Двухтактный преобразователь постоянного напряжения

 

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в источниках вторичного электропитания . Цель - повышение надеж нести путем снижения перегрузки транзисторов по току, а изоляции трансформатора по напряжению. Двухтактный преобразователь постоянного напряжения содержит два силовых транзистора 1, 2,. шунтированньпс обратными диодами 5, 6, база-эмиттерные переходы которых присоединены к вторичным обмоткам 11, 12, 13, 14 управляющего трансформатора 8 и трансформатора тока 9. Первичные обмотки обоих трансформаторов связаны с выходами блока управления . При переключении силовых транзисторов 1, 2 от выводов двух полярного источника напряжения через выходные выводы протекает переменный ток, величина которого в любые моменты времени ограничена дросселем 17. При этом для огранич1ения возникающих перенапряжений при резонансных свойствах нагрузки величина напряжения на выходном .выводе, подключенном к дросселю 17, ограничивается с помощью дополнительных диодов 15, 16. 3 ил. (Л с

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

ЩаЪ6ЛИН цр 4 Н 02 И 7/5387

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

fM ИЗО6РЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4174382/24-07 (22) 05.01.87 (46) 23.03.89. Бюл. И 11 (72) А.Г.Кроз, А.В.Дегтярев, И.M.Зильберштейн и В.Л.Федоров (53) 621.314.58 (088.8) (56) Заявка Великобритании

N 2045550, кл. Н 02 N 3/335, 29.10.80.

Патент США Р 4017784, кл. Н 02 M 3/335, 12.04.77.

Авторское свидетельство СССР

Р 547018, кл. Н 02 H 7/537, 04.08.66. (54) ДВУХТАКТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к области

Э электротехники и может быть использовано в источниках вторичного злектропитания. Цель — повышение надежности путем снижения перегрузки тран- . зисторов по току, а изоляции трансÄÄSUÄÄ 1467719 А 1 форматора по напряжению. Двухтактный преобразователь постоянного напряжения содержит два силовых транзистора

1, 2,.шунтированных обратными диодами 5, 6, база-эмиттерные переходы которых присоединены к вторичным обмоткам 11, 12, 13, 14 управляющего трансформатора 8 и трансформатора тока 9.

Первичные обмотки обоих трансформаторов связаны с выходами блока управления. При переключении силовых транзисторов 1 2 от выводов двух полярного источника напряжения через выходные выводы протекает переменный ток, величина которого в любые моменты времени ограничена дросселем

l7. При этом для ограничения возникающих перенапряжений при резонансных свойствах нагрузки величина напряжения на выходном .выводе, подклю" ченном к дросселю 17, ограничивается с помощью дополнительных диодов 15, 16. 3 ил.

1467719

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в источниках вторичного электропитания систем радиотехники, автоматики и вычислительной техники.

Цель изобретения — повышение на= дежности двухтактного преобразователя постоянного напряжения путем снижения перегрузок транзисторов по то- 10 ку, а изоляции трансформатора по напряжению.

На фиг.1 и 2 приведена электрическая схема двухтактного преобразователя постоянного напряжения, на 15 фиг.3 — диаграммы напряжений и токов. Двухтактный преобразователь постоянного напряжения содержит два сило.. .. вйх транзистора 1 и 2, присоединенных к выводам 3 и 4 двухполярного источника напряжения, два обратных диода

5 и 6, блок 7 управления, связанный с трансформатором 8 управления и трансформатором 9 тока, первичная обмотка 10 которого подключена к об-. 25 щей точке соединения-силовых транзисторов 1 и 2, а вторичные его обмотки 11 и 12 соединены последовательно с .соответствующими обмотками 13 и 14 трансформатора 8 управления и включены во входные цепи силовых транзисторов 1 и 2.

В преобразователь введены дополнительно два диода 15 и 16 и дроссель

17, при этом дополнительные диоды 15 и 16 соединены согласно в последова- 35 тельную цепь, которая подключена в обратной полярности к выводам 3 и 4 двухполярного источника напряжения, а конец первичной обмотки 10 трансформатора 9 тока соединен через, 40 дроссель 17 с точкой соединения дополнительных диодов 15 и 16, которая является выходом преобразователя. ,j3 блоке 7 управления (фиг.2) транзисторы 18 и 19 с тpaнсфоpматоpoмg5

8 управления образуют двухтактный предварительный усилитель. Управляющие входы транзисторов 18 и 19 соединены с выходами задающего генератора 20, а к их коллекторам подключены 5О вспомогательные обмотки 21 и 22 трансформатора 9 тока через диоды 23 и 24.

Нагрузкой преобразователя является, например, высоковольтный транс форматор, упрощенная эквивалентная схема которого учитывает суммарную индуктивность рассеяния обмоток и паразитную емкость вторичной .обмотки трансформатора.

Преобразователь работает следующим образом, От задающего генератора 20 на базы транзисторов 18 и 19 поступают напряжения прямоугольной формы, под действием которых транзисторы 18 и 19 поочередно отпираются и запираются в противофазе. На обмотках 13 и 14 трансформатора 8 управления формируются двуполярные импульсы со сдвигом по фазе на полпериода, и отпирающиеся транзисторы 18 и 19 через диоды 23 и

24 поочередно шунтируют вторичные обмотки 21 и 22 трансформатора тока 9.

При этом в базовых цепях силовых транзисторов 1 и 2 поочередно действуют суммарные отпирающий и запирающий сигналы от обмоток 13 и 14 трансформатора 8 управления и обмоток 11 и 12 трансформатора 9 тока, что обеспечивает переключение силовых транзисторов 1 и 2 с частотой, равной частоте задающего генератора, причем отпирающие базовые токи силовых транзисторов примерно пропорциональны току нагрузки.

Переменное напряжение прямоугольной формы с амплитудой, примерно равной напряжению источника питания, от общей точки силовых транзисторов

1 и 2 поступает через первичную обмотку 10 трансформатора 9 тока, дросt сель. 17 и повышающий трансформатор с. эквивалентными параметрами L, Сд на нагрузку Rq, При большом токе нагрузки процессы в контуре, образованном дросселем, повышающим трансформатором и нагрузкой, имеют аппериодичес=. кий характер. Амплитуда напряжения на нагрузке не превышает напряжения питания и дополнительные диоды 15 и 16 не отпираются и практически не влияют ;на работу устройства. При-малых токах нагрузки процессы в контуре имеют колебательный характер и амплитуда напряжения на .нагрузке инвертора превышает напряжение питания, что сопровождается превышением вы-. ходного напряжения. При этом в момент времени (t» фиг. 2), когда напряжение на выходе инвертора (Uqz,„ ) достигает величины напряжения питания, отпираются дополнительные диоды 15 или 16 в зависимости от полярности напряжения на выходе, а ток дросселя (iдр) в эти моменты времени достигает наибольшего значения. В каждом полупериоде можно выделить три этапа. В

14677!9 момент времени, предшествующий переключению cHJIOBbIx транзисторов 1, 2, ток дросселя 17 замыкается через открытый силовой транзистор, первичную обмотку трансформатора 9 тока и дополнительный диод, соединенный с открытым силовым транзистором, нагрузка подключена к соответствующему источнику питания через открытый допол- 1ð нительный диод и индуктивность рассеяния, ток дросселя 17 больше тока нагрузки. На первом этапе после переключения силовых транзисторов (to) ток дросселя 17 сохраняет направление 15 и протекает через дополнительный диод, источники питания и обратный диод, энергия, накопленная в дросселе, возвращается в источник питания, ток дросселя 17 уменьшается. Этот этап 2д заканчивается, когда ток дросселя 17 становится равным току нагрузки .(t<) . и ранее открытый дополнительный диод запирается. С этого момента начинается этап перезаряда емкости С, при- 25 водящий к изменению полярности напря.жения на выходе инвертора и на нагрузке. В процессе перезаряда ток дросселя уменьшается до нуля и начи. нает нарастать в противоположном нап"ЗО равлении. B момент перехода тока дросселя через ноль (t>) запирается блокирующий диод и далее ток проте-. кает через открытый силовой транзистор. Когда напряжение на емкости CII становится равным напряжению источ35 ника питания, открывается дополни-.тельный диод, соединенный с открытым силовым транзистором, и этан перезарядки заканнивается (tg) В этот мо 4р мент мгновенное значение тока дросселя 17 и индуктивности рассеяния Ь достигает максимума.

На третьем этапе (начиная с ty) 45 ток дросселя 17 протекает через первичную обмотку трансформатора 9 тока и открытые силовой транзистор и до полнительный диод, энергия, накопленная в дросселе, частично рассеивает- 5О ся в этих элементах и в базовой цепи силового транзистора; энергия, накопленная в индуктивности рассеяния, -передается частично в нагрузку, частично в емкость С,, идет затухающий колебательный процесс установления нап55 ряжения на нагрузке, равного напряжению источника. Эти три этапа повторяются в каждом полупериоде.

Амплитуда напряжения на нагрузке максимальна. при холостом ходе инвертора и определяется энергией, накопленной в индуктивности рассеяния Ь к концу этапа переэаряда.

Таким образом, при отсутствии дополнительных диодов амплитуда напряжения на нагрузке может превышать напряжение питания F,ä. Включение дросселя и дополнительных диодов позволя-. ет уменьшить амплитуду напряжения до приемлемого уровня, устанавливая on"" ределенное соотношение между величи-. нами индуктивности рассеяния и индуктивности дросселя. В то же время большая часть энергии, накапливаемой в .дросселе на этапе перезаряда, не рассеивается, а возвращается в источник питания и передается в нагрузку.

Таким образом, использование дросселя в сочетании с дополнительными диодами отличает предлагаемый преобразователь, так как позволяет ограничить амплитуду тока через силовые транзисторы на этапе перезаряда паразитной емкости и обеспечить устойчивое насыщение транзисторов по цепи обратной связи, что сопровождается повышением КПД и надежности инвертора, позволяет уменьшить подъем выходного напряжения, что приводит к улучшению нагрузочной характеристики и расширению диапазона тока нагрузки при работе с выходным высоковольтным трансформатором. В качестве дополни.тельных диодов. могут быть использованы низкочастотные диоды.

На диаграммах (фиг.З) использованы следующие обрзначения: i qqiq, др, и р — соответственно, ток на выходе инвертора, ток через дополнительные диоды 15 и 16 и ток дросселя, Бцц,, Уд — соответственно (в разных масштабах) напряжение на выходе инвертора и напряжение на С„.

Штрихпунктирной линией выделены одноименные величины для инвертора с дросселем, но без дополнительных диодов. формула из обр етення

Двухтактный преобразователь постоянного напряжения, содержащий два силовых транзистора, шунтированных обратными диодами, включенных последовательно между выводами двухполярного источника напряжения, общий вы146

Составитель В.Ежов

Техред JI.Cåðäþêoâà Корректор N,Ïoæî

Редактор, Л.Зайцева

Заказ 1209/53 Тираж 645 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Óæãîðîä, ул. Гагарина, 101 вод которого присоединен к первому выходному выводу, блок управления, выходы которого подключены к первичной обмотке трансформатора управления и к управляющей обмотке трансформатора тока, первый вывод первичной обмотки которого присоединен к точке соединения силовых транзисторов, параллельно база-эмиттерным переходам которых подключены через резисторы вторичные обмотки трансформатора управления и трансформатора тока, соединенные последовательно, о т л и

7719 е ч а ю шийся тем, что, с целью повышения надежности путем снижения перегрузок транзисторов по току, а

5 изоляции трансформатора по напряжению, введены два дополнительных диода и дроссель, включенный между вторым выводом первичной обмотки трансформатора тока и вторым выходным выводом, 1О подключенным к точке соединения двух дополнительных диодов, свободные выводы которых присоединены к выводам двухполярного источника напряжения соответственно.

1 fM