Преобразователь постоянного напряжения в постоянное

 

.Изобретение относится к электротехнике , к преобразователю постоянного напряжения в постоянное Цель изобретения - повышение надежности путем исключения сквозных токов в диодах выпрямителя о Преобразователь содержит N янеек 2, узел задержки 3, усилитель мощности 4, выходной трансформатор 7, фильтр 13, выпрямитель 5, конденсаторы 10,11о Дроссель 12 выполнен двухобмоточнымо Включение обмоток дросселя 12 позволяет устранить сквозные Включение конденсаторов 10 и 11 понижает уровень помех за счет образования колебательного контура , 2 з„п„ ф-лы, 3 ил.

ИИ!Е

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H т рС О@ ca pexea cxev

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3890622/24-07 (22) 29,04.85 (46) 07,05.88. Бюл. Я 17 (71) Львовский политехнический институт им. Ленинского комсомола (72) Л.А.Дубицкий, Б.И.Швецкий, Ю.А.Нарежный и Г.Л.Тымчук (53) 621 .314.57 (088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 736290, кл, Н 02 M 3/335, 1978.

Авторское свидетельство СССР

У 756385, кл. Н 02 M 3/335, 1978. (54) ПРEOSPA30aATEI1h nOCmSrHHOrO

НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ (57).Изобретение относится к электро„„SU„„1394357 А 1 (51)4 Н 02 М 3/335 технике, к преобразователю постоянного напряжения в постоянное. Цель изобретения †. повышение надежности путем исключения сквозных токов в диодах выпрямителя, Преобразователь содержит N ячеек 2, узел задержки 3, усилитель мощности 4, выходной,трансформатор 7, фильтр 13, выпрямитель

5, конденсаторы 10,11. Дроссель 12 выполнен двухобмоточным. Включение обмоток дросселя 12 позволяет устранить сквозные токи". Включение конденсаторов 10 и 11 понижает уровень помех за счет образования колебательного контура. 2 s,ï. ф-лы, 3 ил, 1394357

Изобретение о-носится к электротехнике, в частности к вторичным источникам литания радиоэлектронной аппаратуры.

Цель изобретения — повышение надежности путем исключения "сквозных токов" в диодах выпрямителя.

На фиг,l приведена структурная схема предлагаемого устройства, íà 10 фиг.2 — вариант реализации узла задержки при п=2; на фиг.Ç вЂ” временные диаграммы напряжений и токов при n=2

Устройство (фиг.l) содержит задающий генератор 1 и 2,1-2.п ячеек,каж- 15 дая иэ которых включает последовательно соединенные узел 3 задержки, усилитель 4 мощности и выпрямитель 5, Усилители 4 выполнены на силовых транзисторах 6 и через экранирован- 20 ные выходные трансформаторы 7, обмотки которых вместе с транзисторами соединены с выходными шинами 8 и 9 и конденсаторами 10 и 11, подключены к дросселям 12, включенными между кон-25 денсаторами 11 и дополнительными конденсаторами 13, а также входом выпрямителей 5, выходы которых объединены в шины 14, образующие совместно с шинами 15 нулевого потенциала источ- 30 ники входных напряжений.

Вариант реализации узла 3 задержки, при п=2, приведенный на фиг.2, включает в себя делитель 16 частоты, соединенный с задающим генератором селекторы-элементы И 17, подключенные к делителю 16 частоты, формирователи 18 управляющих импульсов (например, ключи ), подключенные к выходам селекторов 17.

Работа устройства при количестве ячеек n=2. Для этого случая на фиг.3 приведены временные диаграммы напряжений и токов в характерных точках схемы, где: а-r - напряжение сигналов на входах усилителей мощности, д-з — напряжения на выходах усилителей мощности; и-м — токи силовых транзисторов усилителей мощности „ и-о — напряжения на выходах усилителей мощности, если оставить работающей одну ячейку (n=l);

55 п,р — токи силовых транзисторов, если оставить одну ячейку; с,т,ф — напряжения на дросселях; у,ц — токи дросселей.

Задающий генератор 1 и узлы 3 задержки образуют последовательности, II задержанные на — (— ) друг относительи 2 но друга {фиг.3 а-г). Эти последовательности коммутируют силовые транзисторы 6, навязывал устройству рабочий цикл. Рассмотрим для простоты работу устройства беэ нагрузки, По заднему фронту импульсов любой из последовательностей, например (фиг.3a) запирается соответствующий силовой транзистор, Ток, соответствующий магнитному потоку, накопленному эа вреЪ

Л мя вЂ, в соответствующей полуобмотке трансформатора 7 (фиг.Зи) теперь, не находя другой цепи, производит заряд конденсатора 10 и 11 (и всех пара эитных емкостей-транзисторов, трансформатора), формирует положительный фронт на коллекторе данного транэисто" ра (фиг.Зд). Соответствующий фронт, но противоположной полярности, образуется на коллекторе другого транзистора (фиг.Зе), образующего с данным пару, Фронты являются частью колебательного процесса (фиг.Зд, штриховая линия), развитию которого препятствует включение другого транзистора, Включение его производится самим про". цессом без воздействия управляющего сигнала извне и происходит при изменении коллекторного напряжения тран=: зистора на напряжение другого знака.

Транзистор включается инверсно и находится в насыщении (для транзисторов не допускающих инверсного включения при больших токах, параллельно следует включать диоды ) до тех пор, пока ток, накопленный в полуобмотке, не упадет до нуля (фиг.Зк), После этого транзистор должен бып бы запереться, а колебательный процесс вновь бы развивался (фиг.Зд, штриховая линия). Транзистор, однако,не запирается, а продолжает находйться в насыщении благодаря поступлению на его базу сигнала (Зб), приходящего несколько ранее. Ток в данной полуобмотке падает до нуля, а затем увеличивается в противоположном направлении (фиг.Зк), не влияя на форму коллекторного напряжения. Рост осуществляется до поступления заднего фронта последовательности (фиг.Зб), запирания другого транзистора, и процесс повторяется.

13943

Таким образом, транзисторы не участвуют ь коммутации мощности. Включение транзисторов производится в соответствующие моменты колебательным процессом. Изменение токов и напря5 жений производится без влияния активных элементов — транзисторов, а только пассивными элементами: индуктивностями трансформаторов.7, конденсаторами 10 и 11 и паразитными емкостями транзисторов 6, обмоток трансформаторов, монтажа, т.е. тем, что образует колебателвный контур.

Отсюда следует, что уровень излучае-, мых помех определяется элементами и конструкцией колебательного контура и скоростью протекания колебательного процесса. Поскольку процессы в устройстве ограничены колебательным контуром, а элементы контура конструктивно четко определены локализация излучаемых помех не вызывает технических трудностей. Серьезно облегчает задачу возможность снижения скорости 25 протекания колебательного процесса.

Фронты коллекторных напряжений могут быть доведены соответствующим выбором величины конденсаторов 10 и 11 до веИ личин — без всякого влияния на КПД

2 устройства. Таким образом, частота, на которой работает устройство, может быть значительно увеличена по сравнению с известным устройством, 35

Работа под нагрузкой не оказывает влияния на коллекторные напряжения транзисторов. Для понимания работы рассмотрим вначале простой случай— работу устройства, построенного на 40 одной ячейке (n=l). Теперь еще до пос- тупления импульса (фиг.Зб,а) ток, sапасенный в полуобмотках за время; действия импульса (фиг.Зп-p), упадет до нуля, вызывая деформацию плоской

45 вершины импульса коллекторного напряжения (фиг.Зн,о ) . Включение силового транзистора теперь создает крутой перепад напряжения на коллекторе.

Генерируется помеха, вызванная ком50 мутацией мощности, произведенной транзистором, Введение второй ячейки устраняет данный недостаток, Так как включение силового транзистора данной ячейки производится непосредственно за выключением транзистора первой.

55 питание нагрузки за время действия импульсов Зв будет производиться от второй ячейки, а колебательный про57

4 цесс в первой ячейке будет развиваться без деформации траектории. Токи в полуобмотках приведены на фиг,Зл,м.

Рассмотренная структура сохраняет . свои свойства в широком диапазоне нагрузок: от полного сброса до максимапьной и может быть применена в качестве конверторов малой и средней мощности, Увеличение отдаваемой мощности связано с увеличением рабочих токов через диоды выпрямителей. А это, в свою очередь, приводит к воз", никновению сквозного тока через выключающийся диод. Растут помехи, и это является препятствием дальнейшему увеличению отдаваемой мощности. Увеличение числа п-ячеек, хотя и эффективно, но приводит к ухудшению массогабаритных показателей. Применение дросселей 12 и конденсаторов 13 позволяет устранить сквозные токи.

По заднему фронту импульсов любой из последовательностей, например

За, запирается транзистор. Так, накопленный из обмоток дросселя (фиг.Зу,ц), не находя цепи, вместе с током полуобмотки трансформатора перезаряжает конденсаторы 10 и ll u все паразитные емкости, формируя положительный фронт коллекторного напряжения данного транзистора (фиг.Зд).

Соответствующий фронт, но противоположной полярности, формируется на коллекторе другого транзистора (фиг.3e), образующего с данным пару.

Как и ранее, после изменения знака коллекторного напряжения на противоположный, транзистор открывается, препятствуя дальнейшему изменению коллекторных напряжений. Теперь обмотка дросселя оказывается под обратным напряжением (фиг.Зс,т,ф,х), и ток s дросселе начинает падать. После достижения током нуля другой транзистор должен бып бы запереться, но ток, накопленный в полуобмотках трансформатора, удерживает его в насыщенном состоянии. Диаграммы коллекторных напряжений остаются, таким образом, без изменений. Напряжение до и после дросселя представлены соответственно на фиг.Зс,ф,т,х. Уменьше» ние тока в дросселе — это и уменьшение тока выпрямительного диода.

Равенство тока нулю вызывает запирание диода. Одновременно изменяется напряжение после дросселя (фиг.Зт,х).

Изменение напряжения индуцирует про1394357 тивоположное напряжение на второй обмотке дросселя.

Полярность напряжения такова, что открывается второй диод выпрями5 теля, а вторая обмотка начинает накапливать ток. После запирания второго транзистора процесс повторяется ° Диоды выпрямителя, под каким бы напряжением не находились, включаются плавно спадающим током и оказываются одновременно выключенными. Этим устраняются сквозные токи и снижаются помехи от увеличения отдаваемой мощности. Соответствующим выбором величины конденсатора 13 можно довести фронт напряжения на диодах до

Н

- без всякого влияния на КПД и еще

2 понизить уровень помех, 20

Влияние дросселя на колебательный процесс ничем не отличается от влияния полуобмоток трансформатора. теперь они совместно формируют траекторию рабочего цикла. Снижение помех 25 может быть получено при использовании в качестве дросселей 12 индуктивности рассеяния трансформатора 7.

Необходимая величина индуктивности находится соответствующим выбором 30 моточных данных трансформатора и его конструктивным исполнением.

Уменьшение уровня излучаемых помех удается достигнуть за счет полного устранения сквозных токов, режимов вынужденного включения транзисторов, 35 за счет возможности доведения фронтов импульсов напряжения на силовых транзисторах до — без ухудшения КПД.

tt

Формула изобретения

1, Преобразователь постоянного напряжения в постоянное, содержащий по меньшей мере две ячейки, каждая иэ которых содержит усилитель мощности с выходным трансформатором, во вторичную обмотку которого включены двухполупериодный выцрямитель со средней точкой и фильтр„ дроссель которого включен последовательно в одну выходную шину, а конденсатор соединен первой обкладкой с выводом дросселя и второй обкладкой — с другой выходной шиной, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности путем исключения "сквозных" токов в диодах выпрямителя, введен узел задержки В каждую ячейку, а дроссель выполнен двухобмоточным, причем обмотки дросселя включены встречно, а каждая из обмоток включена между свободным концом вторичной обмотки выходного трансформатора и диодом выпрямителя, узлы задержки соединены последовательно между со" бой и последовательно с усилителем мощности

2. Преобразователь по п.1, о тл н ч а ю шийся тем, что, с целью уменьшения уровня помех путем бестокового переключения полупроводниковых ключей, обмотки выходного трансформатора шунтированы конденсатором, образующим LC-контур.

3, Преобразователь по пп.1 и 2, отличающийся тем, что индуктивность рассеяния выходного трансформатора использована в качестве индуктивности LC-контура.

1394357

Узел за3ержки фиь. 2

1394357

РОГ. д

Составитель Н,Цишевская

Редактор В.Бугренкова Техред М.Дидык Корректор А.Обручар Заказ 2232/52 Тираж 665 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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