Двухтактный преобразователь постоянного напряжения

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в источниках вторичного электропитания. Цель - повышение надежности при повышении выходной мощности путем равномерного распределения токов между параллельно включенными транзисторами. Двухтактный преобразователь постоянного напряжения содержит выходной трансформатор 1, вторичная обмотка 3 которого связана с выходными выводами, а первичная обмотка 2 присоединена к выводам N параллельно включенных преобразовательных ячеек 5.1...5N. Каждая преобразовательная ячейка состоит из двух транзисторных ключей 6, 7 и трансформатора тока 8. При воздействии сигнала управления 4 на трансформаторы тока 8 отпирается соответствующий транзистор 6 или 7. Токи, протекающие через открытые транзисторы 6, 7, определяются соотношением витков обмоток отрицательной 11/12/ и положительной 14 обратной связи и не зависят от свойств транзисторных ключей. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (SOS Н 02 М 7 537 с

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTGPCH0MY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4471741/24-07 (22) 23.06.88 (46) 15.08.90. Бюл. Р 30 (71) Всесоюзный научно-исследователь-, ский институт электромеханики (72) А. В. Семирякин и Н, И. Фокин (53) 621.314.58 (088.8) (56) Патент ClilA М 4135237, кл. Н 02 М. 7/507, 16.06.79.

Авторское свидетельство СССР

9 843234, кл е Н 02 М 7/537 1 5. 07 ° 80 °

Патент ClilA li 3667027, кп. Н 02 М 7/537, 30.05.72.

Моин В. С. Стабилизированные транзисторные преобразователи. М,; Энергоатомиздат, 1986, с. 230, 231, рис. 7.2. (54) ДВУХТАКТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в источниках вторичного электропитания.

„.Я0„, 1585 90 А1

Цель — повышение надежности при повышении выходной мощности путем равномерного, распределения токов между параллельно включенными транзисторами. Двухтактный преобразователь по-,т стоянного напряжения содержит выходной трансформатор 1, вторичная обмотка 3 которого связана с выходными выводами, а первичная обмотка. 2 присоединена к выводам N параллельно вклю.ченных преобразовательных ячеек 5.15.N. Каждая преобразовательная ячейка состоит из двух транзисторных .ключей 6, 7 и трансформатора. 8 тока.

При воздействии сигнала блока 4 управления на трансформаторы 8 тока д отпирается соответствующий транзистор б или 7. Токи, протекающие через открытые транзисторы 6, 7, определя- . ются соотношением витков обмоток от- рицательной 11 (12) и положительной

14 обратной связи и не зависят от 2 свойств транзисторных ключей, 2 ил.

1585890

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

Цель изобретения - повышение надежности путем равномерного распределения токов между параллельно вклю» ченными транзисторами двухтактного преобразователя постоянного напряже-. ния.

На фиг.1 приведена электрическая. схема силовой части двухтактного преобразователя постоянного напряже— ния; на фиг. 2 — схема блока управления, пример исполнения, для пояснения работы преобвазователя, Двухтактный преобразователь постоянного напряжения содержит выходной трансформатор 1 средний вывод пер". вичной обмотки 2 которого подключен к первому входному выводу, а вторичная обмотка 3 связана с выходными выводами, блок 4 управления, преобразовательные ячейки 5.1-5.Н, состоящие из двух транзисторных ключей 6 и 7 и трансформагора 8 тока, базовые обмот. ки 9 и 10 которого подключены к входам управления транзисторных ключей

6 и 7, обмотки 11 и 12 отрицательной обратной связи (ООС) включены в цепь . тока каждого из транзисторных ключей

6 и 7, .а обмотки 13 управления,и первичные обмотки 14 всех преобразовательных ячеек 5.1-5.М соединены сог- 35 ласно-последовательно между собой.

Блок управления (фиг . 2) содержит генератор 15 импульсов синхронизации, выход. которого соединен с входом широтно-импульсного модулятора 16, вы- 40 ходные выводы 17 и 18 блока управления, логический элемент НЕ 19, логические элементы 2И-НЕ 20 и 21, выходы которых подключены соответственно к базам транзисторов 22 и 23, между коллекторами и эмиттерами которых включены диоды 24 и 25, и трансформатор 26 управления, первичная обмотка которого выполнена со средней точкой, связанной через токоограничивающий 50 резистор 27 с выводом питания.

Двухтактный преобразователь постоянного напряжения работает следующим образом.

В случае отсутствия сигналов управ-55 ления на выходе блока 4 управления,, последний своим низким выходным сопротивлением шунтирует цепь последовательно соединенных обмоток 13 управления трансформаторов 8 тока. При этом величина напряжения на базовых обмотках 9 и 10 равна нулю, следовательно, транзисторы 6 и 7 заперты и отсутствует передача энергии из первичной обмотки 2 выходного трансформатора 1 в его вторичную обмотку 3.

В момент появления сигнала управления на выходе блока 4 управления в цепи обмоток 13 управления начинает протекать ток, величина которого равна или несколько больше тока намагничивания любого из трансформаторов 8 тока. Вследствие явления электромагнитной индукции на базовых обмотках, 9 и 10 появляется напряжение, полярность которого по отношению к началам обмоток совпадает с полярностью: напряжения на обмотках 13 управления.

При этом если полярность напряжения на обмотках управления такова, что положительный потенциал присутствует на их началах, то переходы база— эмиттер транзисторов 6 смещаются в прямом направлении, а переходы базаэмиттер транзисторов 7 смещаются в обратном направлении . Как только напряжение на базовых обмотках 9 дости гает достаточной величины для начального отпирания транзисторов 6, через переходы база — эмиттер последних начинают протекать отпирающие токи, вызывая протекание токов через силовые выводы транзисторов 6 и через обмотки 11 ООС. Затем эти токи суммируются и протекают через половину первичной обмотки 2 выходного трансформатора 1 подключенную крайним выводом к общей точке обмоток 11 00С. При этом происходит передача энергии из половины первичной обмотки 2 выходного трансформатора 1 в его вторичную обмотку 3, вследствие чего через цепь последовательно соединенных обмоток

14 положительной обратной связи (ПОС) и нагрузку инвертора протекает ток, вызывая регенеративное отпирание и переход в режим насыщения транзисторов 6. Одновременно обеспечивается одинаковая величина коллекторных токов каждого из транзисторов 6 за счет действия ООС. Действительно,. уровень сигнала ПОС является одинаковым для каждого из параллельно включенных транзисторов 6 и определяется вели" чиной тока нагрузки и отношением ко." личества витков ггпу каждой из обмоток ПОС 14 к количеству витков vg coц прс

Wy б пос ь оос

6 оос

Wg (2) б.нас = I6.ïîñ (3) 5 15 ответственно каждой из базовых обмо" ток 9, так что где 1 „о — составляющая тока базы соответствующего транзистора 6 от действия сигнала ПРС по току нагрузки (Iц) преобразователя.

В то же время уровень сигнала ООС различный для каждого из параллельно включенных транзисторов 6 и определяется величиной тока, протекающего через силовые выводы соответствующего транзистора, и отношением количества витков wðo каждой из обмоток ООС 1 1 к количеству витков w> соответственно каждой из базовых обмоток 9, так что где I —,составляющая тока базы оос соответствующего транзистора 6 от действия сиг-, нала ООС по таку, проте кающему через их силовые

Выводы (I ), Следовательно, величина тока базы

I в каждом и з транзисторов 6 опт. нос ределяется как разность указанных составляющих (1) и (2) . (током намагничивания, протекающим в обмотках 13 управления, пренебрегают ввиду его малости),.

Учитывая то, что величина тока ?» постоянная (определяется величинами напряжения питания и сопротивления нагрузки преобразователя), то.любое изменение тока I< от заранее выбранного значения вызывает противоположное изменение величины тока Ig <®с

1 которое возвращает величину тока I к требуемому значению, При такой по-. лярности сигнала управления от блока

4 управления транзисторы 7 заперты вследствие наличия на их переходах база — эмиттер напряжения обратной полярности.

В момент окончания действия сигнала управления блок 4 управления пере85890 6 ходит в,режим работы источника напряжения и своим низким выходным сопротивлением шунтирует обмотки 13 управ-

5 ления. В результате этого прекращается протекание тока в базовых обмотках 9 и транзисторы 6 запираются, прекращая передачу энергии из первичной обмотки выходного трансформатора 1 в его вторичную обмотку 3, При последующем появлении сигнала управления на выходе блока 4 управления обеспечивается протекание управляющего тока в направлении, противоположном предыдущему сигналу. Вследствие того, что схема преобразователя полностью симметрична, его дальнейшая работа аналогична описанной, за исключением того, что транзисторы 7 будут

2О отперты и насьпцены, а транзисторы 6 будут заперты. При дальнейшем поступлении сигналов управления от блока 4 управления цикл работы преобразователя повторяется.

-25 На фиг, 2 представлен один иэ возможных вариантов выполнения схемы.блока управления, поясняющей принцип дей-. ствия преобразователя. С выхода генератора 15 импульсов синхронизации по3О,ступают импульсы со скважностью, равной двум. С выхода широтно-импульсного модулятора 16 поступают импульсы, передний или задний фронт которых синхронизирован относительно импульсов синхронизации на выходе генератора 15.

При наличии на выходе модулятора 16 низкого уровня напряжения на выходах логических элементов 2И-НЕ 20 и 21 устанавливается высокий уровень напряжения, отпирающий и переводящий в режим насыщения оба транзистора 22 и

23, что обеспечивает низкое выходное сопротивление блока 4 управления.

При наличии на выходе модулятора 16 высокого уровня напряжения, а на вы ходе генератора 1 5 низкого уровня напряжения транзистор 22 отперт и насьпцен, а транзистор 23 заперт. При этом происходит передача энергии из половины первичной обмотки трансфор» матора 26 в его вторичную обмотку, а за счет наличия токоограничивающего резистора 26 обеспечивается работа схемы в режиме источника тока (высокое выходное сопротивление). Если на

55 водах генератора 15 и модулятора

16 действует высокий уровень напряжения, то транзистор 22 заперт, а транзистор 23 отперт и насыщен. При этом

7 1585890 8 происходит передача энергии из другой половины гервичной обмотки трансформатора 2б в его вторичную обмотку, вследствие чего полярность выходного сигнала задающего генератора изменяется на противоположную полярности предыдущего сигнала.

Для обеспечения работоспособности устройства при отказах нескольких из транзисторов б или 7 (например, короткое замыкание переходов база

1 эмиттер, база — коллектор или проиежутка эмиттер — коллектор транзисто- ра, а также обрыв любых из его элект- 15 родов или перегорание плавких предохранителей в силовой цепи каждого из них) количество витков каждой. из обмоток 9-14 трансформаторов тока на основании закона полного тока для транс- ?О форматора должно быть выбрано из соот-. ношения

Тк

I wg + цшас лоос Ig íà„.w$25 (4) где N — допускаемое количество вышедших из строя транзисторов в первом или втором плече преобразователя (М = 1, 2, 3 ее ° )у величина тока намагничивания

9 трансформаторов 8 тока;

w — количество витков каждой из

9 обмоток 13 управления, При этом в случае выхода из строя транзисторов преобрзователя ток, протекавший ранее через силовые выводы каждого из них, автоматически перерас-40 пределяется между оставшимися параллельно включенными транзисторами.

Таким образом, введение в цепь управления каждьм транзистором преобразователя положительной обратной связи по току нагрузки и отрицательной обратной связи по току, протекающему через силовые вывоцы соответствующего

t транзистора, выполненные в виде обмоток трансформаторов тока и соответствующих связей между. ними, позволяет обеспечить при повышении мощности двухтактного преобразователя постоянного напряжения: с пропорционально-токовым управлением и независимым возбуждением повышение надежности путем равномерного распределения токов между параллельно включенными транзисторами

Ф о р м ул а и з о б р е т е н и я

Двухтактный преобразователь постоянного напряжения, каждое из плеч которого содержит И параллельно включечных транзисторов, первые силовые выводы которых присоединены к первому входному выводу, база-эмиттерные переходы — к базовым обмоткам N трансформаторов тока, обмотки управления ,каждого из которых связаны с выходом блока управления, а первичные обмотки включены между выходными выводами и вторичной обмоткой выходного трансфор1матора, средний вывод первичной обмотки которого подключен к второму входному выводу, а крайние выводы связаны с вторыми силовыми выводами транзисторов, обмотки отрицательной обратной связи трансформаторов тока, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности путем равномерного распределения токов между параллельно включенными транзисторами, обмотки отрицательной обратной . связи трансформаторов тока включены между вторыми силовыми выводами транзисторов и крайними выводами первичной обмотки выходного трансформатора, вторичная обмотка которого соединена с выходными выводами через последовательно включенные первичные обмотки

И трансформаторов. тока, обмотки управления которых соединены согласнопоследовательно и присоединены к выходу блока управления.

Фиг.2

Составитель В. Ежов

Редактор А. Огар Техред М. Ходанич Корр ектор О. Кравцова

Заказ 2332 Ъираж 498 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГЕНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент"; г ° Ужгород, ул. Гагарина, 101