Преобразователь постоянного напряжения

 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, может применяться в источниках вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры. Цель изобретения - повышение надежности и уменьшение уровня генерируемых высокочастотных помех путем ограничения импульсов коллекторного тока в транзисторах ячеек. Общий LCD-фильтр 3 преобразователя содержит два дросселя 16, 17 на отдельных магнитопроводах, два рекуперационных диода 18, 19 и общий сглаживающий конденсатор 20, причем каждый дроссель фильтра выполнен трехобмоточным. При этом минимальный объем сглаживающего конденсатора фильтра преобразователя достигается при отношении числа витков первой и второй обмоток каждого дросселя сглаживающего фильтра равным коэффициенту трансформации выходных трансформаторов соответствующих однотактных ячеек. 1 з.п. ф-лы. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„.Я0„„1517103 A 2 (51) 4 H 02 М 3/335

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (61) 951596 (21) 4367548/24-07 (22) 25,01.88 (46) 23 ° 10,89. Бюл. В 39 (71) Винницкий завод радиотехнической аппаратуры (72) С.Д. Рудык и В.Е. Турчанинов (53) 621.314.57(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 951596, кл. Н 02 М 3/335, 1982. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, может применяться в источниках вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры. Цель изобретения — повышение надежности и уменьшение уровня генерируемых высокочастотных помех путем ограничения импульсов коллекторного тока в транзисторах ячеек. Общий LCD-фильтр 3 преобразователя содержит два дросселя 16, 17 на отдельных магнитопроводах, два рекуперационных диода 18, 19 и общий сглаживающий конденсатор

20, причем каждый дроссель фильтра выполнен, трехобмоточньм. При этом минимальный объем сглаживающего конденсатора фильтра преобразователя достигается при отношении числа витков первой и второй обмоток каждого дросселя сглаживающего фильтра равным коэффициенту трансформации выходных трансформаторов соответствующих однотактных ячеек . 1 э.п, ф-лы, 3 ил.

1517103

Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, может применяться в источниках вторичного электропита-. ния радиоэлектронной аппаратуры и является усовершенствованием устройства по авт, св, У 951596.

Целью изобретения является повышение надежности и уменьшение уровня генерируемых высокочастотных помех путем ограничения импульсов коллекторного тока в транзисторах ячеек, На фиг. 1 приведена схема преобразователя постоянного напряжения, в котором однотактные ячейки подключены к источнику питания параллельно; на фиг, ? — вариант схемы, в котором однотактные ячейки подключены к источнику питания последовательно; 20 на фиг, 3 — в ременные диа граммы, п оясняющие работу преобразователя постоянного напряжения по фиг ° 1, при противофазном управлении однотактныМи ячейками, 25

Преобразователь постоянного напряжения (фиг. 1) состоит из двух одно- ., так тных прес бра зов ательных ячеек 1 и 2, работающих противофазно на об— щий сглаживающий фильтр 3;

Каждая из однотактных преобра тельных ячеек состоит иэ силового ключа 4 (5), подключенного к силовому трансформатору 6 (7), содержащему первичную 8(9), вторичную 10(11) и дополнительную 12 (13) обмотки. При этом вторичные обмотки 10 (11) выходных трансформаторов 6(7) подключены к общему сглаживающему фильтру через выпрямительные диоды 14(15). Общий сгла-40 живающий фильтр 3 преобразователя выполнен, состоящим из двух дросселей

16(17), двух рекуперационных диодов

18(19) и сглаживающего конденсатора

20. Причем каждый дроссель фильтра выполнен трехобмоточным, первые обмотки 21(22) которых включены последовательно с первичными обмотками

8 (9) выходных трансформаторов 6 (7 1 однотактных ячеек 1(2). Один вьи од обмотки 23(24) каждого дросселя фильтра соединен с катодом соответствующего рекуперационного диода 18(19).

Точка соединения другого вывода второй обмотки каждого дросселя с пер55 вым выводом третьей обмотки 25(26) дросселя подключена к соответс гвующим выпрямитсльным диодам однотактных преобразовательных ячеек.

Вторые выводы третьих обмоток дросселей фильтра 3 объединены и подключены к сглаживающему конденсатору преобразователя ° Дополнительные обмотки 12 и 13 выходных трансформаторов 6 и 7 соединены друг с другом через диод 27 и резистор 28.

Выход преобразователя постоянного напряжения подсоединен к нагрузке

29, В каждой,однотактной преобразовательной ячейке имеются дополнительные элементы, предназначенные для фиксации напряжения на силовых ключах ячеек — дополнительные обмотки выходных трансформаторов 30 и 31, дополнительные обмотки 32 и 33 дросселей фильтра преобразователя, диоды 34 и

35 соответственно, Вариант преобразователя постоянного напряжения (фиг. 2) отличается от ранее описанного только элементами, предназначенными для фиксации напряжения на силовых ключах однотактных ячеек, Таковыми элементами для преобразователя (фиг. 3) являются фиксирующие диоды 36 и 37 и конденсаторы 38 и 39 емкостного делителя напряжения.

Преобразователь постоянного напряжения (фиг. 1) работает следующим образом.

Силовые транзисторы 4 и 5 включаются попеременно, так как управляющие напряжения на их базах сдвио нуты по фазе на 180 относительно друг друга, Когда положительный им пульс, подаваемый на базу, включает силовой транзистор 4, выпрямительный диод 14 начинает проводить ток и энергия поступает на выхоДной дроссель 16 и нагрузку 29 преобразователя, На этом этапе увеличивается намагничивающий ток первичной обмотки трансформаторов, который протекает по последовательно соединенным первичной обмотке 8 выходного трансформатора 6 и первой обмотке 21 дросселя

16. Этот ток на интервале (e,-t, фиг, 3) намагничивает сердечник выходного трансформатора 6 в прямом направлении. Накопление энергии в дросселе сглаживающего фильтра на этом интервале времени происходит за счет проче::ания токов: по первой обмотке 21 — тока коллектора силового транзистора 4, по второй обмотке 23 тока вторичной обмотки трансформатора 6.

5 )5171

На этом же интервале времени за счет ЭДС на обмотке 12 начинает протекать ток по цепи 12-27-28-13-12, намагничивая сердечник выходного трансформатора 7 в обратном направ5 ленин путем протекания намагничивающего тока по дополнительной обмотке

13. В момент времени t< на базу транзистора 4 подается импульс запираю- 1р щего напряжения и он выключается.

При этом выпрямительный диод 14 запирается и часть энергии, накопленной в дросселе 16, передается в нагрузку

29 преобразователя, вызывая ток по цепи: 23-25 — параллельное соединение конденсатора 20 и нагрузки 29 — рекуперационный диод 18-23. Этот процесс происходит на интервале времени (t—

-t() . 20

Одновременно с этими процессами, начиная с момента времени t, происходит рекуперация энергии, накопленной в сердечнике выходного трансформатора 6, в источник питания преобра- 25 эователя по цепи: 30-34 - источник питания преобразователя - 32-30. При этом на интервале времени (t -t ) на обмотках выходного трансформатора возникает ЭДС по знаку противополож- 30 ная той, которая наводилась на них иа интервале времени (t,-t ). В момент времени t процесс рекуперации энер"

3 гни сердечника выходного трансформатора 6 заканчивается и ЭДС на его обмотках падает до нуля, В момент времени t открывается транзистор 5 однотактной преобразовательной ячейки 2 и за счет ЭДС на обмотке 13 начинает проникать ток по 4р цепи 13-12-27-28-13, при этом происходит намагничивание сердечника силового трансформатора 6 в обратном направлении. Этот процесс идет на интервале времени (С -t ). В момент 45 времени t на базу транзистора 4 по6 дается положительный импульс, и процессы в однотактной преобразовательной ячейке 1 повторяются. Все процессы в однотактной преобразовательной 50 ячейке 2 проходят аналогично, но со сдвигом по фазе на 180

Процессы в варианте предлагаемого преобразователя (фиг. 2) проходят аналогично за исключением того,,что рекуперация энергии, накопленной в сердечнике выходного трансформатора

6(7), в источник питания преобразо03 6 вателя идет по цепи 8-39-37-21-8 (9-22-36-38-9).

Изменением отношения числа витков второй и третьей обмоток (23, 25 и 24

26) каждого дросселя обеспечивается перераспределение функций преобразования энергии между выходными трансформаторами и дросселями выходного фильтра преобразователя, а следова-. тельно, перераспределение объемов, занимаемых этими элементами.

При изменении соотношения между числами витков первой и второй обмоток каждого дросселя фильтра изменяется амплитуда и форма тока через сглаживающий конденсатор фильтра преобразователя °

Определяют условие "безраэрывного" тока конденсатора выходного фильтра, т.е. условие режима, соответствующего минимальной амплитуде тока, протекающего через конденсатор 20 °

Wю Wy

Обозначают через n †; — ко14ю м эффициент трансформации выходных трансформаторов однотактных преобра" зовательных ячеек.

Принимая, что потери во всех элементах преобра".ователя равны нулю, обе однотактные преобразовательные ячейки загружены симметрично, получают соотношение

I nm —, 1н (1) где I „— среднее значение тока коллектора силового транзисторного клю- ча на интервале замкнутого состояния; I — величина i:остоянного тока нагрузки преобразователя.

Минимальный ток сглаживающего конденсатора фильтра преобразователя соответствует треугольной форме этого тока, Как только появляется изменение амплитуды токов обмоток 25 и

26 дросселей 16 и 17 н моменты коммутации (моменты времени t „ t z u t ), в токе сглаживающего конденсатора

20 возникает прямоугольная составляющая и величина тока возрастает, Таким образом, условием "безраэрывного" тока через конденсатор ?0 и условием наименьшего его объ,ема является равенство нак < IР ж (а 1=2Iн,п, (2)

Н " %2 (Wyg) Ж25 %141 где I „- среднее значение на к 2 (241 тока, протекающего по обмотке 25(26) 1517103 дросселя на этапе накопления энергии;

I — среднее значение

) с 5 тока, протекающего по обмотке 25(26) дросселя на этапе расходования энергии. 10

Из усговия равенства ампер-витков дросселеи сглаживающего фильтра на интервалах времени замкнутого и разомкнутого состояний силовых ключей следует 15

Т ° ) ()+1 ° П И2 (26) Т) П(23(2i)

25(26) (3) откуда

К 21(Я1) К 2 З(2ф) 20 (4) n .

1 ) 2ь(2Ф)

Из выражения (4) следует, что при отношении чисел витков первой и второй обмоток каждого дросселя сглаживающего фильтра равным коэффициенту трансформации выходных трансформаторов соответствующих однотактных ячеек, амплитуда тока через конденсатор сглаживающего фильтра, а следовательно, и его объем минимальны. На фиг.3 даны диаграммы, соответствующие выполнению условия (4), штриховой линией показаны диаграммы для случая нарушения этого условия, 35

Преобразователь постоянного напряжения, по сравнению с известным техническим решением, имеет ряд технико-экономических преимуществ: повышение надежности. Это объясняется тем, что во входной цепи каждой однотактной преобразовательной ячейки присутствует обмотка дросселя, т.е. элемент, в котором .невозможны мгновенные изменения тока, что предот- 45 вращает выход из строя силовых транзисторов даже при насыщении сердечников выходных трансформаторов преобразовательных ячеек. Кроме того, по этой же причине ограничиваются им- 50 нульсные перегрузки силовых транзисторов однотактных ячеек при их открывании на интервале времени, соответствующем времени восстановления обратного сопротивления диодов выпрями- 55 телей и фильтра преобразователя. Дополнительным преимуществом является то, что при построении на основе предлагаемого технического решения стабилизированного источника питания упрощается схема управления преобразователем и цепи формирования базовых сигналов силовых транзисторов, так как отпадает необходимость в жестком ограничении коэффициентов заполнения импульсов напряжения на обмотках выходных трансформаторов преобразователя, уменьшение уровня высокочастотных помех за счет уменьшения импульсных перегрузок диодов выпрямителей и рекуперационных диодов выходного фильтра преобразователя на интервале времени, соответствующем времени восстановления обратного сопротивления этих диодов.

Величина этих перегрузок ограничена за счет наличия дросселя в первичных цепях однотактных преобразовательных ячеек.

Кроме того, дополнительное сокращение объема сглаживающего конденсатора достигается при выполнении условия т уя We(s)

"2Ь(2.) ),о(„)

При э сом в токе сглаживающего конденсатора фильтра преобразователя отсутствует прямоугольная составляющая.

Формула изобретения

1. Преобразователь постоянного напряжения.по авт. св. У 951596, о .тличающийся тем, что, сцелью повышения надежности и уменьшения уровня генерируемых высокочастотных помех путем ограничения импульсов коллекторного тока в транзисторах ячеек, общий LCD èëüòð преобразователя содержит два дросселя на отдельных магнитопроводах, два рекуперационных диода и общий сглаживающий конденсатор, причем каждый дроссель фильтра выполнен трехобмоточным, первая обмотка включена последовательно с первичной обмоткой выходного трансформатора соответствующей однотактной ячейки, один вывод второй обмотки соединен с соответствующим рекуперационным диодом, точка соединения другого вывода второй обмотки с первым выводом третьей обмотки через выпрямитель подключена к вторичной обмотке выходного трансформатора соответствующей однотактной ячейки, 9 151 а вторые выводы третьих обмоток дросселей объединены н подключены к общему сглаживающему конденсатору фильтра преобразователя.

2. Преобразователь по п. 1, о т— л и ч а ю шийся тем, что отно7103 10 щения чисел витков первой н второй обмоток каждого дросселя сглаживающего фильтра равны коэффициентам

5 трансформации выходных трансформаторов со о тв етс тв ующих одно та к тных ячеек, Фиг. 2