Преобразователь постоянного напряжения в постоянное

 

Преобразователь постоянного напряжения в постоянное используется во вторичных истсу-шиках питания. Цель изобретения - уменьшение динамических потерь энергии. Устройство содержит трансформатор (Тр) 4, регулирующий ключ (РК) 5 и вспомогательный ключ (ВК) 9. РК 5 и ВК 9 управляются синхронно и противофазно. В первый момент ток от положи . 1 W 11 S 2 тельной шины 1 замыкается через конденсатор 7 и через блокирующий диод (БД) 8. При этом РК 5 не проводит ток. Далее ток меняет свое направление и идет через БК 9, В момент изменения полярности сигналов на выходах задающего генератора 12 происходит запирание ВК 9 с задержкой . Введение дополнительного.конденсатора (ДК) 6 и логической схемы И 10 задерживает фронт нарастания напряжения на ВК 9 и фронт нарастания тока РК 5, чем обеспечивается. уменьшение динамических потерь. Уменьшение тока ВК 9 приводит к замыканию тока через ДК 6. Осуществляется разряд ДК 6, уменьшение напряжения на РК 5 и замедленный рост напряжения на ВК 9. Включение РК 5 блокируется схемой И 10. Для уменьшения потерь в ТР 4 включен дроссель 20, Узел запуска 21 обеспечивает первоначальный пуск с последующим отключением, 1з.п. ф-лы, 1 ил. 17 i (Л ю 1чЭ 4 СО ND

СООЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 4 Н 02 М 3/335

ВСРП = = 1" Я

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABT0PCH0MV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTMA (21) 3751 845/24-07 (22) 11.06.84 (46) 15.04.86. Бюл. № 14 (71) Московский ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции энергетический институт (72) А. Г. Поликарпов, Е.Ф. Сергиенко и В.М. Титкин (53) 621.314.1 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1107233, кл. Н 02 M 3/335,1982.

Электросвязь, 1982, № 7, с. 50-52. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО

НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ (57) Преобразователь постоянного напряжения в постоянное используется во вторичных источниках питания.

Цель изобретения — уменьшение динамических потерь энергии. Устройство содержит трансформатор (Тр) 4, регулирующий ключ (PK) 5 и вспомогательный ключ (ВК) 9. PK 5 и ВК 9 управляются синхронно и противофазно. В первый момент ток от положи-

„„SU„„1224921 А тельной шины 1 замыкается через конденсатор 7 и через блокирующий диод (БД) 8. При этом PK 5 не проводит ток. Далее ток меняет свое направление и идет через ВК 9. В момент изменения полярности сигналов на выходах задающего генератора 12 происходит запирание ВК 9 с задержкой. Введение дополнительного конденсатора (ДК) 6 и логической схемы

И 10 задерживает фронт нарастания напряжения на ВК 9 и фронт нарастания тока PK 5, чем обеспечивается, уменьшение динамических потерь.

Уменьшение тока ВК 9 приводит к saмыканию тока через ДК 6. Осуществляется разряд ДК 6, уменьшение напряжения на РК 5 и замедленный рост напряжения на ВК 9. Включение

PK 5 блокируется схемой И 10. Для уменьшения потерь в ТР 4 включен дроссель 20. Узел запуска 21 обеспечивает первоначальный пуск с последующим отключением. Тэ.п. ф-лы, 1 ил.

1 224921

3(2

Изобретение относится к электротехнике и наибольшее применение может найти во вторичных источниках питания.

Цель изобретения — уменьшение динамических потерь энергии.

На чертеже схематически предс.тавлен преобразователь постоянного напряжения в постоянное.

Между входными зажимами 1 и 2 10 последовательно включены первичная обмотка 3 трансформатора 4 и регулирующий ключ 5. Параллельно обмотке 3 подключен дополнительный конденсатор 6 и цепочка из последовательно соединенных конденсатора 7 и блокирующего диода 8. Параллельно диоду 8 включен вспомогательный ключ 9. Управляющие входы ключей 5 и

9 соединены соответственно с выходами логических схем И 10 и 11.Первые входы схем И 10 и 11 связаны каждый с одним из двух парафазных выходов задающего генератора 12, а другие через инверторы (на фиг.1 они изображены совместно со схемами 10 и 11) соединены с выходными зажимами ключей 5 и 9 соответственно. Вторичные обмотки 13 и 14 через выпрямители 15, 16 и LC -фильтр

17 и 18 подключены к выходу преобразователя с нагрузкой 19. Параллельно дополнительному конденсатору 6 может быть подключен вспомогательный дроссель 20. Узел запуска

3|

21 связан с управляющим входом регулирующего транзистора 5.

Преобразователь работает следующим образом.

В начале рассматривается работа схемы без учета вспомогательного дросселя 20. При этом предполагается, что емкость конденсатора 6 значительно меньше емкости конденсатора 7.Регулирующий 5 и вспо- 4 могательный 9 ключ управляются синхронно и противофазно. Поэтому в выключенном состоянии регулирующего ключа 5 на входах логических схем

10 и 11, связанных с выходами за- 50 дающего генератора 12, действуют сигналы, соответствующие логическому нулю и единице. В таком состоянии преобразователя энергия, накопленная в магнитном поле сердечника у трансформатора 4, передается в фильтр 17, 18 и нагрузку 1 9 через прямосмещенный выпрямительный диод

16. По первичной обмотке 3 трансформатора 4 и через конденсатор 7 на этом этапе работы протекает ток, закон изменения которого описывается выражением i.< = 6 1 (1-2 4/t„ ), где г — длительность паузы (время непроводящего состояния ключа 5).

3а положительное принято направление протекания тока 4 от положительной шины 1 к регулирующ,ему ключу 5. В первую половину указанного

1 промежутка времени ток L замыкается через блокирующий диод 8, во вторую меняет направление и замь1кается через включенный вспомогательный ключ 9. Величина h определяется разностью пульсаций тока намагничивания трансформатора 4 и пульсаций тока дросселя фильтра 17, при веденных к обмотке 3. Напряжения на конденсаторе /, имеющем относительно большую емкость, и конденсаторе 6 равны между собой и определяются выражением E p (< -,2 2, где

Š— величина входного напряжения,а относительная (к периоду7 ) длительность проводящего состояния ключа 5.

В момент изменения полярности сигналов на выходах задающего генератора 12 на выходе логической схемы 11, связанной с управляющим входом вспомогательного ключа 9, возникает сигнал логического нуля, что приводит к запиранию ключа 9.

Вслецствие неидеальности реальных ключевых элементов неизбежно существуют задержки выключения и конечные скорости -пада тока. Для уменьшения динамических потерь необходимо, задерживать фронт нарастания напряжения на вспомогательном ключе

9 и фронт нарастания тока регулирующего ключа 5. Эти процессы обеспечиваются наличием конденсатора

6 и логической схемы 10. Как следует из приведенного выражения, для I ток а L,t при выключе нии вс помо г ательного ключа 9 9.=t„) ток в первичной обмотке 3 трансформатора 4 .раве.н -л1 Уменьшение тока ключа 9

1 приводит к тому, что ток ь начинает замыкаться через цополнительный конденсатор 6, осуществляя разряд последнего, уменьшение напряжения на регулирующем ключе 5 и замедленный рост напряжения на ключе 9. Включение ключа 5 блокируется логической

1224921

55 схемой 10, на выходе которой, связанном с управляющим входом ключа

5, действует сигнал логического нуля до тех пор, пока напряжение на ключе 5 не уменьшится до нуля.

После этого на управляющем входе ключа 5 возникает сигнал логической единицы, так как на входе логической схемы 10, связанной с выходом задающего генератора 12, также действует сигнал, соответствующий логической единице. Реально время разряда конденсатора 6 всегда су1цественно меньше периода переключения 1.Вследствие этого можно считать, что ток в первичной обмотке 3 трансформатора

4 на этом этапе не изменяется. При включении вспомогательного ключа 9 ток его уменьшается практически по линейному закону1н= (" t/ 1 )> где некоторая эквивалентная постоянная времени ключа 9, а ток разряда конденсатора 6 в соответствии с уравнением Lg = h -ьз Й / .. Поэтому изменение напряжения на конденсаторе 6 описывается выражением h LJ = д 1 / LQ,и в момент t =1 это из

C менение составляет величинул1 .72с с

Отсюда по заданной величине ь Цс определяется емкость конденсатора 6.

Полное время разряда конденсатора

6 при этом составляет tpqyp =

= 1. t. (/(1-f) — LIñ, .)с,/41.

При очередной смене полярности сигналов на выходах задающего генератора 12, связанных с входами логических схем 10 и 11, возникают соответственно сигналы логического нуля и единицы. При этом на выходе схемы 10 появляется сигнал логического нуля, что приводит к эапиранию регулирующего ключа 5.Поскольку напряжение на конденсаторе 6 скачком не изменяется, напряжение на вспомогательном ключе 9 остается высоким, а на регулирующем ключе 5 — низким.

Следовательно на управляющем (инверсном) входе логической схемы 11 действует высокий потенциал, а на ее выходе — сигнал логического нуля.

Поэтому вспомогательный ключ 9 остается в выключенном состоянии до тех пор, пока не начнет проводить блокирующий диод 8. Это происходит тогда, когда напряжение на конденсаторе 6, заряжающемся током tcL обмотки 3, достигнет напряжения на конденсаторе 7, определяемого ве10

50 личиной Е $""/(4 — ) ), Если пренебречь потоками рассеяния трансформатора 4, то процесс изменения напряжения на конденсаторе 7 здесь описывается приведенными уравнениями.

Напряжение на дополнительном конденсаторе 6 при коммутациях ключей изменяется на величину F /(1-1).

Значение емкости конденсатора 6 зависит от скорости изменения тока при выключении ключей. При применении относительно низкочастотных ключей и при больших уровнях входного напряжения E в частности при работе преобразователя от выпрямителей промышленной сети переменного тока,изменение заряда на конденсаторе 6 достаточно велико. Поэтому величина тока Д1 также достаточно велика.

Следовательно, при одной и той же постоянной составляющей тока намагничивания трансформатора 4, определяемой током нагрузки, необходимо увеличивать пульсации тока намагничивания, что приводит к увеличению потерь в трансформаторе 4. С целью устранения этого параллельно дополнительному конденсатору 6 может быть включен дроссель 20. Поскольку по"тоянная составляющая напряжения на обмотке 3 трансформатора 4 за период работы 1 равна нулю, то дроссель 6 не имеет постоянного тока подмагничивания, а двойная амплитуда пульсаций тока в нем составляет величину Т/ L p > где L — индуктивность дросселя. При этом ток Ь! в приведенных выражениях должен быть увеличен на величину Е,1 T/2Lap.

Таким образом, рассмотрена установившаяся работа преобразователя.

В начальный момент включения преобразователя выходная цепь ключа 5 находится под высоким потенциалом.

Это препятствует прохождению включающего импульса от задающега генератора 12 через логический элемент

10 на управляющий вход ключа 5, поэтому для обеспечения первоначального включения ключа 5 узел запуска

21 формирует импульс, отпирающий указанный ключ. В дальнейшем работа схемы происходит по аналогично описанной, а узел запуска отключается.

Формула из обретения

1. Преобразователь постоянного напряжения в постоянное, содержащий

Составитель А. Селезнев

Редактор Н. Горват Техред И. Попович Корректор И МУска

Тираж 631 Подпис н ое

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 1959/54

Производственно-полиграфическое предприятие, г. ужгород, ул. Проектная,4

3 1 2249 трансформатор, первичная обмотка которого через регулирующий ключ подключена к входным зажимам, вторичные обмотки через выпрямители и LC -фильтр подключены к выходу, параллельно одной из обмоток трансформатора подключена цепочка из последовательно соединенных конденсатора и блокирующего диода, шунтированная вспомогательным ключом и задающий генератор с парафазными выходами, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью уменьшения динамических потерь энергии в ключах, параллельно упомянутой цепочке включен дополнительный конденсатор, выходы задающего генера21 Ь тора связаны с управляющими входами регулирующего и вспомогательного ключей через введенные логические схемы И, а выходы ключей подключены к входам соответствующих логических элементов И через инверторы, при этом управляющий вход регулирующего транзистора связан также с узлом запуска.

2. Преобразователь по п.1, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью уменьшения потерь в трансформаторе, параллельно дополнительному конденсатору включен вспомогательный дроссель.