Преобразователь постоянного напряжения в постоянное

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано на транспорте , например, в электроприводах управления. Цель изобретения - повьичение надежности и снижение массогабаритных показателей. Устройсво включает поспедовательную цепь из полупроводниковых ключевых элементов (ключей) 6. 7, включенную между входным и общим выводами , а также последовательную цепь из диодов 4, о, включенную также между входным общим выводами. Двухобмоточный дроссель 1 включает последовательно соединенные рабочую обметку 2 v обмотку 3 подмзгничивания, свободные выводы которых подключены соответственно к общей точке соединения диодов 4, 5 и к выгодному выво ту. О Лщая точ/- соедиг ния обмоток 2, 3 подключена к общей точке соединения ключей 6, 7. Указанное выполнение устройства позволяет за счет ограничения сквозных токов через диоды повысить надежность как в режиме движения, так и в режиме торможения, а также уменьшить коэффициент трянсформации дросселя и тем самым снизить массу и габариты устройства . 4 ил. 8х + k

СОЮЭ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (sI)5 Н 02 M 3/135

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ ГЕНИЯ

К ABTOPCKQMY СВИ,ЦЕТЕЛЬСТВУ (21) 4655130!07 (22) 02,01.89 (46) 30.12.91. Бюл. ч 48 (72) В,В. Шевяков, В.И. Сагаловский, О, В.Гмызина и А.Г. Феоктистов (53) 621.314.1(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 851685, кл. Н 02 M 3/135, 1979.

Авторское свидетельство СССР

М 812 f38, кл, Н 02 M 3/135, 1979. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО

НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано на транспорте, например, в электропри водах управления. Цель изобретения — повышение надежности и снижение массогабаритных показателей. Устройсво включает последовательную цепь из полупроводни. Я2, 1702496 А1 ковых ключевых элементов (ключей) 6, 7, включенную между входным и сбщим выводами, а также последовательную цепь из диодов 4, 5, включенную также между входным " общим выводами.. Двухобмоточный дроссель 1 включает последовательно соединенные рабочую обмотку 2 v обмотку 3 подмагничивания, свободные выводы которых подключены соответственно к общей точке соединения д:.одов 4, 5 и к выходному выводу, О.>щая точ а соединения обмоток 2, 3 подключена к общей точке соединения ключей 6, 7. Указанное выполнение устройства позволяет за счет ограничения сквозных токов через диоды повысить надежность как в режиме движения, так и в режиме торможения, а также уменьшить коэффициент трансформации дросселя и тем самым снизить массу и габариты устройства. 4 ил.

«.j

Изобретение относитсг) к злект ..отехник8 и 40>КВТ быть прим()н)знэ в т3анспорте, например, В злект()опривОдах упрзвл8ния, Иове т<: H пре()брззо))316лb, iOcTOBнbi >Го нзг)РЯжения В rtQGTQBHH06, содерх<з))3 A

BKEii)Q÷8HHbI)«I послеДовательно " :"ежДУ вхОДными M выходБыми )вывода 4и по упровод" никовый ключ., двухобмото )ный,-.россель насыще)... я с раоочей и подмс)Гничивзк)щими обмотк()м)«-. "4 )>ззрядый i(ji!Qq, вклк)чен" ный посл:,3дбьзтельно с рабочей Обмоткой. с

ООразбвз "I«. ем цепи, BKлк>ченнОЙ межд .) Вы"

ХСДНЬ)МИ БЕ ЗОДЗ -) i "то)" их 333 ) IC (0 У Г Oi«) )i) f Q с .0Qит в TQì, что OHQ Hе г4ожет быть применено в ) 0 )образовзтеле ),) ",пря )«6)чия ) !3 т))ЗНЗИСТОРЕ, ЗК КЗ) В Нем QTC)ETCTB))8T ДОполните Hû« кОн Гур кОым г) ации.

Извес;ен также преобразователь постоян НОГО напря>ке)) ия в Г) Ос тоя и н08, сОде)3жащиЙ ВХОДHOM, ВЫХОДHQA M общий Bbl)30!jb) для подключения источника пос..оянного напряжения и нагрузки соответственно, Двухобмо сочный Дэоссель нс)сыщения с рабочеЙ и поД)43Гн ичие)а ющей Обмоткам 4, первый управляемый ключевой элемент, Одним из вь водов соединенный с входным

Выводом, 3 другим — с одним из вывод()в

Обмо) ки подмагничиеания, д))угой вь)ВОД кОтОрОЙ об))ззу8т )) <333HHblin Выходнои Вывод, а такл-.;:. первь.й разрядный диод, включенный между общим выводом M одним из вы в<>дов разбоя)ей об>уотки, ) агруз)::3 подключена к::редней точке Двухобмото гнс)го дросселя.

Недос ..- QK In336cTHQ!-о )стройства обусловлен тем, что при ограничении сквозНОГО TQK3 Оомотки дрОсселя насыщения рабочая и подмагн)лчивающая обмотi:M еключз)отся последОВат8льнй и Бстр8чнс и

ДЛЯ СНИЖBНИЯ В8ЛИЧИ,bl С)<ВОЗНОГО TQKB Не" обходим)3 повышать коэффициент òð3Hñi«<,рмации дросселя насыщения, т,е. увеличивать число витков обмотки подмагничивзния, что приводь)) к увеличению мзссь и габаритов дросселя.

Цель изобретения — повышение надел<ности и снижение массогзбз ритных показателей.

) )оставленная цель рос. игае гся -ем, то в г)реобразователь постоянного напряжения в постоянное, содержащ)лй BKoäíîé, выхОДИОЙ и ОбЩиЙ 6)ыводы ДлЯ Г)ОДключ6ниЯ источника постояннОГО нап)ряж8ния и нзГрузхи соответственно, ДнухобмОтОчныЙ

Дооссель насыщения с рабочей и пОДмаГни.)иэающей Обмотками, первый упоавлязмый кл)очеВОЙ ал8мент, одним из выв3дОВ сОединенный с Входны)4 Выводом, а друГим — с

0 Ч Н ИМ ИЗ;с)ЫВОДОВ OP a r Q ) КИ, ПОЛ МЗГНИЧИР 3ния, другой вывод KQTQp.)й 0<)pa:)y6T указанный выходной вь.вод, а также первыл разрядный длод, включенный ме.кду общим

-,ыводом и одним из выводов рабочей обМОтки, ДОП<31)нительь)0 Введены ВТсроА уп" равляемый кл.очевой элемент M BTopQA

Оззрядный диод, причем второй управля8 мый ключе)сюй элемент "оединен последовательно с первым и свобог,нь м выводом подключен:,< общему в=:;;îäíîìó вы -opy. вторОЙ )3ззрядный диод вклк)чен 3 TQin же направлении, что и г:,с)<. А .-;, между О) щей точкой соедин )ния рабоч>Й обмотк14 с первым разрядным диодом )л входным выв дом, а раоочая обм<.; -". вк:. :ючена в

H3ã,O3BE)8Hèê, обратно.4 I)0 OTHO(LiBHM)0 К направлению вкл)очения подм- !Гничлвс )0(ц8и

<>бм)3тl

Лреобрззсватель содержит двухобмоочный дроссель ) с рабочей обмоткой 2 и вторичной обмоткой 3 подмагничивания, два последовательно соединенных диода 4 и 5, образующие диодный полумост, два последовательно с-оединенных полупроводниковых кл;Оча б M 7, образующие голупроводниковый полумост, электродвигатель 8, Являюгдийся нагрузкой преобразователя. Диодный (4 и 5) Eи полупроводниковый (6 и 7) почумосты включены параллельно и по))кл. Очены K l)QTQi!I Mку питания, ),QH6!E )3гба )ей сбмотки 2 дросселя и начало Оомотки 3 подмагничивания подсоедине;Hbi к средней т3чке 9 полупроводникова, О погумоста б, 7, начало рабочей обмотки 2 подсоединено к средней точке 30 диодного пс0)умоста 4,!3, 3 конец обмотки 3 подмзгничивания связан с одним выводным концом электродвигателя )>. BTQрой конец которого подсс::едине,n к отрицательному (общемуl в ы воду источника питания, IP80 3IP33OBBТВЛЬ ПОСТОЯН -!ОГО НЗПРЯ. -.:.ения в п)>стоя) ное рь)бстает c ergy;0-),им

":бразом.

)- ЕЖИМ ДВИЖЕНИЯ, Г)ри Bl:лючении полупооводникоБОГО ключа б )тодмзгничива!Ощая 00)40тка 3 на

1702496 магничивает дроссель 1 насыщения таким образом, что его рабочая точка перемещается в точку 1 (фиг. 2), при выключении полупроводникового ключа 6, рабочая обмотка 2 дросселя 1 насыщения включается в разрядную цепь с диодом 4 согласно с обмоткой 3 подмагничивания и рабочая точка дросселя насыщения перемещается в точку, 2 (фиг, 2), не г;репятствуя протеканию тока.

При последующем включении полупроводн ;;-;о во го кл юча 6 подмагн ич ива юща я обмотка "= дросселя 1 насыщения подключается в цепь разрядного диода 4 и на время перемагничивания дросселя 1 ограничивает сквозной ток через полупроводниковый ключ 6 и диод 4. при этом рабочая точка дросселя насыгцения перемещается в —:очку

3 (фиг. 2).

Режим торможения.

При включении полупроводникового ключа 7 подмагничивающая обмотка 3 намагничивает дроссель 1 насыщения таким образом, что его рабочая точка перемещается в точку 1 (фиг. 2), при выключении полу-! проводникового кл оча 7 рабочая обмотка 2 дросселя 1 насыщения включается в разрядную цепь с диодом 5 согласно с обмоткой 3 подмагничивания, Обгэазуя цеп,, встречную источнику питания, и рабочая точка дросселя насыщения перемещается в точку 2 (фиг. 2), не препятствуя протеканию тока.

При последующем включении полупроводникового ключа 7 рабочая обмотка 2 дросселя 1 насыщения подключается в цепь разрядного диода 5 и на время перемагничивания дросселя 1 ограничивает сквозной ток через полупроводниковый ключ 7 и диод

5, при этом рабочая точка дросселя насыщения перемещается в точку 3 (фиг. 2).

Применение такой схемы включения дросселя насыщения позволяет при том же коэффициенте трансформации, т.е, при тех же массе и габарите дросселя насыщения, уменьшить величину сквозного тока через разрядные диоды.

Для случая включения дросселя насыщения (фиг. 1) величина сквозного тока через полупроводниковый ключ 6 или 7 и разрядный диод 4 или 5 составляет ! к.э -- !и (1 + )

1 (1)

zp где !кэ — ток через коллектор-эмиттер;

Ií — ток нагрузки;

К р — коэффициент трансформации з . дросселя насыщения, k p = —, МЦ из и мц — количество витков в обмотках, На фиг. 3 и 4 приведены осциллограммы напряжения и тока через ключ и диод без ограничивающего дросселя насыщения и с дросселем насыщения, Как видно из осциллограмм, в данной

5 схеме обеспечивается надежное ограничение сквозного тока через полупроводниковый ключ. Например, при k p = 4 для известного преобразователя и предлагаемсй схемы сквозные токи через полупровод10 никовый ключ и разрядный диод соответственно равны: для известного устрой ст ва

1 ! к.э =!н(+ — ) =133 !н, 4 — 1 !

5 1 ! добр = !н (— — ) = 033 !и, 4 — 1. для предлагаемого устройства ! к, =!. (1 + — ) =-1,25 !„ 4:

20 !добр = 0,25 !н

Как видно из приведенного примера, для предлагаемого устройства при одном и том же дросселе и разном включении его обмоток получается меньшее значение

25 сквозного тока., т.е. при тех же заданных значениях сквозных токов можно уменьшить коэф ициент трансформации дрсссел= и таким обре,.: -; снизить массу и габариты всего устройства.

30 Оценка теплового воздействия токов для схемы по фиг. 1 дает следующие примерные результаты при Опит = 30 H. :";ç осциллограмм на фиг. 3

Римп.макс = !-!к.э !к.э = 10 В, 78 А =- 780 Вт;

35 имп имп

Римп.ср f .1к,э. (к.э . — 5,7 Вт, о где t M — время действия сквозного тока, тимп "-. 1,7 мкс.

Из осциллограмм на фиг. 4

Римп,макс = 1 В . 25 А = 25 Вт; имя тимп

Римп.cp = / 0к.э . !к.э . -à — 0,7Вт, о

1имп = 6 мкс, 45 При этом мощность потерь в установившемся режиме=30 Вт.

Как видно из расчетов разница в средней импульсной мощности не очень велика по сравнению с мощностью потерь в уста50 новившемся режиме, однако разница в вели инах мгновенной мощности потерь велика — примерно в 30 раз.

Если величина максимальной им -ульсной мощности на транзисторе превысит

55 максимальную допустимую, он выйдет из строя.

Величина скво"-ного тока в случае отсутствия дросселя насыщения определяется только сопротивлением цепи: транзистордиод-провода, и величиной напряжения источника питания. При LJII

В случае применения дросселя насыщения схема по фиг. 1 работоспособна при больших напрЯжениЯ питйния, TBK K3I< сквозной ток ограничивается дросселем насыщения и не превышве Величины н<3 фиг, 4.

Формула изобретен ия

Преобразователь постоянного напряжения в поСтоянное, содержащий входной, выхОДной и Общий Выводы ДлЯ подключени. I

ИСТОЧНИКа ПОСТОЯННОГО напРЯЖЕНИЯ И H-="."грузки соответственно, двухобмоточный дроссель насыщения с рабочей и подмагHvчивающей обмотками, первый управляемый ключевой злемент, одним из выводов соединенный с ВхОдным Выводом, а другим с

Одним из выводов Обмотки.подмагничивания, другой вывод которой образует указанный выходной вывод, а также первый разрядный диод, включенный между общим

5 выводом и одним из выводов рабочей обмотки, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и снижения массогабаритных показателей, дополнительно введены второй управляемый ключевой зле10 мент и второй разряднь1й диод, причем второА управляемый ключеВОЙ элемент соединен последовательно с первым и свободным выводом подключен к общему выходному выводу, второй разрядный диод

15 включен в том направлении, что и первый, мех".ду общей точкой соединения рабочей обмотки с первым разрядным диодам и входным выводом, а рабочая обмотка включена в направлении, обратном по отноше20 нию к направлснию включения подмагничивающей обмотки, и своим свободнь,м выводом подключена к общей точке соединения первого управляемого ключевого элемента с гюдмагничивающей обмоткой, 25

1702496

Составитель Л, Ус-.инк л:

Техред M.Màðãåíò-; л

Редактор А. Огар

Кор;актер . Гирнвк

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Уж; с род, ул.Гагарина. 101

Заказ 4550 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретенивм и открьтивм = ри ГКНТ СССР

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