Двухтактный преобразователь постоянного напряжения в постоянное

Двухтактный преобразователь постоянного напряжения в постоянное

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ДВУХТАКТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, В ПОСТОЯННОЕ , содержащий силовые транзисторы , коллектор каждого из которых через первичную обмотку токового трансформатора присоединен к концам обмотки выходного трансформатора , средняя точка которой подключена к одному из входных выводов, а управляющий переход связан с вторичной обмоткой токового трансформатора, о тличающ и и с я тем, что, с целью повышения КПД и быстродействия, вторичная обмотка токового трансформатора включена последовательно в эмиттерную цепь калщого из силовых (Л транзисторов, а второй входной вывод подключен к объединенным базам зтих транзисторов.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (I9) SU(II(4(5 ) Н 02 M 3/335

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ЬЫЛь . ","ЯИ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3308357/24-07 (22) 02.07.81 (46) 30.06.85,Бюл.924 (72) У.А.Велламяэ, A.Т.Матчак, А.П.Мотыпь, P.P.Ñèëëàîòñ и Е.М.Эрлих (71) Таллинский ордена Трудового

Красного Знамени электротехнический завод им. М.И.Калинина (53) 621.314.58 (088.8) (56) 1. Транзисторные преобразователи для низковольтных источников энергии. М., "Энергия", 1978, с.31-34.

2. Патент Великобритании

В 851375,. кл.38(l)F, 1975, 3. Заявка Великобритании

В 2025166, кл. Н 02 М,7/537, 1980. (54)(57) ДВУХТАКТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯМЖНИЯ В ПОСТОЯННОЕ, содержащий силовые транзисторы, коллектор к".ждого из которых через первичную обмотку токового трансформатора присоединен к концам обмотки выходного трансформатора, средняя точка которой подключена к одному из входных выводов, а управляющий переход связан с вторичной обмоткой токового трансформатора, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения КПД и быстродействия, вторичная обмотка токового трансформатора включена последовательно в эмиттерную цепь каждого из силовых транзисторов, а второй входной вывод подключен к объединенным базам этих транзисторов.

1 164835 2

35

50

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в системах электропитания.

Известны двухтактные транзисторные конверторы с.обратной связью по току нагрузки и гальванически развязанными входом и выходом, обладающие высоким КПД в большом диапазоне изменения нагрузки Я и f2) .

Недостатком этих конверторов являются значительные потери мощности, потребляемой конвертором на холостом ходу. В основном эти потери вызваны рассеянием энергии намагничивания выходного трансформатора в элементах конвертора.

Наиболее близким к изобретению является двухтактный преобразователь постоянного напряжения в постоянное, содержащий силовые транзисторы, коллектор каждого из которых присоединен через первичную обмотку токового трансформатора к концам обмотки выходного трансформатора, средняя точка которой подключена к одному из входных выводов, а управляющий переход связан с вторичной обмоткой токового трансформатора (3) .

Данное устройство характеризуется низким КПД из-за больших потерь мощности на холостом ходу и больших динамических потерь, а также низким быстродействием.

Целью изобретения является повышение КПД и быстродействия.

Поставленная цель достигается тем, что в двухтактном преобразователе постоянного напряжения в постоянное вторичная обмотка токового трансформатора включена последовательно в эмиттерную цепь каждого из силовых транзисторов, а второй входной вывод подключен к объединенным базам этих транзисторов.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — временные диаграммы его работы в режиме нагрузки; на фиг. 3 — то же, в режиме холостого хода.

Схема включает силовые транзисторы 1 и 2, коллекторы которых подсоединены к обмотке выходного транс5 !

О

f5

40 форматора 3, связанного через выпрямители 4 с выходными выводами. Коллекторные цепи силовых транзисторов 1 и 2 связаны с первичными обмотками 5 и 6 токового трансформатора 7, вторичные обмотки которого 8 и 9 включены в эмиттерные цепи транзисторов, пусковой блок 10 — с обмоткой 11.

На фиг. 2 и 3 обозначено: а, Ь— коллекторные токи силовых транзисторов; 6,Я вЂ” эмиттерные токи транзисторов; ), 6 — базовые токи; ж — ток намагничивания токового трансформатора; ) — входной ток устройства, U — ток базы транзистора; к — ток коллектора транзистора 1; л — ток эмиттера транзистора 1.

В режиме нагрузки устройство работает следующим образом.

От пускового блока 10 поступает импульс на обмотку .11 трансформатора тока 7 с такой полярностью, которая вызывает открывание транзистора 1. При этом через коллекторный переход транзистора 1 начинает протекать ток, величина кото1 рого определяется напряжением, питания, нагрузкой и коэффициентом трансформации выходно го трансформатор а 3 (фиг.2a) .Начальный ток базы определяется разностью токов эмиттера, вели чина которого задается коэффициентом трансформации трансформатора тока 7.

31 81 Э1 к1 Ë6 = 9

Как известно из схемы замещения трансформатора, индуктивность намагничивания подключается параллельно его первичной обмотке (без учета индуктивности рассеяния). Ток первичной обмотки (без учета активных потерь) определяется как сумма приведенного к первичной обмотке токавторичной обмотки и тока намагничивания. Для случая трансформатора тока, когда ток первичной обмотки задан, ток вторичной обмотки равен разности первичного тока и тока намагничивания, умноженной на коэффициент трансформации.

Для рассматриваемого случая ток эмиттера транзистора 1 равен I - — - (I — ip) . Таким образом, Яс м1 1", К °

I I 64835 с течением времени ток эмиттера уменьшается, так как от первичного тока вычитается ток намагничивания (фиг.2ь) . Уменьшается с течением времени и ток базы, являющийся разностью токов эмиттера и коллектора (фиг.2 .) °

В момент t ток базы транзистора I изменяет свою полярность, и начинается рассасывание неосновных носителей из базы (фиг.2)). В момент t транзистор 1 начинает выходить в активный режим. При этом ток коллектора 1 начинает уменьшаться. Однако ток намагничивания трансформатора тока в обмотке 5 скачком уменьшиться не может и инГ дуцируется в обмотку 9, у которой имеется путь для его замыкания.

Следствием этого является отпирание транзистора 2 и запирание 1. . После момента t ток коллектор ра транзистора 2, как и в первом полупериоде, определяется напряжением питания и нагрузкой (фиг.2f), .Ток намагничивания трансформатора 7 изменяется по кривой фиг.2 .

Ток в обмотке 6 после момента t имеет такую полярность, что он вычитается из тока коллектора и, следовательно, складывается с током эмиттера (фиг.2z). С течением времени полярность тока намагничивания в момент С изменяется и он начинает вычитаться из тока эмиттера, уменьшая тем самым ток базы (фиг,2e). В момент.t4 ток базы изменяет полярность и в момент t> транзистор 2 запирается, а транзистор 1 открывается. В дальнейшем описанные процессы повторяют-ся.

Во все моменты времени трансформатор трка 7 так же, как и выходной трансформатор 3 работает в линейных режимах. Это обстоятельство придает устройству новое свойство, заключающееся в увеличении рабочей частоты с уменьшением тока нагрузки конвертора. Достигается это следующим образом. Скорость нарастания тока намагничивания трансформатора тока 7 пропорциональна напряжению на его обмотках. Напряжение на эмиттерных обмотках трансформатора 7 равно падению напряжения на переходах эмиттер— база транзисторов 1 или 2. С умень45

S$ дящему направлению перехода эмиттер база транзистора 1. Из-за того, что через коллекторно-базовый переход транзистора 1 .протекает ток, транзистор 1 работает в инверсном режиме, переход эмиттер-база отпирается и ток обмотки 8 замыкается, протекая от эмиттера к базе (фиг.Зл).

В момент t< ток источника питания изменяет полярность, транзистор 1 отпирается и начинается потребление энергии от источника питания. Часть потребляемого от источ à питания тока расходуется на шением тока эмиттера, например, в два раза это напряжение уменьшается незначительно. Таким образом, с изменением тока эмиттера скорость

5 изменения тока намагничивания и, следовательно, скорость спада тока базы изменяется незначительно.

При уменьшении тока коллектора, например, в два раза начальный .

10,ток базы также уменьшается в два раза, скорость его уменьшения уменьшается гораздо меньше. Это приво= диг к тому, что ток базы достигает нулевого значения почти в два

15 раза быстрее и период работы конвертора уменьшается, увеличивая частоту его выходного напряжения. Увеличение частоты с уменьшением нагрузки позволяет уменьшить амплитуду

20 тока намагничивания выходного трансформатора, уменьшив тем самым динамические потери устройства.

Из-за того, что транзисторы включены по схеме с общей базой, в уст25 ройстве существует цепь для возврата реактивной энергии намагничивания трансформатора 3 обратно в источник питания (фиг.3), При выклю чении транзистора 2 в момент t 0

30 ток намагничивания трансформатора 3 переключается на вторую половину его первичной обмотки и начинает протекать через коллекторный переход транзистора 1, работающий в этом случае в режиме диода (фиг.30 1 .интервал времени 0-t }. При этом

1 входной ток преобразователя имеет отрицательное значение, т.е. энергия не потребляется, а возвращает40 ся источнику (фиг.3)).В интервале времени 0-1, ток обмотки 5 трансформатора 7 трансформируется в обмотку 8 н направлен встречно прово1164835

5 покрытие потерь в преобразователе (фиг.3 — Зя) .

С течением времени разность между токами эмиттера-коллектора уменьшается, изменяется полярность и после рассасывания неосновных носителей в базе транзистора 1 он запирается в момент t . При этом ток намагничивания трансформатора 3 в источник питания начинает проходить через переход база-эмиттер транзистора 2. В дальнейшем описанные процессы повторяются.

Таким образом, предлагаемое устройство характеризуется малыми потерями на холостом ходу и высоким

КПД в широком диапазоне нагрузки, увеличенной рабочей частотой, позволяняцей уменьшить габариты трансформаторов, отсутствием динамических выбросов напряжения и тока транзисторов, а также возможностью работы

10 на нагрузку, ноющей значительную индуктивность, например, каскадное соединение выходных трансформаторов дляувеличения напряжения электрической развязки цепейпитания ивыходных цепей

1164835

Составитель Т.Ершова

Техред А.Бабинец

Корректор А.Зииокосоз

Редактор А.Гулько

Подписное

Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðîä, ул.Проектная, 4

Заказ 4196/52 Тираж 646

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская иаб., д.4/5