Стабилизированный преобразовательнапряжения

 

<„,817944

ОП ИСАНИ Е

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 08.01.79 (21) 2709760/24-07 (51) М.К .з с присоединением заявки №вЂ”

Н 02 М 7/537

Геаударетвеииый кемитет

СССР ао делам изебретеиий и аткрытий (23) Приоритет—

Опубликовано 30.03.81. Бюллетень № 12

Дата опубликования описания 05.04.81 (53) УДК 621.314..57 (088.8) / "

/

Й (72) Автор .изобретения

Р. Г. Константи нов (71) Заявитель (54) СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано во вторичных источниках электропитания с преобразованием напряжения.

Известен преобразователь, содержащий выходйой трансформатор, первичная обмотка которого имеет отвод от средней точки, разделяющий ее на две секции, и соединенный через фильтрующий дроссель с одним из полюсов источника питания, основные силовые ключи, соединяющие концы секций первичной обмотки с другим полюсом источника питания, дополнительные силовые ключи, шунтирующие дроссель вместе с каждой из секций первичной обмотки выходного трансформатора, и узел автоматической коммутации с дополнительной обмоткой трансформатора, выводы которой подключены к управляющим переходам дополнительных силовых ключей, зашунтированных встречно включенными диодами. Принцип действия такого преобразователя заключается в том, что дополнительные силовые ключи шунтируют дроссель вместе с каждой из секций трансформатора на время, когда основные силовые ключи закрыты (1).

Однако в таком преобразователе велики потери в цепях управления дополнительными ключами. Объясняется это тем, что устройство потребляет ток управления, переводящий дополнительные ключи в открытое состояние, в течение всего полупериода генерируемого напряжения, в то время как дополнительные ключи необходимо открывать только на то время, когда основные ключи закрыты (т. е. только на некоторую часть времени полупериода).

Наиболее близким к предлагаемому изобретению техническим решением является стабилизированный преобразователь напряжения, содержащий два силовых транзистора, коллекторы которых соединены с конis цами первичной обмотки выходного трансформатора, выполненной в виде двух секций, общая точка которых подключена к одному из выводов сглаживающего дросселя, второй вывод которого соединен с одним из входных выводов и с общей точкой двух дополнительных силовых ключей, силовые электроды которых соединены через диоды с коллекторами упомянутых силовых тран зисторов, а управляющие электроды — через вентили с одними из крайних выводов э

817944 дополнительных обмоток трансформатора узла коммутации.

Принцип действия такого устройства состоит в том, что в нем сигнал управления на дополнительные силовые ключи подается только на время, когда закрыты оба основных ключа, а на период времени, когда один из основных ключей открыт, сигнал управления снимается (2 .

Это позволяет более рационально управлять дополнительными ключами, однако и в этом случае цепи управления дополнительных ключей потребляют мошность, значительно большую минимально необходимой.

Эти дополнительные потери мощности обьясняются тем, что в устройстве осуществляется постоянная подача отрицательного (запирающего) напряжения смешения дополнительных ключей от источника питания, тогда как в соответствии с принципом действия устройств, это необходимо осуществлять только в течение одного из полупериодов для каждо о из дополнительных ключей; для включения дополнительных ключей необходимо обеспечить ток управления, превышающий минимально необходимую величину на величину тока, создаваемого цепями отрицательного смещения; при расчетной величине тока управления включение дополнительных ключей производится от источника, величина напряжения которого равна сумме напряжений, создаваемых обмоткой сглаживающего дросселя и одной из дополнительных обмоток трансформатора, т. е. от источника с большим напряжением (напряжение, создаваемое обмоткой дросселя, не может произвольно выбираться, а зависит только от режима работы преобразователя и, как правило, примерно равно минимально возможной величине источника питания).

Цель изобретения — повышение КПД преобразователя путем исключения дополнителbHых потерь.

Поставленная цель достигается тем, что сглаживающий дроссель выполнен с дополнительной обмоткой управления, выводы которой соединены через резистор с управляющим переходом транзистора, введенного в узел коммутации, силовая цепь которого включена между средней точкой первой дополнительной обмотки трансформатора и средней точкой второй дополнительной обмотки, соединенной с эмиттерами дополнительных силовых ключей, причем крайние выводы дополнительных обмоток трансформатора соединены соответственно друг с другом через вентили, включенные последовательно.

Такое исполнение узла автоматической коммутации позволяет управлять дополнительными силовыми ключами с помощью напряжений, величина которых может быть выбрана минимально возможной, т. е. обеспечить оптимальный режим управления с минимальными потерями.

Рассмотрим работу устройства в течение одного из полупериодов генерируемого напряжения, являющегося, например, рабочим для ключей 7 и 10 (в течение всего этого полупериода ключи 8 и 1 выключены).

Схема управления 9 обеспечивает открытое состояние транзистора 7 и, в течение части этого полупериода, и его закрытое состояние — в течение оставшейся части полупериода. Когда транзистор 7 открыт, дроссель 2 накапливает энергию. Когда транзистор 7 закрывается, узел коммутации 12 обеспечивает автоматическое включение транзистора 10, напряжение на дросселе изменяет знаки и он отдает свою энергию в нагрузку через трансформатор 3 по цепи: первичная обмотка трансформатора

3 — диод 13 — открытый транзистор 10.

При этом на обмотках трансформатора 3 генерируется прямоугольное напряжение со стабильной амплитудной и скважностью единица, причем величина амплитуды этого напряжения определяется скважностью слеНа чертеже приведена принципиальная электрическая схема устройства.

Преобразователь содержит источник питания, сглаживающий дроссель 2 с дополнительной обмоткой управления, основная обмотка которого включена между одним из полюсов источника питания и средней точкой первичной обмотки силового трансформатора 3, вторичная обмотка которого подключена к нагрузке 4. Трансформатор содержит также дополнительные сек1О ционированные обмотки 5 и 6. Основные силовые ключи 7 и 8, входные цепи которых подключены к выходу схемы управления 9, соединяют крайние выводы первичной обмотки трансформатора с одним из полюсов источника питания, .а дополнительные силовые ключи 10 и 11, входные цепи которых подключены к выходу узла автомати1еской коммутации 12, соединяют крайние выводы первичной обмотки трансформатора с другим полюсом источника питания, шунтируя сглаживающий дроссель вместе с каждой из секций первичной обмотки трансформатора. Диоды 13 и 14 предохраняют ключи 10 и 11 от обратного напряжения. В устройстве в качестве ключей 7, 8, 10 и 11 использованы транзисторы. Узел автоматической коммутации содержит транзистор 15, вход которого подк,пючен к дополнительной обмотке управления сглаживающего дросселя 2, а переход коллекторэмиттер соединяет средний вывод дополнизо тельной обмотки 6 трансформатора со средним выводом дополнительной обмотки 6 трансформатора и с общей точкой дополнительных ключей 10 и 11. Крайние выводы каждой из обмоток 5 и 6 через вентили 16 и 17, 18 и 19 подключены к базовым выво35 дам ключей 10 и !1, причем анодь| вентилей 16 и 17 соединены с катодами вентилей 18 и 19.

817944 доваиия управляющих импульсов схемы управления 9. Процессы, происходящие в другой полупериод генерируемого напряжения, будут аналогичными, с той лишь разницей, что этот полупериод будет рабочим для транзисторов 8 и 11, а транзисторы 7 и 10. будет закрыты в течение всего этого полупер иода.

Рассмотрим работу узла автоматической коммутации 12.

Направление намотки дополнительных обмоток 5 и 6 таково, что, когда транзистор 7 открыт, диоды 17 и 18 закрыты обратным напряжением обмоток 5 и 6, диод 16 открыт, и напряжением обмотки 5 транзистор 11 выключается на весь рассматриваемый полупериод; диод 19 открыт, но включающий сигнал не поступает на базу транзистора 10, так как транзистор 15 закрыт напряжением дополнительной обмотки управления дросселя 2. При этом диод 13 также .закрыт обратным напряжением источника .,1 питания, напряжение на переход коллектор-эмиттер транзистора 10 не поступает, и поэтому нет необходимости в подаче запирающего напряжения смещения на базу этого транзистора. Когда же транзистор 7 закрывается, а напряжение на обмотках дросселя 2 изменяет знак, напряжение дополнительной обмотки управления этого дросселя открывает транзистор 15, и на базу транзистора 10 от обмотки 6 через открытый диод 19 поступает сигнал управления, включающий этот транзистор (при этом дроссель 2 начинает отдавать запасенную энергию в нагрузку).

В следуюший полупериод работы преобразователя узел автоматической коммутации работает аналогично по отношению к транзистору 11.

Для исключения режима «с оторванной базой» при переходных процессах (в моменты переключений) управляющие переходы транзисторов 10 и 11 могут быть зашунтированы резисторами.

В качестве силовых ключей могут быть использованы также тиристоры.

В устройстве повышение КПД обеспечивается путем исключения подачи постоянного отрицательного смешения в управляюшие цепи дополнительных ключей от источника питания и путем обеспечения подачи

«включаюших» импульсов в управляющие цепи этих ключей от источника с минимальным напряжением.

Формула изобретения

Стабилизированный преобразователь напряжения, содержащий два силовых транзистора, коллекторы которых соединены с концами первичной обмотки выходного трансформатора, выполненной в виде двух с кций, общая точка которых подключена к одному из выводов сглаживающего дросселя, второй вывод которого соединен с одним из входных выводов и обшей точхои двух дополнительных силовых ключеч, силовые электроды которых соединены через диоды с коллекторами упомянутых силовых транзисторов, а управляющие .электроды— через вентили с одним из крайних выводов дополнительных обмоток трансформатора узла коммутации, отличающийся тем, что, 2s с целью повышения КПД, сглаживающий дроссель выполнен с дополнительной обмоткой управления,, выводы которой соединены через резистор с упомянутым переходом транзистора, введенного в узел коммутации, силовая цепь которого включена между средней точкой первой дополнительной обмотки трансформатора и средней точкой второй дополнительной обмотки, соединенной с эмиттерами дополнительных силовых ключей, причем крайние выводы дополнительных обмоток соединены соответственно друг с другом через вентили, включенные последовательно.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР по за4о явке № 2688405/24-07, 24.11.78.

2. Авторское свидетельство СССР № 612366, кл. Н 02 М 7/537, 1976.

8!7944

12

1 !

1 !

1 ! !

1 !

) Редактор А. Власенко

Заказ 994/76

Составитель T. Ершова

Техред А. Бойкас Корректор М. Демчик

Тираж 730 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4