SU1741243A1 - Преобразователь посто нного напр жени - Google Patents

Abstract

Использование: системы вторичного электропитани . Сущность изобретени : преобразователь содержит транзисторы (1 - 4), диоды (5,6,22,23), трансформатор (7), дроссель (9) и блок управлени  (10). Введены два конденсатора (11,12), две пары диодов

Description

Изобретение относитс  к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитани  дл  преобразовани  посто нного напр жени .

Известен преобразователь посто нного напр жени , содержащий четыре транзистора , соединенных по мостовой схеме и зашунтированных обратными диодами, в котором обеспечиваетс  снижение динамических потерь при включении путем введени  демпфирующего дроссел . Запасенна  энерги  дроссел  с помощью дополнительного диода рассеиваетс  на резисторе, запасенна  энерги  конденсатора, включенного через диод параллельно транзистору, рассеиваетс  на резисторе при открытом состо нии транзистора.

Такой преобразователь имеет низкие КПД и коэффициент использовани  транзисторов потоку и напр жению, особенно при

высоких уровн х напр жений источника питани .

Наиболее близким к предлагаемому изобретению  вл етс  преобразователь, выполненный по мостовой схеме, включающий в себ  четыре транзистора, зашунтированных обратными диодами. В диагональ моста включены демпфирующий конденсатор и параллельно ему последовательно соединенные датчик тока, силовой трансформатор и демпфирующий дроссель, а параллельно трансформатору и демпфирующему дросселю включен дополнительный дроссель. Кроме того, преобразователь включает схему управлени , св занную с датчиком тока.

Основным недостатком преобразовате- } л   вл етс  низка  надежность, св занна  с перегрузкой по току транзисторов при включении. Это вызвано тем, что при каж-.

Х|

Јь

1.Я

fO &

Ы

дом первоначальном запуске преобразова тел , когда демпфирующий конденсатор разр жен,происходит его зар дка через открытые транзисторы током, определ емым внутренним сопротивлением транзисторов. При этом датчик тока совместно с нагрузкой шунтирован демпфирующим конденсатором . Защитные фуйк-ции схемы управлени  по току исключены. В этой св зи проблематично получение больших мощностей в нагрузке . Ограничение регулировани  выходной мощности на повышенных частотах св зано с наличием большой паузы между управл ющими импульсами, определ емой процессами перезар дки- демпфирующего конденсатора через дополнительный дроссель и цепи нагрузки, сопротивление которой существенно увеличиваетс  при малых токах нагрузки.

Цель изобретени  - повышение надежности и расширение пределов регулировки выходной мощности за счет улучшени  условий выключени  транзисторов преобразовател .

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в известном преобразователе посто нного напр жени , содержащем четыре транзистора и трансформатор с последовательно соединенным дросселем, включенные по мостовой схеме, четыре диода, шунтирующих транзисторы в обратном направлении, блок управлени , введены два конденсатора , две пары диодов, два ограничительных дроссел , а в трансформатор введены две дополнительные обмотки, при этом конденсаторы через.введенные диоды первой пары включены параллельно двум транзисторам , соединенным одноименными выводами , параллельно конденсаторам включены цепочки из последовательно соединенных дополнительной обмотки трансформатора , ограничительного дроссел  и диода второй пары, базы транзисторов подключены к выводам блока управлени .

При этом импульсы управлени , подаваемые на первый транзистор каждого плеча , имеют длительность больше длительности импульса управлени  вторым транзистором .

Передача запасенной энергии демпфирующих конденсаторов и дроссел  в нагрузку при открытом состо нии первых транзисторов обеспечивает их последующее выключение при малых токах в отсутствии посто нного напр жени , повышает КПД и надежность преобразовател  и позвол ет уменьшить электромагнитное излучение за счет формировани  синусоидальных токов при переключени х.

На фиг,1 представлен преобразователь посто нного напр жени ; на фиг.2 представлены временные диаграммы токов и напр жений в характерных точках, по сн ющие работу одного плеча преобразовател . Преобразователь содержит транзисторы 1-4, соединенные по мостовой схеме, первые транзисторы 1,3 зашунтированы обратными диодами 5,6, выходной трансфор0 матор 7, первична  обмотка 8 которого через демпфирующий дроссель 9 подключена к выходу транзисторного моста (диагональ переменного тока). Управление транзисторами 1,3 и 2,4 осуществл етс  им5 пульсами разной длительности с блока уп- равл ени  10. Транзисторы 1,3 открыты более длительное врем  по отношению к открытому состо нию транзисторов 2,4. Параллельно транзисторам 1,3 включены де0 мпфирующие конденсаторы 11,12, через вторые диоды 13,14. Параллельно конденсаторам 11,12, включены их зар дные цепи из последовательно включенных дополнительной обмотки 15,16 трансформатора 7, огра5 ничительных дросселей 17,18 и разделительных диодов 19,20. При этом раздели- тепьные диоды 19,20 включены согласно с вторыми диодами 13,14, а дополнительные обмотки 15,16 - противофазно. Источник

0 питани  21 подключен ко входу транзисторного моста (диагонали посто нного напр жени ).

Формирование управл ющих напр жений возможно самыми разнообразными ус5 тройствами: программируемыми таймерами , лини ми задержки и т.д.

На фиг.2 прин ты следующие обозначени : IKL 1к4, UKI, UK4, 1)б1, 11б4 - напр жение и ток транзисторов 1,4; Uia - напр жение на

0 конденсаторе 12; he - ток дроссел  18; IG - ток через диод 6; tu - номинальна  длительность импульсов управлени  транзисторами 2,4; тз - врем , на которое задерживаетс  открытое состо ние транзисторов 1 и 3 дл 

5 обеспечени  зар да конденсаторов 11,12.

Преобразователь работает следующим образом. В исходном состо нии транзисторы 1,2,3,4 закрыты, демпфирующие конденсаторы 11,12 разр жены. На транзисторы

0 1,4 синхронно подаютс  отпирающие импульсы Uei; U64, через демпфирующий дроссель 9 и первичную обмотку 8 нарастает ток со скоростью, определ емой индуктивностью демпфирующего дроссел  9, парамет5 рами трансформатора 7 в целом зар дной цепью нагрузки. Одновременно происходит зар дка демпфирующего конденсатора 12 через разделительный диод 20, дополнительный ограничительный дроссель 18 от дополнительной вторичной обмотки 16

трансформатора 7,  вл ющейс  источником напр жени , Отношение витков первичной обмотки 8 трансформатора 7 к виткам каждой дополнительной обмотки 15,16 выбираетс  равным двум или несколько больше. Во врем  открытого состо ни  транзистора 4 происходит резонансна  зар дка демпфирующего конденсатора 12 до почти удвоенного значени  напр жени  на дополнительной обмотке 16. При достижении напр - жени  на конденсаторе 12, равного напр жению источника питани  21, избыточна  запасенна  энерги  в ограничительном дросселе 18 передаетс  в нагрузку по цепи: диоды 20,14 - транзистор 1 - дроссель 9 - первична  обмотка 8 трансформатора 7 - дополнительна  обмотка 16 - дополнительный дроссель 18.

При этом к обмотке 8 приложено напр жение , примерно равное Епит, напр жение в обмотках 15,16 составл ет около 1 /2 Епит Зар дка другого демпфирующего конденсатора 11 не происходит, поскольку к диоду 19 приложено обратное напр жение от обмотки 15. При сн тии управл ющего сигнала с транзистора 4 последний начинает выключатьс . Демпфирующий конденсатор 12 разр жаетс  через открытый еще транзистор 1 на дроссель 9 и трансформатор 7 и  вл етс  источником напр жени  дл  на- грузки. Скорость разр дки конденсатора 12 определ ет скорость нарастани  напр жени  на транзисторе 4 С учетом времени выключени  транзистора 4 можно обеспечить выключение при минимальном напр - жении на транзисторе, а следовательно, при малых динамических потер х мощности в транзисторе. После разр дки конденсатора 12 до нулевого значени  запасенна  энерги  в демпфирующем дросселе 9 и трансформаторе 7 замыкаетс  через диод 6 и открытый транзистор 1 и передаетс  в нагрузку. После передачи энергии дроссел  9 в нагрузку ток в нем уменьшаетс  практически до нул , снимаетс  управл ющий сиг- нал с транзистора 1. последний выключаетс  при малом токе, определ емом током намагничивани  трансформатора. Замыкание цепи тока намагничивани  во врем  паузы происходит через соответствующие диодные цепи: 6,22 и 5,23. Поскольку цепи 16,18,20,12 разделены диодом 14, процессы в них определ ютс  параметрами зар дного контура, образованного этими элемента

ми. Обмотки 15 и 16  вл ютс  источниками напр жени  в определенное врем  дл  ре зонансной зар дки конденсаторов 11, 12

В предлагаемом преобразователе максимальное напр жение-на транзисторе при переключени х гарантируетс  равным напр жению источника питани .

При подаче управл ющих сигналов на другую пару транзисторов 3,2 процесс работы преобразовател  аналогичен вышеописанному . При этом в работе участвуют зар дна  цепь, состо ща  из диода 19, дроссел  17, дополнительной обмотки 15, демпфирующего конденсатора 11, диода 13, цепь рекуперации избыточной энергии дроссел  17, диоды 19,13, транзистор 3, трансформатор 7, дроссель 9, дополнительна  обмотка 15 трансформатора 7. Таким образом, за счет разделени  во времени выключени  транзисторов каждого плеча моста и организации условий выключени  транзисторов при малых токах и напр жени х исключаютс  перегрузки транзисторов при переключени х, фиксируетс  максимальное напр жение ,на транзисторах при переключени х, равное напр жению источника питани , и гарантируютс  безопасные услови  работы транзисторов как в процессе работы, так и при первоначальном запуске

Claims (1)

1. Формула изобретени  Преобразователь посто нного напр жени , содержащий четыре транзистора и трансформатор с последовательно соединенным дросселем, включенные по мостовой схеме, четыре диода, шунтирующих транзисторы в обратном направлении, блок управлени , отличающийс  тем, что, с целью повышени  надежности за счет улучшени  условий выключени  транзисторов , введены два конденсатора, две пары диодов, два ограничительных дроссел , а в трансформатор введены две дополнительные обмотки, при этом конденсаторы через введенные диоды первой пары включены параллельно двум транзисторам, соединенным одноименными выводами, параллельно конденсаторам включены цепочки из последовательно соединенных дополни тельной обмотки трансформатора, ограни ченного дроссел  и диода втором введенно1 пары, базы транзисторов подключены к вы водам блока управлени .