Преобразователь постоянного напряжения

 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в электротехнике для питания РЭА при повьшенных входных напряжениях. -Цель изобретения - повышение надежности, КДЦ за счет снижения напряжения на транзисторных ключах преобразователя. Преобразователь постоянного напряжения в постоянное содержит два идентичных импульсных регулятора постоянного напряжения разной полярности, соединенные между собой последовательно по входу и выходу. Регуляторы содержат конденсаторы 1, 2 входного фильтра, конденсаторы 3, 4 выходного фильтра, обратные диоды 5 и 6, обмотки 7 и 8 сглаживающего дросселя 9, транзисторы 10 и 11i трансформаторы 12 и 13 с обмотками 14,16,19 и 15,17,20, . узел управления 18. Благодаря включению обмотки 19 трансформатора 12 первого импульсного регулятора в коллекторную цепь транзистора 11 второг о регулятора, а обмотки 20 трансформатора 13 последовательно с транзистором Ю первого импульсного регулятора, выключение и включение транзисторов происходит строго одновременно и тем самым устраняется основная причина неравномерного деления напряжения источника питания между импульсными регуляторамиразброс параметров транзисторов. 3 ил. л 00 со о 00 сх

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„Я0„„1390738 д1 (51)4 Н 02 И 3/335

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ/I „" т

Ф Дэу у

К А ВТОРСКОМ .Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Зь аж1 (21) 4 149585/24-07 (22) 21.11.86 (46) 23.04,88. Бкл. и 15 (71) Чувашский государственный университет им. И.Н.Ульянова (72) В.И.Костылев, Г.А.Белов, В.А.Баймулкин, В.П.Кудряшов и В.А.Строков (53) 621.314.57 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 884054, кл. Н 02 И 3/335, 1981.

Патент Японии Р 56-31146, кл. Н 02 И 3/06, 1981.

Белов Г.A., Агапов К.Г. и Крупкин В.П. Анализ последовательно соединенных двух импульсных регуляторов. — Устройство вторичных источников электропитания РЭА.

И., 1ЩНТП, 1976, с.117. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО

НАПРЯЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в электротехнике для питания РЭА при повышенных входных напряжениях. Цель изобретения — повышение надежности, К?Щ за счет снижения напряжения на транзисторных ключах преобразователя. Преобразователь постоянного напряжения в постоянное содержит два идентичных импульсных регулятора постоянного напряжения разной полярности, соединенные между собой последовательно по входу и выходу. Регуляторы содержат конденсаторы 1, 2 входного фильтра, конденсаторы 3, 4 выходного фильтра, обратные диоды 5 и 6, обмотки 7 и 8 сглаживаюшего дросселя 9, транзисторы 10 и 11, трансформаторы 12 и 13 с обмотками 14, 16, 19 и 15, 17,20, узел управления 18. Благодаря включению обмотки 19 трансформатора 12 первого импульсного регулятора в коллекторную цепь транзистора 11 второ..о регулятора, а обмотки 20 трансформатора 13 последовательно с транзистором 10 первого импульсного регулятора, выключение и включение транзисторов происходит строго одновременно и тем самым устраняется основная причина неравномерного деления напряжения источника питания между импульсными регуляторамиразброс параметров транзисторов.

3 ил.

1390738

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при разработке источников электропитания и электропривода.

Цель изобретения — повышение надежности и КПД преобразователя за счет снижения напряжения на транзисторных ключах. 10

На фиг. 1 приведена схема преобразователя постоянного напряжения понижающего типа; на фиг. 2 — то же, повьппающего типа; на фиг. 3 — то же, инвертирующего типа. 15

Преобразователь содержит первый импульсный регулятор положительной ( полярности и второй импульсный регулятор отрицательной полярности; Каждый из регуляторов соответственно содержит конденсаторы 1 и 2 входных фильтров, конденсаторы 3 и 4 выходных фильтров, обратные диоды 5 и 6, магнитосвяэанные обмотки 7 и 8 сглаживающего дросселя 9 выходного фильт-25 ра, имеющие равное число витков, транзисторные ключи 10 и 11, трансформаторы 12 и 13. Вторичные обмотки

14 и 15 трансформаторов 12 и 13 подключены к управляющим переходом 30 транзисторов 10 и 11„ вторичные обмотки 16 и 17 — к узлу 18 управления.

Третья обмотка 19 трансформатора 12 первого регулятора включена последовательно с транзис.торным ключом

11 второго регулятора, а третья обмотка 20 трансформатора 13 — последовательно с транзисторным ключом

10 первого регулятора. К входу преобразователя подключен источник.21 питания, а к его выходу — нагрузка

22. В узла 18 управления обмотки 16 и 17 трансформаторов 12 и 13 могут соединяться как параллельно, так и последовательно.

Преобразователь (фиг.1) работает следующим образом.

Узел 18 управления вырабатывает импульсы напряжения определенной частоты, длительность которых может регулироваться. Зти импульсы поступают одновременно на обмотки 16 и 17 трансформаторов 12 и 13 Предположим, что в рассматриваемый мо— мент времени полярность напряжений соответствует показаннойна фиг.1 без скобок. Такая полярность является отпирающей для транзисторных ключей

10 и 11. После перехода транзисторов 10 и 11 в насьпценное состояние обратные диоды 5 и 6 закрыты. В магнитном поле дросселя 9 происходит накопление электромагнитной энергии.

При подаче с узла 18 управления запирающих импульсов, полярность которых показана на фиг. 1 в скобках, транзисторы 10 и 11 закрываются.

Ток дросселя 9 замыкается через обратные диоды 5 и б, конденсаторы 3 и 4 и нагрузку 22. Поскольку числа витков обмоток 7 и 8 дросселя 9 одинаковы, а магнитная связь между ними выбирается высокой, то напряжения на них равны, что приводит к выравниванию напряжений на конденсаторах

3 и 4 выходных фильтров. При следующем включении транзисторов 10 и 11 (полярности напряжений на фиг. 1 без скобок) к конденсаторам входных фильтров 1 и 2 оказываются подключенными цепи, состоящие соответственно иэ обмотки 7 дросселя 9 и конденсатора 3 и обмотки 8 дросселя 9 и конденсатора 4. Так как напряжения на обмотках 7 и 8 дросселя 9 — остаются одинаковыми, а напряжения на конденсаторах 3 и 4 выравнены ранее, то выравниваются и напряжения на конденсаторах 1 и 2, т.е. они становятся равными половине напряжения источника 21 питания преобразователя. Таким образом, при последующем запирании транзисторов 10 и 11 и отпирании обратных диодов 5 и 6 напряжения на первых будут одинако— вы и равны половине напряжения питания.

Во включенном состоянии отпирающий ток базы транзистора 10 складывается иэ коллекторного тока транзистора 11, трансформируемого иэ обмотки 19 в обмотку 14 трансформатора 12, и из тока узла 18 управления, трансформируемого из обмотки 1б в обмотку 14 этого же трансформатора. Соответственно отпирающий ток базы транзистора 11 складывается из коллекторного тока транзистора 10 и тока узла 18 управления, трансформируемых в обмотку 15 трансформатора 13. На этапе запирания транзисторов токи баз их равны разности указанных токов, так как ток блока l8 управления меняет свое направление. Когда узел 1.8 управления вырабатывает запирающие импульсы (полярность их в

3 13907 скобках), транзисторы 11 и 12 начинают запираться. Допустим, что в транзисторе 12 процесс рассасывания закончился, и коллекторный ток.его начинает уменьшаться. Это приведет

5 к тому, что запирающий ток базы транзистора 11 начнет возрастать и он фврсирова»»но выключится. При этом до тех пор, пока процесс рас сасывания в транзисторе 11 не закончился, его коллекторньп» ток будет препятствовать выходу из насьпцения транзистора 10. Благодаря такому взаимному влиянию транзисторов друг 15 на друга спад коллекторных токов происходит практически одновременно и переразрядк;- конденсаторов 1 и 2 не происхо;ит, т.е. напряжекия на них остаются рав»»ь»ми половине напряжения питания преобразователя. Аналогично можно показать, что и при включении транзисторов их коллекторные токи изменяются одинаковым обра-, зом и деление напряжения на конден- 25 саторах 1 и 2 не нарушается.

Особо следует отметить то преимущество преобразователя, что равномерность деления напряжения сохраняется как при использовании в узле 18 30 управления параллельного соединения обмоток 16 и 17 трансформаторов 12 и 13, так и последовательного.

Благодаря рассмотренкому взаимному влиянию транзисторов друг на

35 друга, обусловленному введением третьих обмоток трансформаторов 12 и 13 и их включению, запаздывания с вь»ходом из насьпцения какого-либо из транзисторов не происходит. Больше того, последовательное соединение обмоток трансформаторов способствует выравниванию коллекторных токов транзисторов. Действительно, поскольку при последовательном сое45 динении токи обмоток 16 и 17 равны, то, следовательно, равны и токи обмоток 19 и 20, по сути коллекторные токи транзисторов 10 и 11 принудительно выравниваются с по50 мощью трансформаторов l2 и 13.

Преобразователи по фиг.2 и 3 работают практически аналогично рассмотренному. Точно так же в них выравнивание напряжений на конденсаторах 1 и 2 входных фильтров происходит на интервале включенного состояния транзисторов 10 и 11, а на конденсаторах 3 и 4 выходных

38

4 фильтров — на интервале выключенного. Что касается процесса выравнивания моментов включения и выключения транзисторов IO и 11 с помощью дополнительно введенных третьих обмоток 19 и 20 в трансформаторы

12 и 13 то он протекает полностью идентично рассмотренному, при этом положительный эффект достигается точно такой же, как и в преобразователе по фиг. I.

Таким образом, изобретение позволяет-распределить с большей точностью напряжение источника питания между последовательно соединенными импульсными регуляторами. Это исключает перегрузки транзисторных ключей по напряжению на всех этапах работы и при любой относительной длительности их включекного состояния. В результате существенно повышается надежность преобразователя, а также возрастает его К»Щ за счет уменьшения уравнительных токов.

Положительным фактором введения третьих обмоток в трансформаторы является также то, что их намагничивающую силу можно использовать для создания отпирающих токов баз транзисторов и тем самым снизить выходную мощность блока управлекия.

Ф о р м у л а изобретения

Преобразователь постоянного напряжения, содержащий последовательно соединенные по входу и выходу импульсные регуляторы разной полярности, каждый из которых состоит из входного емкостного фильтра, к которому подключен силовой переход транзистора, и вь»ходкого,индуктивно-емкостного фильтра с обратным диодом ка входе, причем управляющие переходы транзисторов подключены к вторичным обмоткам соответственно первого и второго трансформаторов, первичные обмотки которых подключены к выходам узла управления, а обмотки дросселей выходных фильтров связаны магнитно, отличающийся тем, что, с целью повьппения КПД, надежности, упомянутые трансформаторы снабжены третьими обмотками, каждая из которых включена между силовым переходом транзистора и входом выходного фильтра другого регулятора.

1390738

Составитель И.Никитин

Техред а.Кравчук

Корректс ор Г.Решетник

Редактор В.Данко

Заказ 1779/53

Тираж 665 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4