Двухтактный преобразователь напряжения

 

Использование: в системах вторичного электропитания и автоматики. Сущность изобретения: двухтактный преобразователь содержит токовый трансформатор 0 с числом первичных обмоток, равным числу выходных каналов, причем эти токовые обмотки включены последовательно с вто ричными полуобмотками выходного трансформатора 4, выполненными раздельным ; между средними выводами первичных обмоток токовых трансформаторов и объединенными выводами выпрямительных диодов включены нагрузки. Базовые обмотки токового трансформатора подключены ко входным выводам силовых транзисторов.

„„50.„„1817213 А1 союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (sos Н 02 М 3/337

ГОСУДАРСТВЕННбЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОЛИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1, . л . 3

2, (21) 4946450/07 -: . (57) Использование: в системах вторично о .. (22) 17.06.91 .:., электропитания и автоматики. СущностЬ

;(46) 23.05.93. Eiei, N. 19 . . изобретения: двухтактный преобразователь (71) Запорожский. научно-исследователь- содержит токовый трансформатор 6 с чисский институт радиосвязи ., лом первичных обмоток, равным числу вы(72) И.А, Фокин: . ходных каналов,. причем Эти токовые (56) Авторское свидетельство СССР обмотки выючены последовательйо с вто-

М 1166247, кл. Н 02 м 7/538; 1983. . - ричными. полуобмотками выходного транс-

Патент CllJA N. 4638420, кл.. Н 02 М форматора4;выполненными раздедьнь|мЪ;

7/537, 1987.::: .. - между средними выводами первичных обЗаявка.Японий Й. 56-5109, кл. H 02 М моток токоьйх трансформаторов и обьеди. 7/537,1981.: —.: ." . ненными выводами выпрямйттелЬнцх (54) ДВУХТАКТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ диодов вклкиены наrрyзки.-базовые обмотНАПРЯЖЕНИЯ .. .:: китокбвоГотрансформатора подключены ко. входным выводам сИловйх транзисто ов.

1817213 управления токового трансформатора. Точки соединения этих диодов обоих плеч обьединены. Эффективное шунтирование обмотки управления токового трансформатора на промежуток времени запирания силовых транзисторов и запирания выпрямительных диодов," а также раздельное токовое регулирование по каждому из выходных каналов расширяет дйапазон преобразуемых мощностей, уменьшает токовые всплески, сйижает уровень радиопомех, 2 с.п. ф-лы, 3 ил.

Средний вывод обмотки управления токового трансформатора 6 через диод соединен с общим выводом источника управляющего напряжения, парафазные выходы которого подключены через резисторы 22, 23, зашунтированные диодами 24, 25 к крайним выводам обмотки управления тоховогО трансформатора. Выходной трансформатор содержит две дойолйительные обмотки, подключенные через согласно-последовательн0 вклвченные цепочки йз Двух диодов

31, 30 и 33, 32 к резисторам в цепи обмотки ключены к парафаэнйм выходам источника равления 26 выбираются иэ условий: однополярных импульсов 26, другими выводамисоединены к крайним выводамобмот- U26-U21>U20 U30 U31=U29 U32 U33 I

Изобретение относится к злектротехни- ки 21 трансформатора 6 через диодные цеке и может быть использовано в системах почки30,33. Каждая издиодныхцепочек30; втарйчнаго-электропитания и автоматики. 31. 32. 33 состоит из нескольких последоваЦелью изобретения является pBcQl14p8" тельно включенных диодов (для упрощения ние диапазона преобразуемых мощностей .5- в каждой из этих цепочек условно изобрапри нескольких(М) каналах иуменьшения жен один диод). Точки соединенйя между радиопомех путем улучшения условйй собой диодных цепочек 30, 31, 32, 33 обьекоммутации силовых транзисторов. ", дйнены.

; .На фиг, 1, 2 приведены временные ха-, . Двф тактный,преобразователь.нэпря-. рахтеристики; на фиг. 3- вариант злектриче- 10 жения работает. следующим образом. Пря ской схемы сэмиттерйымуправлением,::. моугол ьн ые импульсы "напряжения жения содержит силовые трайэисторы 1:и 2, ка управляющего, напряжения 26 через ревод которой подключен ко второму входно-.. ет "+",- à HB нижнем выходе напряжение му выводу. Базы транзисторов 1, и 2 равнонулю.Управляющийтокприэтомпроподключены к концам:базовой обмоткй 5 20 текаетпо цепи; верхний"выходуп выходного трансформатора 6, первичные ro источника:26 резистор 22;.обмотка 21 . ток 9, IQ и 11, 12 соответственно; Другие .: пряжейия 26. Дйоды 24 и 27 находятся в разноименные. выводы обмоток 9. IQ и 11; 25 нейроводящем состоянии. Сумма падейий .

12:подключены через дйоды 13, 14 и 15, 16 нап лжбний на.цепочках 31 и 32 соответстк одним выводам нагрузок 17 и 18, другйе — : вует в момент начального пуска напряжевыводы которых подключены к средним вы- нию на обмотке,21 трансформатора 6 и водам первичных обмоток 7 и 8 токового -достаточна для отпирания транзистора 1, трансформатора 6 соответственно. Нагруз- 30 Благодаря действию положительной тококи 17 и 18 эашунтированы сглаживающими: . вой обратной связи обмоток 9 и 10 трансконденсаторами 19 и 20 соответственно. Уп- форматора 4 и обмотки 7 трансформатора 6, равляющая.обмотка 21 токового трансфор- а также обмоток 11.и 12 трансформатора 4 матора 6 крайними выводами подключена и обмотки 8 трансформатора 6. происходит через резисторы 22, 23, эашунтированные 35 регенеративное открывайие транэйстора 1, диодами 24, 25 к парафаэным выходам ис- На обмотках трансформатора 4 наводятся точника однополярных импульсов 26, об- напряжения с полярностью, указанной без щий вывод которого через диод 27 скобок. Соотношения чисел витков обмоток подключен к среднему выводу обмотки 21 3 и 28,29, а также чисел витков обмоток 5 и токового трансформатора 6. Дополнитель- 40 21, трансформатора 6,.выходное напряженые обмотки 28 и 29 одними выводами под- ние источника однополярных импульсов уп1817213

6 где 0г6, Vg) ° Огв, Ugg, U36, 031, Оэг, Оээ .— Из рассмотрения приведенных соотнонапряжения на выходе управляющего ис- шений следует, что величина зг1»3н гр, точника,26,. на обмотке 21 трансформатора: что обеспечивает падение напряжения нз

6, на обмотках 28 и 29 трансформатора 4 при; обмотке 21 трансформатора 6. равное нулю. максимальных токах нагрузки, напряжения 5 В момент времени t2 транзистор 1 звпирапроводящихдиодныхцепочек30,31,32,33, ется, однако напряжения нз обмотках

Диодные цепочки 30 и 31 находятся в непро- — трансформатора 4.сохраняются неизменны. водящемсостоянии,так как падейиенапря- ми на период tj-1г так как конденсаторы 19 жения на резйсторе 22 превышает . и20 оказываются подключенными кобмотнапряжение нз обмотке 28, а диодные.це- 10 кам 9 и 11 трансформатора 4 через диоды 13 почки.32, 33 находятся в непроводящем со- и 15 на период восстановления своих обратстоянии из-зз запирающей полярности нйх сопротивлений. После запирания дионзпряжейия обмотки 29, приложенной к --: дов 13-и 15(момент времени t3) напряжения зтйм диодам после осуществления пуска. В " на обмотках трансформатора 4 изменяют момент времени t1 (фиг. 2) происходит. пе- 15 знак. диодные цепочки 30, 31, 33 и 27 переременз полярйости на вйходах источника;.::-- ходят в непроводящее состояние, положиуправляющихнапряжений26(полярностьв--: тельное напряжение с нижнего выхода скобках). Вследствие инерционности запи- ..: управляющего источникб 26 йрикладываетрания транзистора 1, он остается в откры-. ся через резистор 23 к обмотке 21 трансфортом состоянии, позтому полярности: 20 матора 6, диод 24 переходит в проводящее напряженйй на обмотках трансформаторов - состояние, транзистор 2 отпирается, и ток

4 и 6 сохраняются неизменными, диодные .:::. через него определяется токами нагрузок17 цепочки 30. 31, 33 переходят в йроводящее - и 18 из-за действия токовых положительных . состояние и-подключают обмотку 28 трзйс- обратных связей обмоток 9, 10 и 7; 11, 12 и форматора4 к концамобмотки 21трансфор- 25 8.. На обмотках трансформатора 6 полярматора.6. Диод 27 переходит в проводящее. ность напряжений изменяется (полярность состояние и через половины обмотки 21-:: в скобках). Обмотка 28 трансформатора 4 трансформатора 6 протекают токи, создаю-:: оказывается отключенной об обмотки 21 щие встречйые напряжения, которые nîýòî- " трансформатора 6, диодные цепочки 30 и 33 му взаимно компенсируются. т;е. обмотка 30 не проводят ток, так как положительное на21 трансформатора 6 оказывается замкну- пряжейиена обмотке28 превышаетповелитой накоротко. Через диод 27 протекает: чине положительное напряженйе обмотки 21 упомянутый ток короткого замыкания об- трансформатора 6. Величины сопротивлений мотки 21..: ..: резисторов 22 и 23 выбираются из условия

35 функционирования преобразователя при ма3m +

U28 — U3o — U31 — Ог7: лых токах нагрузки и надежного первоначаль0,5 гд .. - ного запуска. Числа витков первичных обмоток 7 и 8 трансформатора б выбираются

U 8 — U30 — U33 — Ог7 в зависимости от величин рабочих токов на0,5 г г, . 40 груэок 17 и t8, так как вследствие того, что базовый ток биполярного транзистора (1 или ф„гв — Цзо — Ц1 — Ц7 .. 2) зависит от напРЯжениЯ эмиттеР-база нели0 5 pL7 f . - нейно, причем крутиэйа зависимости базовогде ила- Йапряжение на обмотке 28 транс-. го тока от йапРЯжениЯ 0 6длл малых базовых форматора 4. 45 токов невьicoxa. а для больших токов сущестгг1-активноесопротивлениеобмотки21 венно больше, т,е. длЯ одинаковых величин:. грансформатора 6. „изменения базового тока при "малых токах трепок нагрузки, приведенный к обмотке 21 буется большее увеличение напряжен я ад трансформатора 6 . больших базовых токов требуется меньшее из-.

50 менение U 6. Предположим, величины рабочих

+ Н .. токов нагруэок17меньше, чем диапазон рабоЗйагр -:." чих токов нагрузок 18. Тогда числа витков об7 7 8 6 6 моток должны выбираться. из условия: ,5 иг где f7, (з — токи через обмотки 7, 8 трансформатора 6 55 ц5 — 1 д(5 — г

wr;ve,вг1-числавитковобмоток7,8и21: < . « Ьг1э1,г трансформатора 6:

Н6, Ь - намагничива.ощая сила и длина средней силовой линии сердечника трансформатора 6. полуобмоток 5; обмоток 7 и 8 трансформа1817213 следующий полупериод процессы протека ат аналогично; отпираются диодные цепочки 32, 33, 31 и 27 и на время запирания транзистора 2 и восстановления обратных . сопротивлений выпрямительных диодов 14 10

20 рону увеличения мощностей.

Вариант электрической схемы полума-

° ф стового двухтактного преобразователя с .

:.эмиттерным управлением изображен на чертеже фиг. 3. Силовые транзисторы 39, 40 25

30 му выводу первичной обмотки 43 выходного трансформатора 44, Базо-эмиттерные переходы дополнительных транзисторов 41 и 42 ..35

40 тора 6, коэффициент усиления по току транзисторов 1 и 2. При выборе указанного соотношения во всех режимах обеспечиваются малые потери мощности, благодаря оптимальному регулированию. В и 16 происходит блокирование отпирания транзистора 1, благодаря чему уменьшаются токовые всплески через диоды 14 и 16 и связанные с ними радиопомехи (промежу- так времени ts — t4). Вследствие эффективного корочения обмотки 21 трансформатора 6 обеспечивается йолноценнае запирание силовых транзисторов при больших преобразуемых Мощностях, т.е, увеличивается диапазон преобразуемых мощностей в стовключены последовательно с силовыми электродами дополнительных транзисторов

41 и 42 и образуют последовательную цепочку, включенную к раэноименным вывадам первичного источника питания. Точка соединения эмиттера транзистора 41 и коллектора транзистора 40 подключена к одноподключены к обмоткам 45 и 46 первого токового трансформатора 47, обмотка управления 48 которого крайними выводами подключена через резисторы 49 и 50, эашунтированные обратными диодами 51 и 52 к парафазным выходам источника аднополярных импульсов 53. Средняя точка обмотки 48 подключена через диод 54 к общему выводууказанного йсточника управляющих импульсов 53. Между базой транзистора 39 и эмиттером транзистора 42 включены об-. мотки 55 и 56 трансформатора 57, а также диадные цепочки 58 и 59 соответственно.

Другой вывод обмотки 43 выходного трансформатора 44 подключен к среднему выводу цепочки из двух конденсаторов 60 и 61, крайние выводы которых подкл1очены к входным выводам. Дополнительные обмотки 62 и 63 выходного трансформатора 44 подключены через диодные цепочки 64 и 65, 66 и 67 к выводам резисторов 49 и 50 соот. ветственно. Диодные цепочки 64, 65, 66 и 67 состоят каждая из нескольких последовательно включенных диодов (для упрощения

55 в каждой из них изображен один диод). Тачки соединения диодных цепочек 64 и 65, 66 и 67 обьединены. Одни разноименные выводы вторичных обмоток 68 и 69, 70 и 71 подключены к анодам выпрямительных диодов

72 и 73, 74 и 75 соответственно, а другие разноименные выводы обмоток 68 и 69, 70 и

71 подключены через токовые обмотки 76 и

77, 78 и 79 трансформатора 57 к крайним выводам токовых обмоток 80 и 81 трансформатора 47 соответственно. Между средними выводами обмсток 80 и 81 трансформатора

47 и обьединенными катодами диодов 72 и

73, 74 и 75 включены нагрузки 82 и 83, зашунтированные сглаживающими конденсатарами 84 и 85 соответственно. Обмотка управления 86 такового трансформатора 57 подключена через резистор 87 к парафазным выходам источника однополярных импульсов управления 53.

Алгоритм работы полумостовога двухтактного преобразователя напряжения с эмиттерным управлением отличается от алгоритма" работы преобразователя са средней точкой выходйого трансформатора только. наличием разрыва цепи эмиттера силовых транзйсторов в моменты их выключения с целью обеспечения безопасной траектории работы силовых транзисторов.

В начальный момент включения при наличии положительного потенциала на верхнем вь|ходе источника управляющего напряжения 53 открываются диодные цейочки 65 и

67, т.к. напряжения на обмотке 63 трансформатора 44 равно нулю. Сумма падений напряжений на этих диодных цепочках достаточна для отпирания транзистора 41.

Транзисторы 39 и 41 отпираются и ток через нйх начинает определяться величиной тока через нагрузку 82 и 83, соотношением числа витков обмотки 55 к числу витков обмотки

77 трансформатора 57 а также соотношением числа витков обмотки 45 к числу витков полуобмотки 80 трансформатора 47 первого канала, а также соотношением числа витков обмотки 55 к числу витков обмотки 78 .и соотношением числа витков обмотки 45 к числу витков полуобмотки 81 второго выходного канала, При изменении напряжений на выходах источника управляющего напряжения 53 напряжение на верхнем выходе становится равным нулю диодные цепочки 64, 65, 66 и диоды 54 переходят в проводящее состояние, обмотка 48 трансформатора 47 оказывается эакороченной, запирается быстродействующий транзистор 41, разрывается цепь эмиттера транзистора 39 и он запирается в безопасном режиме через диодную цепочку 58, переходящую в проводя10

1817213 щее состояние. Перемена полярности напряжений на обмотках трансформатора 44 ходного трансформатора, крайние выводы которых через выпрямительные диоды подвых транзисторов увелйчивает диапазон ми обмотками, токовые трансформаторы, преобразуемых мощностей с одновремен- 10 обмотка управления первого-из которых отводом от средней точки соединена через первый диод с общим выходным выводом источника управляющего напряжения; а ным уменьшением радиопомех.

Формула изобретения каждым крайним выводом связана через со1. Двухтактный преобразователь напряответствующий резистор, зашунтированный диодом с парафазными выходами тор, первичные- обмотки которого выполнены со средней точкой, и вторичные источника управляющего напряжения, о тл иобмотки каналов:, силовые транзисторы и : чающи йся тем,что,сцельа расширения трансформатортока, каждая базовая обмот- диапазона преобразуемых мощностей при ка которого подключена. к управляющему 20 N выходйых"каналах и уменьшения радиовходу.соответствующег0 силового транзй- помех путем улучшения коммутации силостора, а обмотка управления:отводом oT вых транзисторов, введенbf два средней точки соединена через первый ди- : . дополнительйых транзистора, включенных од с первым входньн4 выводом:и. связана .", последовательно в цепи змиттеров силовых каждым крайним выводом через резисторы; 25 транзисторов; две дополнительные обмотки зашунтированные диодами с парафаэными ".. . в. выходнойтрансформатор, каждая из котовыходами источника напряжения упр ния, о т л и ч а io шийся тем, что, с. целью : в цепи обмотки уйравления первого токоворасширения диапазона преобразуемых:: ." готрансформатора через цепочки из соглас. мощностей ripe N выходных кайалах и 30 но последовательно включенных диодов, уменьшенйяуровйя радиопомехпутемулуч- . " причем общие точки соединения диодных шения условий коммута4йй-си сторов;.в выходной трансформат6р:введены.:: ных обмоток первого токового трансформадведополнительные. обмотки, каждая из кс-..- :. " тора выполнены со .средними точками, : торых подключена через согласно последо- 35 подключенными к одному из выходных вывательно включенййе"диодные 4епочки Y BogoB каждого иэ и каналов, а крайними ток управления токовато трансформатора,-: каждой отдельной секцией второго токового, точки- соединейия между собой указанйых : - трансформатора,. обмотка управления втодиодов обоих плеч обьсдинены; количество 40 -рого токовотр трансформатора подключена первйчных обмоток токового:т тора равно числу выхоДных ха@алов", причем точника управляющего напряжения, а базоуказанные первичные обмотки выполнены. ., вые обмотки соединены с базой силового и ному из выходных выводов, а крайними вы- 45 каждого плеча и эашунтированы цепочками водами подключены последовательно к." "иэ согласно последовательно включенных отдельным секциям вторичных обмоток Gbl " диодов. происходит после запирания транзистора

39 и восстановления обратных сопротивле-: ний диодов 73 и 75, после чего открываются . 5 транзисторы 40 и 42. Процессы в следуЮщем полупериоде протекают аналогично;

Улучшение условий коммутации силоженил, содержащий выходной. трансформа- 15 ключены к другим выходным выводам, причем количество вторичных обмоток соответствует числу выходных каналов.

2. Преобразователь по и. 1, имеющий и выходных каналов и содержащий выходной трансформатор с первичной и N вторичныюг 3

Составитель И. Фокин

Редактор

Техред M1Ìîðråíòàë . Корректор M Куяь

Заказ 1729 Тираж .. " Подписное"

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-Зб, Раушская наб;;.4/5

Производственно-издательский комбинат Патент", г;Ужгород. Ул.гагарина, 101