Преобразователь постоянного напряжения

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СО ЦИАЛ И СТИЧ Е СКИХ

P ЕСГ1УБЛ И К (,-,) Н 02 !1 3/335

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н Д BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ!

4 Э

ГОСУДАРСТВЕ Н Н О Е ПАТЕ НТН О Е

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) (21) 4915332/07 (22) 2F.022.91 (46) 23.11.92. Бюл. 43 (71) Томский политехнический институт им. С.!.1. 1(ирова (72) Б. А. Багинский, B. H. Макаревич и В.В.Свиридов (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Г! 1249668, кл. H 02 N 3/335, 1985.

2. Авторское свидетельство СССР !! 1697222, кл. Н 02 М 3/335, 1990. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО

НАП РЯ>!(ЕНИЯ . (57) Использование; преобразование и регулирование постоянного напряжения в системах вторичного электропитания и автоматики. Сущность изобретения: преобразователь содержит ячеек, подключенных к BxopHblM Bbl

Изобретение относится к области преобразовательной техники и предназначено для преобразования постоянного напряжения одногo уровня в постоянное напряжение другого уровня, Известен однотактный преобразователь постоянного напряжения, в котором к зажимам источника питания через ключ присоединена первичная обмотка трансформатора, а вторичная обмотка через выпрямительный диод подключена к 1.СО-фильтру причем дроссель фильтра снабжен дополнительной обмоткои, которая через диод присоединена к вторичной обмотке транс форматора (авт.св.СССР -Н 575745, кл. Н 02 !1 3/335).

„„5Ц„„1777214 А1 водам через второй транзистор 1.0 и третий транзистор 1.8,для основной ячейки 1, и дополнительные транзисторы 2.8-N.8 для дополнительных ячеек 2-N соответственно. Регулирование выходного напряжения в каждой ячейке 1-N осуществляется путем изменения относительной длительности открытого состояния третьего 1.8 и дополнительных 2.8-N,O транзисторов, При этом первый 1.7 и второй 1.0 транзисторы управляются в противофазе и открыты каждый по полпериода.

Энергия, накопленная в дросселях

1.4 и 1.5, при открытом третьем тран— зисторе 1.8 отдается в нагрузку 4.0 через трансформатор 1.1 и двухполупериодный выпрямитель 1.2 при запирании этого транзистора. 2 ил.

Недостатком данного устройства является повышеHHàÿ, по сравнению с двухтактной схемой, установленная мощность трансформатора, так как передача энергии через него происходит только при замкнутом состоянии силового ключа.

Известен однотактный преобразователь постоянного напряжения, содержащий подключенную к источнику питания цепь из последовательно соединенных двух первичных обмоток трансформатора, диода и транзистора. iåæëó началами и концами частей первичной обмотки включены два дросселя, а вторичная через двухполугер 1одный выпрямитель и емкостной фильтр t од1777214 ключена к нагрузке (авт.св.}}" 12}i966F6, кл. Н 02 М 3/335).

Недостатком этого преобразователя является ограниченный диапазон регулирования выходного напряжения. Известен однотактный преоЬразоватег ь постоянного напряжения, содержащий дроссельно-трансформаторную ячейку, в которую входит трансформатор с первичной обмоткой, состоящей из двух частей, а к вторичной через двухполупериодный выпрямитель под— ключен емкостной фильтр и нагрузка.

Me*py началами и концами первичных обмоток трансформатора включены два дросселя, а между первой парой точек соединения обмоток трансформатора и дросселей включена последовательная цепь из диода и транзистора, а две 2(} другие образуют первый и второй выводы ячейки, причем первый вывод ячейки через первый транзистор связан с первым выводом источника питания, а второй через второй транзис- 25 тор — с вторым выводом источника питания и через диод с первым выводом этого источника (Авт,св. }}Г 1697222, кл. Н 02 М 3/335). Данное устройство го технической сущности наиболее 30 близко к предлагаемому и выбрано в качестве прототипа.

Недостатком этого устройства являются ограниченная выходная мощность и пониженная надежность.

Мощность описанного преобразователя ограничена соответствующими предельными параметрами его ключейтранзисторов и диодов, причем известные методы ее увеличения путем парал- щ лельного или последовательного соединения ключей либо невозможно, либо требует специальных схемных решений,что приводит к существенному усложнению преобразователя. 45

Так как известный преобразователь является по выходу источником тока, возможно увеличение мощности путем использования таких преобразователей, выходы которых подключены к нагрузке, с в зависимости от требований, либопоследовательно, лиЬо параллельно.

Однако при этом в N раз возрастает число всех элементов, что усложняет схему и не всегда оправдано.

Пониженная надежность известного устройства обусловлена тяжелым режиМоМ работы транзистора, коллектор которого присоединен к положительно му выводу источника питания. }}ри запирании этого транзистора в нем выделяется энергия, накопленная в индуктивностях намагничивания и рассеяния трансформатора в течение смены знака тока в обмотках, так как другие пути для этого тока отсутствуют.

Описанный процесс приводит к выделению в транзисторе значительной мгновенной моцности и, следовательно, снижает надежность преобразователя.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков, то есть увеличение выходной мощности и повышение надежности преобразователя.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователе постоянного напряжения, содержащем дроссельтрансформаторную ячейку, в которую входит трансформатор с первичной обмоткой, состоящей из двух одинаковых секций, и с вторичной обмоткой, подключенной через двухполупериодный выпрямитель к выходным выводам преобразователя, между которыми включен фильтруюц|ий конденсатор, и два дросселя, один из которых включен между началами секций первичной оЬмотки трансформатора, а другой - между концами этих секций, причем между первой парой очек соединения секции первичной оЬмотки трансформатора с соответствующим дросселем включена цепочка из согласно-последовательно-соединенных первого транзистора и первого диода, а две другие точки соединения, секции первичной обмотки трансформатора и соответствующего дросселя оЬразуют первый и второй вывод основной ячейки, при этом первый вывод основной ячейки через второй транзистор соединен с первым входным выводом преобразователя, а второй вывод основной ячейки через третий транзистор соединен со вторым входным выводом преоЬразователя и через второй диод - с первым входным выводом преобразователя. По сравнению с прототипом предлагаемое устройство отличается тем, что с целью повышения надежности путем уменьшения перенапряжения на транзисторах и увеличения выходной мощности, введены N дополнитель lbix ячеек, каждая из которых выполнена идентично основной ячейке, N дополнительных транзисторов, N дополнительных диодов и один блокирующий диод, причем первый вы5 !j7721 вОд каждой дапал »ительнай ячейки пад ключРн к пРрвому вываду Основl»ОЙ ячейки, второй выгод каждой дополнительной ячейки »ерез t-.îOòâåòñòâóþ5 щий дополнительный транзистop под— ключен к второму входному выводу преобразователя и через соответствующий даполHèтельный pèîд - к первому Bõîäному вь1ваду преобразователя, а блокирующий диод включен между первым выводом основной ячейки и вторым входным выводом преоо азователя.

Таким образом, изобретение соответствует критерию новизна . Анализ 15 известных тех11ических решений в данной области техники показывает, что совокупность перечисленных выше отличительных гризнакав позволяет увеличить мощность преаоразователя и 20 повысить надежность его работы.

Схема предлагаемого преобразователя приведена на фиг.l. В его состав входят 1-;» дроссельно-трансформаторных ячеек, каждая из которых содержит трансформатор 1.1 с двумя перви ными обмотками 1.1.1 и 1.1.2.

К вторичной обмотке 1.1.3 трансформатора через мостовой вь:прямитель 1.2 подключен Pt IKoc TI»ok фипьтр 1. 3. К HB ЗО чалам и концам обмоток трансформатора 1. 1 подключены дроссели 1, 4 и

1.5, V. точке соединения обмотки

1.1,2 и дросселя 1,-1 присоединен диОд, l.v BTopoé BblBop, этОГО диода через транзистор 1.7 подкгючен к точке соединения обмотки 1.1.1 и дросселя 1.5. Точки соединения дросселя 1,4 и обмотки 1.1.1 образуют первый вывод ячейки, а точки соединения обмотки 1.1.2 и дросселя 1.5второй. Первь1е выводы всех ячеек объединены и к ним подключены выводы транзистора 1.0 и диода 2„0 второй вывод этого транзистора соедйнен с первым выводом источника яитания.

3.0, а диода — с вторым выводом источника питания. К второму выводу каждой ячеЙки подключены соответственна выводы транзисторов 1.8-N.8 и диодов 1.9-_#_.9.

Вторые выводы этих транзисторов абьединены и подключены к второму выводу источника питания 3.0, а вторые выводы диодов также абьединены и под- у ключены к первому выводу источника питания. Выходы ячеек соединены последовательно и к 1»ии подключена общая нагрузка 4.0.

-T

l, б

1а фиг.2 flpt1BcïBHht, IIBI pBëtttht изменан11Я >»аГ1ря,е".ний !1 тс к !в. 1аnряжeHие

1, l t-,ежду первь;и и вторым вива;-,алли дгассельна-трансформаторной я 1ейки, так I t » через ад1»у из сбматок трансформатора и напряжение» 1, на этой обм» Têå в масштабе 1; 2. 1а cледующих двух,диаграммах гриведсны формhl То ка 1g и напряжения » y на однэи иэ дросселей ячейки в масштабе 1:2.

Работа преобразователя в установившемся режил1е рассмотрим Г момента (см.фиг.2) отпиран»1я транзисторов 1.0, 1.Г...: .6.,;о этого момента ток через первичные обмотки трансформаторов ячеек протекал от конца к началу, обозначенному точкой на фиг.l, замыкаясь в каждой ячейке через транзисторы 1.7 и дроссели 1.4, 1.5, которые отдают энергию в наг 1рузку. Б момент t, напряжение на

»эбл»отках всех электромагнитных эле»ентов меняет знак и становится равным положение напряжения источника

»итания 3.0. liog действием этого апря»жения начинают нарастать таки всех дросселей. Одновременно начинает меняться направг,"ние тока в обмотка Tпаttс toрматарОB ОксpOГть этаГ » из »енения Определяетс;1 индуктив настью рассеяния транс» ..Ормат эрг B. Б

; амент 1„ таки дросселай и трансформаторов становятся рг аными, Tpàíç:,:стары 1,7 ячеек запираются. Напряжение на первичных обмотках тра. сформаTара устаHBâëèваетсsf рав;ым пересчитанному из втори»най цепи напряжению на кондеHcBTOpc 1.3. К дроссе лям прикладывается разность напряжений источника литания и пересчитанноIG. li0 цепям: дроссель 1.4, обмотка

1.2 и обмотка 1.1.1, дроссель 1.5 нарастает ток.

В момент с запираются транзисторы 1,8-N.8 ячеек преобразователя .

В данном случае одновременность запирания указанных транзисторов при ята для простоты изложения. В общем случае возможно изменения Bòîãî момента в каждой я ейке индивидуально.

При запирании 1.8-N.8 нагряжение 11а дросселях скачком меняет знак и становится равным напряжению на обмотках, которое остается неизменным.

Ток дросселей и трансформаторов, ранее эамыкавшиися через транзисторы

1.ь-и.8 начинает спадать I. замыкается через диады 1.9-»1.9.

17!7214

3 момент г. запирается г ранзистор 1.0 и о1пираются транзисторы

1.7 всех. ячеек. Напряжение на обмотках трансформаторов меняет знак и становится равным половине питающего, а ток начинает менять знак, замыкаясь по прежней цепи через диоды

1.9-N.9, через источник питания 3.0 и блокирующий диод 2,0 общий для 10 всех ячеек. В момент f токи обмоток трансформаторов и дросселей становят-ся равными, диоды 1.9-N,9 и 2.0 запираются. Напряжение на обмотках трансформаторов и дросселях стано- 15 вится равным и пересчиганному из вторичной цепи напряжению на конденсаторе 1.3. 3 момент t - -процессы повторяются.

Техническим преимуществом предлагаемого устройства по сравнению с прототипом является увеличенная в

N раз выходная мощность, причем без увеличения в N раз числа его элементов. Введение одного блокирующего диода создает путь тока в момент смены знака напряжения на трансформаторах, поэтому напряжение на всех

ЗО ключах предлагаемого устройства не превышает питающего, что увеличивает его надежность. Наличие нескольких ячеек расширяет функциональные возможности преобразователя, так как путем параллельно-поспедовательного 35 соединения выходов ячеек проще обеспечить заданный уровень выходного напряжения или тока, используя для стабилизации лишь одну ячейку, в то время как другие могут быть нестабилизированными.

Формула и з о б р е т е н и я

Преобразователь постоянного напря- 45 жения, содержащий основную ячейку, в которую входят трансформатор с первичной обмоткой, состоящей из двух одинаковых секций, и с вторичной обмотI«I 1, подключенной через двух полупериодный выпрямитель к выходным вывод lM преобразователя, между которыми включен Фильтруюгггий конденсатор

1 и два дросселя, один из которых вклюген между началами секций первичной обмотки трансформатора, а другой между концами этих секций, причем между первой парой точек соединения секции первичной обмотки трансформатора с соответствующим дросселем включена цепочка из согласно последовательно соединенных первого транзистора и первого диода, à p,âå другие точки соединения секции первичной обмотг<и трансформатора и соответствующего дросселя образуют первый и второй вывод основной ячейки, при этом первый вывод основной ячейки через второй транзистор соединен с первым входным выводом преобразователя, а второй вывод основной ячейки через третий транзистор соединен с вторым входным выводом преобразователя и через второй диод — с первым входным выводогл преобразователя, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения надежности путем уменьшения перенапряжения на транзисторах и увеличения выходной мощности, введены Х дополнительных ячеек, каждая из которых выполнена идентично основной ячейке, N,дополнительных транзисторов, N дополнительных диодов и один блокирующий диод, причем первый вывод каждой дополнительной ячейки подключен к первому выводу основной ячейки, второй вывод каждой дополнительной ячейки через соответствующий дополнительный транзистор подключен к второму входному выводу преобразователя и через соответствующий дополнительнь !1 диод - к первому входному выводу преобразователя, а блокирующий диод включен между первым выводом основной ячейки и вторым входным выводом преобразователя.

1777214

Р г. 2

Составитель 0.свиридов

Редактор И.Кузнецова- Техред И.Иоргентал Корректор Н.Ревская

Заказ 4126 Тираж 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