Двухтактный преобразователь постоянного напряжения

 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано для питания радиоэлектронной и электрофизической аппаратуры, чувствительной к высокочастотным помехам. Цель изобретения - повышение КПД и качества электромагнитной совместимости путем исключения коммутационных потерь мощности в полупроводниковых ключах и трансформаторе усилителя мощности. Преобразователь содержит управляемый высокоомный двухполюсник 3 на регулирующем транзисторе 4 с резистором 5, усилитель 6 мощности на транзисторных ключах 7,8 с выходом на трансформаторе 9, задающий генератор 12 синусоидального напряжения с выходным трансформатором 13, двухполупериодный выпрямитель 21, вспомогательный источник 23 постоянного напряжения в виде диода, смещенного в прямом направлении. Введение двухполупериодного выпрямителя 21, задание синусоидальной формы выходного напряжения задающего генератора 12 и введение во входные цепи ключей 7, 8 источника 23 позволяют обеспечить изменение проводимости ключей 7,8 как в нуле тока, так и в нуле напряжения на них, что исключает коммутационные потери мощности в ключах 7,8 и трансформаторе 9. 2 з.п.ф-лы, 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУ6ЛИК щ) Н 02 M 3/337

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

М А ВТОРСКОМ .К СВИДЕТЕЛЬСТВУ

C ф

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPblTHAM

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4447660/24-07 (22) 23.06.88 (46) 30.08.90. Бюл. ¹ 32 (71) Киевский политехнический институт им. 50-летия Великой Октябрьской социалистической революции (72) Ф.М.Гарцман, В.В.Пилинский и В.Б.Швайченко (53) 621 ° 314 ° 57 (088.8) (56) Белов Г.А. Высокочастотные тиристорно-транзисторные преобразователи постоянного напряжения. M.: Энергоатомиздат, 1987, с. 8, 9, рис. 2a,б, с. 16-19, рис. 8, 9.

Авторское свидетельство СССР

¹ 995226, кл, Н 02 M 3/335, 198 1.

Глебов Б.А., Конехеро 3, Лукин A.À.

Двухтактный резонансный преобразователь постоянного напряжения. — Радиотехника, 1987, № 9, с. 77-79.

Авторское свидетельство СССР № 1056168, кл. Н 02 М 3/335, 1980.

„„Я0„„1589357 А 1

2 (54) ДВУХТАКТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано для питания радиоэлектронной и электрофизической аппаратуры, чувствительной к высокочастотным помехам,. Цель изобретения — повьппение

КПД и качества электромагнитной совместимости путем исключения коммутационных потерь мощности в полупроводниковых ключах и трансформаторе усилителя мощности. Преобразователь содержит управляемый высокоомный двухполюсник 3 на регулирующем транзисторе 4 с резистором 5, усилитель

6 мощности на транзисторных ключах

7, 8 с выходом на трансформаторе 9, задающий генератор 12 синусоидального напряжения с выходным трансформатором 13, двухполупериодный выпрями1589357 тель 21, вспомогательный источник

23 постоянного напряжения в виде

Ф диода, смещенного в прямом направлении. Введение днухполупериодного ны— прямителя 21, задание синусоидальной формы выходного напряжения задающего генератора 12 введение но входные

Изобретение относится к электро—

Технике, в частности к преобразова ельной технике, и может быть использовано для питания р,диоэлектронной 15

Й электрофизической аппаратуры, чунствительной к высокочастотным помехам, например, детекторов ионизацифнноro излучения.

Цель изобретения — повышение КПД 20 и качества электромагнитной совмес 1 имости путем исключения коммутационных потерь мощности в полупроводниковых ключах и трансформаторе усилителя мощности и существенного снижения уровня высокочастотных помех, генерируемых в цепь входного питания.

На фиг. I представлена функциональная схема предлагаемого преобраЗователя с выполнением полупроводни- 30 коных ключей усилителя мощности на транзисторах; на фиг. 2 — то же, двухПолупериодный выпрямитель выполнен по мостовой схеме; на фиг. 3 — то же, по схеме со"средней точкой, на 35 фйг. 4 — диаграммы напряжений и,токов, поясняющие особенности функционирования преобразователя на интервале двух соседннх тактов.

Двухтактный преобразователь посто- 40 янного напряжения содержит включенные последовательно между входными выводами 1 и 2 управляемый высокоомный. двухполюсник 3 на регулирующем транзисторе 4 с резистором 5 (R ) н 45 цепи его эмиттера, подсоединенным своим свободным выводом к входному выводу 1, и усилитель 6 мощности (УМ) на полупроводниковых, в частности транзисторных, ключах 7 и 8, объединенных одноименными силовыми нывода; ми, в частности эмиттерами, с выходом на трансформаторе 9, средняя точка первичной обмотки которого подклк>чена к выходному выводу 2, а входная: цепь каждого из ключей 7 и 8 зашунтирована диодами 10 и 11 соответстВенно, включенными в непроводящем направлении по отношению к полярности цепи ключей 7, 8 источника 23 позволяют обеспечить изменение проводимости ключей 7, 8 как в нуле тока, так и н нуле напряжения на них, что исключает коммутационные потери мощности в ключах 7, 8 и трансформаторе 9.

2 з.п. ф-лы, 4 ил. э отпирающего сигнала задающего генератора 12 синусоидального напряжения с выходным трансформатором 13. Между выходом УМ 6 и выходными выводами включен выпрямительно-фильтрующий узел 14. Управляющие выводы, в частности базы, ключей 7 и 8 подсоединены к противофазным выводам 15 и 16 вторичной обмотки 17 трансформатора

13. Между выводами 18, 19 управляющего входа двухполюсника 3 и дополнительной обмотки 20 трансформатора

13 включен двухполупериодный выпрямитель 21, реализованный либо по мостовой схеме (фиг.2), либо по схеме со средней точкой обмотки 20 (фиг.3).

Между средней точкой 22 обмотки 17 и объединенными выводами ключей 7 и

8 включен вспомогательный источник

23 постоянного напряжения, представляющий собой диод, анод которого через резистор 24 подсоединен к входному выводу 2.

Преобразователь работает следующим образом.

Включенные последовательно между входными выводами 1 и 2 двухполюсник

3 и УМ 6 работают в режиме переключателя тока, частота переключения и форма которого определяется частотой синусоидального напряжения генератора 12, снимаемого с обмоток 17 и 20 его выходного трансформатора 13, и формой выходного напряжения двухполупериодного выпрямителя 21, выходные выводы которого подсоединены к выводам обмотки 20, а соответствующие выходные выводы — к соответствующим выводам 18 и 19 управляющего входа двухполюсника 3. Частота колебаний генератора 12 выбирается равной резонансной частоте параллельного LCконтура, образованного индуктивностью первичной полуобмотки трансформатора 9 и приведенной к первичной обмотке распределенной емкости вторичной обмотки. Напряжение вторичной обмотки 17, представленное на диаг1589357

5 рамме фиг. 4 пунктирными синусоидами напряжений полуобмоток, обеспечивает противофазное переключение иэ .проводящего состояния в непроводящее, и наоборот, ключей 7 и 8 с частотой генератора 12. Переменное синусоидальное напряжение обмотки 20, представленное на фиг. 4, преобразуется выпрямителем 2! в пульсирующее напряжение в форме однополярных полуволн синусоиды, поступающее на управляющий вход двухполюсника 3 и обеспечивающее аналогичную форму его выходного тока. Порог отпирания вентилей выпрямителя 21 обусловливает наличие паузы между однополярными полуволнами напряжения и тока соседних полупериодов. В течение каждого такта работы преобразователя, равного полупериоду (фиг.4) синусоидального напряжения обмоток 20 и 17, однополярная полуволна синусоидального тока проходит через проводящую ветвь, образованную открытым ключом 7 или 8 и включенной между его свободным силовым выводом и входным выводом 2 первичной полуобмоткой. Непрерывная последовательность однополярных синусоидальных полуволн тока формирует синусоидальное напряжение на первичной и вторичной обмотках трансформатора 9, которое выпрямляется и фильтруется узлом 14, поступая затем на выход преобразователя °

Благодаря включению между средней точкой 22 вторичной обмотки 17 и объединенными силовыми выводами (эмиттерами) ключей 7 и 8 источника пос то янно r о н апр яже н ия — диода 23, вывод которого, обединенный с укаэанной средней точкой 22, подсоединен через резистор 24 к входному выводу

2 относительно указанных объединенных выводов ключей, непрерывно действует постоянное синфазное напряжение отпирающей полярности, равное 0,7 В и суммирующееся на управляющем входе каждого из ключей 7 и 8 в интервале каждого такта работы с противофазными относительно средней точки 22 напря-. жениями полуобмоток вторичной обмотки 17 ° Напряжение Ufg совместно с синфазным напряжением U формирует на интервале такта t u-t отпирающее напряжение П з, обеспечивающее на данном интервале проводящее состоя-. ние ключа 7. Одновременно. напряжением U << «,г«совместно с напряжением U >

6 формируется напряжение П, обеспе6 э чивающее непроводящее состЬяние ключа 8 и ограничивающееся на уровне

0,7 В запирающей полярности вследствие отпирания отрицательной полуволной напряжения Пч-яг иода 11, шунти рующего управляющий вход ключа 8 и исключающего выход последнего из

10 строя под действием запирающего напряжения. На следующем такте напряжение П отпирает ключ 8, а П1 . запирает кгпоч 7, причем диод 10 ограничивает запирающее напряжение на его

l5 управляющем входе на уровне 0,7 В, исключая отказы в работе. Для полного переключения симметричных ветвей переключателя тока достаточно изменения напряжения между базами его транзисторных ключей на величину не более

О, 15-0,2 В. Такой перепад переключающего напряжения происходит в малой окрестности момента времени t, а к моменту начала прохождения тока через проводящую ветвь усилителя 6 все процессы, связанные с изменением проводимости ключей, заканчиваются, при этом само изменение их проводимости происходит в нуле тока. Ввиду

30 резонансного процесса в усилителе 6 напряжение на закрытых ключах 7 и 8 имеет синусоидальную форму в соответствии с эпюрой фиг. 4 и в момент начала прохождения тока через открытый ключ практически равно нулю, а

35 следовательно, кратковременные коммутационные скачки тока и напряжения в ключах 7 и 8, а также в индуктивности рассеяния и паразитной емкости трансформатора 9 практически исключается.

4ц Таким образом исключаются коммутационные потери мощности на элементах, что повышает КПД преобразователя.

Отсутствие коммутационных скачков тока и напряжения в ключах 7 и 8, 45 особенно в трансформаторе 9, снижает требования к сглаживающему фильтру 14, который может начинаться с индуктивности, что также повышает КПД.

При этом также существенно снижает5О ся уровень обусловленных указанными скачками тока и напряжения высокочастотных помех, что повьппает качество электромагнитной совместимости преобразователя с питающей сетью.

55 Синусоидальная форма напряжения генератора 12 обеспечивает паузу входного напряжения и выходного тока управляемого двухполюсника 3 беэ какихлибо усложнений электрической схемы, 1589357

Ф О р м у л а и 3 О б р е т. е н и л

1. Двухтактный преобразователь постоянного напряжения, содержащий включенные последовательно между входными выводами управляемый высокоомный двухполюсник на регулирующем транзисторе с резистором в цепи его эмиттера, подсоединенным своим своl0 бодным вьгводом к первому входному

Выводу, и усилитель мощности с трансформаторным выходом, построенный гго схеме со средней точкой, подклюЧенной к второму входному выводу, на г олупроводниковьгк ключах, объединен15 йьгх одноименными силовыми выводами, также задающий генератор с трансформаторным выходом и выпрямительнофильтрующее устройство, причем управляющие выводы ключей подсоединены

К противофазным выводам вторичной обмотки трансформатора задающего пенератора, о тл и чающий с я тем, что, с целью повышения КГЩ и к а- 25 чества электромагнитной совместимости путем исключенная коммутационньгх потерь мощности в полупроводниковых ключах и трансформаторе усилителя мощности и существенного снижения уровня высокочастотных помех гене30

У р груемых в цепь входного питания, вВедены вспомогательный источник постоянного напряжения и двухполу— периодный выпрямитель, включенный

МЕЖДУ управляющим Входом высокоомно- 35 го двухполюсника и дополнительной обмоткой трансформатора задающего генератора, при этом вспомогательный источник постоянного напряжения включен между средней точкой вторичной обмотки трансформатора задающего генератора и указанными объединенными силовыми выводами ключей усилителя мощности встречно по отношению к полярности входного напряжения, вывод которого, объединенный с упомянутой средней точкой, подсоединен через дополнительный резистор к второму входному выводу, а задающий генератор выполнен в виде генератора синусоидального напряжения.

2„ Преобразователь по п.1, о т— л и ч а ю шийся тем, что вспомогательный источник постоянного напряжения выполнен в виде диода, включенного в направлении прямой проводимости по отношению к полярности напряжения входного питания, а входная цепь каждого ключа эашунтирована диодом, каждый из которых включен между соответствующим управляющим и объединенными силовыми выводами ключей в непроводящем направлении по отношению к полярности отпирающего сигнала.

3. Преобразователь по п.1, о т л и ч а ю шийся тем, что указанный двухгголупериодный выпрямитель выполнен либо по мостовой схеме, либо по схеме со средней точкой.

1589357

Составитель Ю.Верховодов

Редактор Л.Пчолинская Техред М.Дидык Корректор H,Kîðîëü

Заказ 2545 Тираж 500 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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