформатора 5 замыкаются на первичный источник 14, при этом значения токов дросселей ступенчато увеличиваются в два раза.

В момент времени 15 ток дросселя 17 достигает нулевого значения и ток первичных полуобмоток 12, 13 трансформатора 5 также равен нулю.

Токи вторичных полуобмоток 6, 7 этого грансформатора равны по величине и противоположно направлены.

Далее, под действием напряжения Е первичного источника 14 происходит нарастание тока через обмотку 16 дросселя 17 в противоположном направлении (фиг. З ).

В момент времени 1 4 ток дросселя 17 достигает значения тока дросселя 22 и ток через диод 4, а следовательно, и.через первичную обмотку 19 управляющего трансформатора тока 20 становится равным нулю. Нулевой сигнал, снимаемый с управляющей обмотки 27 трансформатора 20, поступает на вход узла 28 управления, который в свою очередь отпирает транзистор 2 и по нему начинает протекать возрастающий по велИчине ток (фиг. 3e).

Таким образом, включение силового транзистора происходит при нулевом значении протекающего через него тока и нулевом значении приложенного к нему. напряжения., Следова1220078

5 на интервале времени, — 1, при этом переход тока осуществляется плавно без сквозных токов и суммарный ток диодов на этапе переключения не превышает значЕния тока нагрузки. Вследствие плавного уменьшения тока на запирающемся диоде за интервал времени — 6 неосновные носители в теле диода успевают частично рекомбинироваться и 10 время восстановления запирающих свойств диода резко уменьшается.

Скорость изменения тока в диодах определяется скоростью изменения тока дросселя 17 под действием напряжения конденсатора 21, так как в интервале времени переключения тока в диодах силовой трансформатор 5 работает в режиме -трансформатора тока. 20

На интервале времени < — 4 через транзистор 2 протекает ток нагрузки и спадающий по величине ток дросселя 22 (фиг. Зм). В момент вре- 25 мени 1 ток дросселя 22, протекающий по полуобмотке 24, достигает нулевого значения и начинает протекать в другом направлении, возрастая по величине.. В момент времени у сигналом с узла 28 управления запирается транзистор 2 и далее происходит аналогичный процесс.

В режиме холостого хода или близких к нему режимах работы разряд и перезаряд конденсатора 21 осуществляются за счет энергии дросселя 42,при этом скорость изменения напряжения на конденсаторе будет происходить мед40 леннее, при отсутствии составляющеи тока 1» и переключение транзисторов будет происходить также без динамических потерь. Необходимым условием нормальной работы устройства является то, что конденсатор 21 должен

45 успеть перезарядиться до двойного

1 напряжения питания (до 2Е) к моменту времени, когда изменивший направление ток дросселя 17 достигает значения тока дросселя 22 и их суммарный ток достигает нулевого значения. В другом случае конденсатор не переэарядится до напряжения, равного 2Е, и включение трансформаторов происходит с динамическими потерямие

Устройство нормально работает и на емкостной фильтр.

Выбор индуктивности дросселей

17, 22 и емкости конденсатора 21 производится при минимальном значении емкости конденсатора, которое выбирается иэ допустимой мощности, рассеиваемой в трансформаторах при выключении,при. этом индуктивность дросселя 22 выбирается из условия, чтобы резонансная частота контура, образованная совместно с конденсатором 21, несколько превышала частоту преобразования, при этом амплитудное значение тока через дроссель 22 не превышает 10 — 257 приведенного номинального значения тока нагрузки, кроме того, индуктивность дросселя 17 рассчитывается иэ условия ограничения скорости изменения тока в диодах выпрямителя и условия перезаряда конденсатора 21 при номинальной нагрузке.

Формула изобретения

Двухтактный преобразователь постоянного напряжения в постоянное, соцержащий выходной трансформатор, вторичная обмотка которого подключена к нагрузке через выпрямитель и сглаживающий фильтр, первичная обмотка средним выводом соединена с первым входным выводом, а крайними выводами подключена к первым выводам двух обмоток первого дросселя, зашунтированные обратными диодами силовые транзисторы, соединенные эмиттерами с вторым входным выводом, фазосдвигающий конденсатор, подключенный к коллекторам силовых транзисторов, узел управления, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения его работоспособности в широком диапазоне изменения нагрузки при неизменной частоте преобразования, он снабжен трансформатором тока и вторим дросселем, обмотка которого средним выводом соединена с первым входным выводом, а крайними выводами — с вторыми выводами обмоток первого дросселя, соединенными с коллекторами силовых транзисторов через первичные обмотки трансформатора тока, вторичные обмотки которого подключены к управляющим входам силовых транзисторов, а управляющая обмотка — к узлу управления.

1220078

Редактор Н.Гунько

Заказ 1329/58 Тираж 631 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Составитель Т.Ершова

Техред Л.Олейник Корректор О.Луговая

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