Преобразователь постоянного напряжения

Преобразователь постоянного напряжения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в источниках вторичного электропитания. Цель изобретения - повышение кпд. Преобразователь содержит последовательные цепи 1, 2 из двух конденсаторов 3, 4 и двух ключевых элементов 5, 6, точки соединения которых связаны через первичные обмотки 8, 9 выходного 7 и вспомогательного 10 трансформаторов. При переключении ключевых элементов 5, 6 формирование траектории их переключения на этапах включения и выключения осуществляется с помощью демпфирующих конденсаторов 11, 12 и диодов 13, 14, 15, 16. Подготовка демпфирующих цепей для очередного этапа работы осуществляется с помощью вторичных обмоток 17, 18 вспомогательного трансформатора 10. Напряжения с обмоток 17, 18 перезаряжают конденсаторы 11, 12 до необходимого напряжения, не увеличивая рабочий ток ключевых элементов 5, 6. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК ((9) (I!) (st)s Н 02 М 7/538

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4619559/07 (22) 14.12.88 (46) 23.07.91. Бюл. М 27 (71) Чувашский государственный университет им,И.Н.Ульянова (72) В.И.Костылев и В.А.Баймулкин (53) 621,314.058(088.8) (56) Электронная техника в автоматике./Под ред. Ю.И.Конева. Вып. 17, М.; Радио и связь, 1987, с. 142, рис. 1.

Авторское свидетельство СССР

М 1453560, кл. Н 02 M 7/537, 15.06.87.

Европейский патент hh 82071, кл,Н 02 М 7/537, 22;06.83. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО

НАПРЯЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в источниках вторичного электропитания.

Цель изобретения — повышение КПД. Преобразователь содержит последовательные цепи 1, 2 из двух конденсаторов 3, 4 и двух ключевых элементов 5, 6, точки соединения которых связаны через первичные обмотки

8, 9 выходного 7 и вспомогательного 10 трансформаторов. При переключении ключевых элементов 5, 6 формирование траектории их переключения на этапах включения и выключения осуществляется с помощью демпфирующих конденсаторов

11, 12 и диодов 13, 14, 15, 16. Подготовка демпфирующих цепей для очередного этапа работы осуществляется с помощью вторичных обмоток 17, 18 вспомогательного трансформатора 10, Напряжения с обмоток 17, 18 перезаряжают конденсаторы 11, 12 до необходимого напряжения, не увеличивая рабочий ток ключевых элементов 5, 6. 2 э,п. ф., 4 ил.

1665484

30

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в источниках вторичного электропитания систем радиотехники, автоматики и вычислительной техники.

Цель изобретения — повышение КПД.

На фиг. 1 приведена схема электрическая полумостового преобразователя постоянного напряжения; на фиг. 2 — схема электрическая мостового преобразователя постоянного напряжения; на фиг. 3 и 4— диаграммы токов и напряжений на элементах преобразователя при различных режимах работы.

Преобразователь постоянного напряжения (фиг. 1) содержит последовательные цепи 1 и 2 из двух конденсаторов 3 и 4 и двух ключевых элементов 5.и 6, например транзисторов, выходной трансформатор 7, первичная обмотка 8 которого включена последовательно с первичной обмоткой 9 вспомогательного трансформатора 10, первый 11 и второй 12 демпфирующий кондесаторы, первый 13, второй 14 демпфирующие диоды, третий 15 и четвертый 16 возвратные диоды, связанные с первой 17 и второй 18 вторичными обмотками вспомогательного трансформатора 10, первый 19 и второй 20 дополнительные дроссели, блок 21 управления.

Преобразователь, изображенный на фиг. 2, содержит те же самые элементы, что на фиг. 1, за исключением первой последовательной цепи, в которой конденсаторы 3 и 4 заменены на ключевые элементы 22 и 23 (например, на транзисторы), которые могут быть зашунтированы обратными диодами, В качестве ключевых элементов могут использоваться любые управляемые полупроводниковые приборы, например двухоперационные тиристоры.

Преобразователь постоянного напряжения работает следующим образом.

Управляющие электроды всех ключевых элементов преобразователя подсоединены к выходным выводам блока 21 управления.

Блок 21 управления вырабатывает импульсы напряжения для управления ключевыми элементами 5, 6, 22, 23, сдвинутые по фазе на половину периода (24, 25, 26, 27 фиг. 3, 4), т.е, когда один ключевой элемент открыт, другой в это время закрЫт, Длительность импульсов управления и частота их следования задаются блоком 21 управления в соответствии с требуемы м законом регулирования в зависимости от назначения преобразователя. Например, при использовании преобразователя в регулируемом режиме в источниках вторичного электраоитания частота следования импульсов может быть постоянной;а ихдлительность меняется от нуля до половины периода, т.е, сначала выключается один ключевой элемент, затем он включается и следует бестоковая пауза, потом включает- . ся другой и т.д.

В установившемся режиме работы преобразователя напряжение питания, поданное на вход преобразователя, делится пополам конденсаторами 3 и 4, Допустим, что в предыдущий полупериод работы преобразователя был открыт ключевой элемент

5, ток протекал от входного вывода (28. 29 фиг. 3, 4) через ключевой элемент 5, первичные обмотки 9 и 8 и конденсатор 4. При этом конденсаторы 11 и 12 заряжены с полярностью, показанной на фиг, 1 без скобок, до напряжений, равных соответственно напряжению на конденсаторе 3 и напряжению между средними точками последовательных цепей 1, 2.

После того, как с блока 21 управления поступит импульс напряжения на запирание ключевого элемента 5, ток в нем начинает уменьшаться. При этом ток 30, 31 намагничивания (фиг. 3 и 4) первичных обмоток 9 и 8 трансформаторов 7 и 10 открывает диод 14 и начинает перезаряжать конденсатор 12 (32, 33. фиг, 3, 4). Следовательно, в момент начала спада тока ключевого элемента 5 (26, 34, фиг. 3, 4) напряжение на нем равно нулю (35, 36, фиг.

3, 4) и в дальнейшем скорость его нарастания определяется перезарядом конденсатора 12. Таким образом, путем выбора емкости конденсатора 12 можно сформировать требуемую траекторию выключения ключевого элемента 5, По мере перезаряда конденсатора 12 напряжение на нем меняет свой знак (полярность напряжения указана в скобках на фиг. 1) и в момент, когда потенциал правого вывода конденсатора 12 станет более отрицательным, чем потенциал нижнего вывода конденсатора 4, диод 14 закроется и отопрется диод ключевого элемента 6.

В следующем полупериоде блок 21 управления вырабатывает импульс напряжения на отпирание ключевого элемента 6 (24, 25, 26, 27, фиг. 3, 4) и напряжение на нем уменьшается до нуля (29, 37, фиг. 3, 4). При этом образуется цепь протекания тока (38.

39, фиг. 3, 4) от входного вывода через конденсатор 3, первичнйе обмотки 8 и 9 трансформаторов 7 и 10 и ключевой элемент 6.

Изменение направления протекания тока через первичную обмотку 9 трансформатора 10(30, 31, фиг. 3, 4) приводит к появлению напряжения иа первичной обмотке 9 (40, 41, фиг, 3, 4) и соответственно на обмотках 17 и

1665484

10

35

55

18 с полярностью, показанной в скобках.

Напряжение на обмотке 18 является запирающим для диода 16, а напряжение на обмотке 17 (42, 43, фиг. 3, 4) — отпирающим для диода 15. Начинается перезаряд конденсатора 11 по цепи — диод 15, конденсатор 3, конденсатор 11, обмотка 17, который происходит под действием приведенного трансформатора 10 тока ключевого элемента 6, в свою очередь являющегося приведенным силовым трансформатором 7 током нагрузки. С течением времени потенциал правого вывода конденсатора 11 (44, 45, фиг. 3, 4) понижается (см. полярность в скобках на фиг. 1) и при достижении им потенциала входного вывода отпирается диод 13, что приводит к уменьшению тока через ключевой элемент 6 на величину тока обмотки

17. На этапе выключения ключевого элемента 6 процессы в схеме протекают аналогично рассмотренным, и скорость нарастания напряжения на нем ограничивается конденсатором 11.

В качестве материала сердечника вспомогательного трансформатора 10 можно использовать как материалы с прямоугольной, петлей гистерезиса, так и с линейной характеристикой намагничивания. В первом случае время перемагничивания сердечника вспомогательного трансформатора 10 должно быть больше времени перезаряда конденсаторов 11 и 12.

При запирании одного из ключевых элементов ток намагничивания певичных обмоток замыкается через один из обратных ключевых элементов, тем самым уменьшая напряжение на включающемся ключевом элементе до нуля, облегчая его режим. Если же до момента включения ток намагничивания успевает упасть до нуля, то начальное напряжение в момент включения ключевого элемента равно нулю, а ток через него, без учета индуктивностей рассеивания элементов схемы, — приведенному току нагрузки.

Тем не менее на практике благодаря наличию индуктивностей рассеивания выходного 7 и вспомогательного 10 трансформаторов напряжения на ключевых элементах достигают нуля раньше, чем ток установившегося значения. Если же индуктивности рассеивания настолько малы, что этого не происходит, последовательные цепи из обмоток 17, 18 и диодов 15, 16 следует подключить к входным выводам через дополнительные дроссели 19, 20, Это позволяет с помощью вспомогательного трансформатора 10 на этапах спада напряжений на отпирающихся ключевых элементах снизить ток через них до требуемого значения. С другой стороны, энергия, накапливающаяся в дросселях 19 и 20, расходуется на перезаряд конденсаторов 11 и 12, а если он закончится раньше, чем ток в дросселях 19 и 20 спадет до нуля, то остаток этой энергии будет рекуперирован в нагрузку после отпирания дополнительных диодов 13 или 14.

Принцип работы преобразователя, изображенного на фиг. 2,ничем не отличается от обычного мостового преобразователя, а работа элементов схемы формирования траектории переключения ключевых элементов подобна рассмотренной с той лишь разницей, что токи перезаряда конденсаторов 11 и 12 замыкаются не через конденсаторы 3 и

4, а через соответствующие ключевые элементы 22 и 23, В преобразователе постоянного напряжения путем выбора емкости конденсаторов возможно формирование требуемой траектории переключений ключевых элементов с любыми динамическими параметрами, что обеспечивает его повышенную надежность. С другой стороны, предлагаемый инвертор имеет больший КПД, поскольку потери в ключевых элементах уменьшаются, а формирование траектории происходит без потерь энергии.

Формула изобретения

1. Преобразователь постоянного напряжения, выполненный по мостовой или полумостовой схеме инвертора, диагональ переменного тока которого через выходной трансформатор присоединена к выходным выводам и зашунтирована двумя цепями, каждая из которых состоит из демпфирующего конденсатора и демпфирующего диода, точки соединения которых через последовательно соединенные цепи из обмоток дросселя и возвратных диодов подключены к входным выводам соответственно, отличающийся тем, что. с целью повышения КПД, в диагональ переменного тока инвертора введена первичная обмотка введенного вспомогательного трансформатора, две вторичные обмотки которого включены последовательно в цепи обмоток дросселя и возвратных диодов соответственно.

2, Преобразователь по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что последовательно в цепи из обмоток дросселя и возвратных диодов введены дополнительные дроссели.

1Г65484

1665484

4Ç

Составитель B,Åæîâ

Редактор С.Патрушева Техред М.Моргентал Корректор В.Гирняк

Заказ 2398 Тираж 388 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101