Преобразователь напряжения

Преобразователь напряжения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитания и электропривода . Цель изобретения - повышение КПД и надежности путем уменьшения динамических потерь при замыкании силового ключа. Силовой ключ, например транзистор3, шунтирован цепочкой из последовательного соединенных конденсатора 1 и первого диода 2. При выключении транзитора 3 происходит медленный заряд конденсатора 1. благодаря чему исключаются потери мощности в транзисторе 3. При включении транзистора 3 его ток нарастает замедленно благодаря дросселю 8. После включения транзистора 3 происходит разряд конденсатора 1 через дроссель 8. Энергия, накопления в дросселе 8, отдается в источник питания 6 через рекуперационный трансформатор 4 и первый 2 и второй 7 диоды. 1 з.п.ф-лы, 5 ил.

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 Н 02 М 7/538

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4440525/07 (22) 14.06.88 (46) 07.11.91. Бюл, М 41 (71) Киевский политехнический институт им.

50-летия Великой Октябрьской социалистической революции (72) В.С. Руденко и А.А. Левин (53) 621.314.58(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

ЬЬ 1288871, кл. Н 02 М 7/538, 1985.

Патент Англии

М 1583747, кл. Н 02 М 1/18, 1981. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитания и электропри„„SU„„1690141 А1 вода. Цель изобретения — повышение КПД и надежности путем уменьшения динамических потерь при замыкании силового ключа.

Силовой ключ, например транзистор 3, шунтирован цепочкой из последовательного соединенных конденсатора 1 и первого диода

2. При выключении транзитора 3 происходит медленный заряд конденсатора 1, благодаря чему исключаются потери мощности в транзисторе 3. При включении транзистора

3 его ток нарастает замедленно благодаря дросселю 8. После включения транзистора

3 происходит разряд конденсатора 1 через дроссель 8, Энергия, накопления в дросселе

8, отдается в источник питания 6 через рекуперационный трансформатор 4 и первый

2 и второй 7 диоды. 1 з.п.ф-лы, 5 ил.

1690141

25

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитания и электропровода.

Цель изобретения — повышение КПД и надежности путем уменьшения динамических потерь при замыкании силового ключа, На фиг. 1 и 2 показана отнотактная и двухтактная полумостовые схемы предлагаемого преобразователя напряжения соответственно: на фиг. 3 — диаграммы токов и напряжений для-схемы на фиг, 1; на фиг. 4 и 5 — диаграммы токов и напряжений для схемы на фиг. 2.

В схеме на фиг, 1 последовательно соединенные конденсатор 1 и первый диод 2 включены параллельно силовому ключу 3, выполненному, например, в виде транзистора, Рекуперационный трансформатор 4 первичной обмоткой 5 включен между первым входным выводом преобразователя, к которому подключен источник 6 питания,.и точкой соединения конденсатора 1 и диода

2. Вторичная обмотка трансформатора 4 через второй диод 7 включена параллельно источнику 6 питания. Дроссель 8 включен между упомянутым выводом источника 6 питания и выводом силового ключа 3, соединенным с диодом 2, Нагрузка 9, зашунтированная обратным диодом 10, подключена между другим выводом источника 6 питания и выводом силового ключа 3, соединенным с конденсатором 1.

В схеме на фиг. 2 цепи снижения динамических потерь мощности, подключенные к силовым ключам 3.1 и 3.2, отличаются от цепи, показанной на фиг. 1, лишь наличием дополнительно введенных диодов 11.1 и

11,2, включенных параллельно первичным обмоткам 5.1 и 5,2 трансформаторов 4,1 и

4.2, Обратные диоды 10.1 и 10,2 включены параллельно силовым ключам 3.1 и 3.2, а

RL-нагрузка 9 включена между точкой соединения этих ключей и средней точкой емкостного делителя напряжения, образованного последовательно соединенными конденсаторами 12 и 13, подключенными параллельно источнику 6 питания.

При изображении коммутационных процессов (фиг. 3 — 5) использованы следующие обозначения,Un — напряжение источника 6 питания; О, = О, и, где и — отношение количества витков первичной и вторичной обмоток трансформатора 4; I — ток нагрузки 9, который в течение коммутационных процессов полагается неизменным, Индексы токов и напряжений на фиг, 3 — 5 соответствуют номеру элемента на фиг, 1 и 2.

Рассмотрим коммутационные процессы (фиг. 3), которые протекают в схеме на фиг. 1 при замыкании в момент tp и размыкании в момент ts транзистора 3, На интервале от t< и t< ток нагрузки 9 переходит из обратного диода 10 в дроссель

8, напряжения на котором при этом равно

0л. Конденсатор 1 остается заряженным до напряжения U + Uo, B момент t> обратный диод 10, закрывается и в контуре конденсатор 1 — силовой ключ 3 — дроссель 8 — первичная обмотка 5 трансформатора 4 начинается колебательный процесс, в результате которого конденсатор 1 разряжается, При этом к первичной обмотке 5 трансформатора 4 прикладывается напряжение Uo, а к вторичной — напряжение Un и через эту обмотку, а также открывшийся диод 7 часть энергии конденсатора 1 возвращается в источник 6 питания, В момент tz напряжение на дросселе 8 становится равным нулю, конденсатор 1 разряжается до напряжения 0, а ток его разряда достигает максимального значения

Im = U, -, где С вЂ” емкость конденсатора

1; L — индуктивность дросселя 8. Затем разряд конденсатора 1 продолжается, напряжение на дросселе 8 меняет знак и ток в нем начинает спадать.

В момент тз конденсатор 1 разряжается до нуля, открывается диод 2 и колебательный процесс в цепи прекращается, В результате того, что часть тока дросселя 8 через диод 2 протекает по первичной обмотке 5 трансформатора 4, к дросселю 8 прикладывается напряжение Uo и в течение интервала з — т4 его ток спадает до величины тока нагрузки 9. На этом интервале вся энергия, перешедшая из конденсатора 1 в дроссель 8, через вторичную обмотку трансформатора 4 и диод 7 возвращается в источник 6 питания.

В момент т4 токи обмоток трансформатора 4 спадают до О, диоды 2 и 7 закрываются, напряжение на дроссель 8 становится равным нулю, а его ток — равным току нагрузки 9, На этом коммутационные процессы, возникающие при замыкании ключа 3, завершаются.

На интервале от tg до te конденсатор 1 заряжается до напряжения Ол током нагрузки 9, протекающим также через диод 2 и дроссель 8.

В момент tg открывается обратный диод

10 и в цепи нагрузка 9 — обратный диод 10в конденсатор 1 — диод 2 — д россель 8 начинается колебательный процесс, в результате которого ток дросселя 8 уменьшается, ток

1690141 обратного диода 10 на такую же величину увеличивается, а конденсатор 1 к моменту ту заряжается до напряжения 0> + U„-, B момент tj колебательный процесс в цепи пре- кращается, ток нагрузки 9 полностью 5 переходит в обратный диод 10, к дросселю

8 прикладывается напряжение — 0О, а его ток, линейно спадая, протекает через диод

2 по первичной обмотке 5 трансформатора

4. 8 течение интервала -ts вся энергия, 10 запасенная дросселем 8, возвращается в источник 6 питания.

8 момент te ток дросселя 8 и токи обмоток трансформатора 4 спадают до нуля, диоды 2 и 7 закрываются и напряжение на 15 дросселе 8 становитгя равным нулю. На этом коммутационные процессы, вызванные размыканием силового ключа 3 завершаются, и схема переходит в исходное состояние (предшествующее моменту to), 20

Следует отметить, что если в течение разомкнутого состояния ключа 3 конденсатор 1 будет заряжаться до напряжения меньшего, чем 0>, то в рассмотренных выше коммутационных процессах будут отсутст- 25 вовать интервалы tg — ts u to — t>, При этом после размыкания ключа 3 ток нагрузки 9 не будет закорачиваться через обратный диод

10, ток дросселя 8 не будет спадать до нуля, а в момент замыкания ключа 3 величины 30 напряжения 0в и 0> будут меньшимй, чем показано на фиг. 3, Особенности работы устройства при выполнении преобразователя по двухтактной полумостовой схеме. 35

При отсутствии тока нагрузки (режим холостого хода) коммутационные процессы в схеме преобразователя, показанного на фиг. 2, вызываются только замыканием силовых ключей. На фиг. 4 представлены про- 40 цессы, протекающие, например, при замыкании в момент t> силового ключа 3.2, Эти процессы отличаются от процессов, представленных на фиг. 3 (с учетом, что IH =

=О), лишь тем, что на интервале íà t> — 1з ток 45 дросселя 8.2 делится поровну между конденсаторами 1.1 и 1.2. При этом I = U> — „, а С С ток конденсатора 1.1 протекает через диод

11,1, При наличии тока нагрузки коммутационные процессы в схеме двухтактного инвертора (фиг. 2) протекают так, как показано на фиг. 5. Здесь отличия от фиг. 3 появляются вследствие того, что в момент размыкания силового ключа 3.1 одновременно с ним замыкается силовой ключ 3.2.

В этом случае в момент t ток нагрузки

9 переходит в диод 2,1 и конденсатор 1,1, Сумма напряжений на конденсаторах 1.1 и

1.2 в этот момент равна l..4 "- 0 . На интервале от t> до t2 в цепях дроссель 8.1 — диод

2 1 — конденсатор 1.1 и силовой ключ 3.2— дроссель 8.2 — первичная обмотка 5.2 трансформатора 4.2 — конденсатор 1,2 возникает колебательный процесс, в ходе которого происходит перераспределения тока нагрузки 3 между упомянутыми конденсаторами. На указанном интервале зарядный ток конденсатора 1,1 превышает разрядный ток конденсатора 1, 2, поэтому сумма напряжений на этих конденсаторах возрастает и в момент тг достигнет значения 0в + 20<,.

B момент т2 напряжения на дросселе

8,1, а следовательно, и на первичной обмотке 5.1 трансформатора 4.1 становится равным 0О. Ток конденсатора 1,1 скачкообразно уменьшается, а ток конденсатора 1.2 скачкообразно увеличивается до значения, равного полусумме токов нагрузки 9 и дросселя 8,2, В течение интервала tz — тз токи конденсаторов 1.1 и 1.2 нарастают, оставаясь одинаковыми по величине, а часть линейно спадающего тока дросселя 8,1 протекает по первичной обмотке 5.1 трансформатора 4.

При этом через вторичную обмотку эгого трансформатора и открывшийся диод 7,1 некаторая часть энергии, запасенная дросселем 8,1, возвращается в источник 6 питания.

К моменту тз конденсатор 1.1 заряжается до напряжения U>+ Uo, а конденсатор 1.2 разряжается до напряжения 0о. В этот момент напряжение на дросселе 8.2 меняет знак, а его ток, а следовательно, и токи перезаряда конденсаторов 1.1 и 1.2 начинают спадать, В момент t4 конденсатор 1,1 заряжается до напряжения U< + 0<, конденсатор 1.2 разряжается до нуля и колебательный процесс перезаряда этих конденсаторов заканчивается. Через открывшиеся диоды 2.2 и

10.2 токи дросселя 8.2 и нагрузки 9 начинают протекать по первичной обмотке 5.2 трансформатора 4.2, На интервале t4-tg к дросселю 8.2 прикладывается напряжение

U<, поэтому его ток линейно спадает и к моменту ts становится равным нулю.

В течение интервала t5 — t7 происходит переход тока нагрузки 9 из первичной обмотки 5.2 трансформатора 4.2 в дроссель

8.2. В момент tg завершается вывод энергии из дросселя 8.1 в источник 6 питания. Ток дросселя 8,1 и напряжение на нем становятся равными нулю, а диод 2.1 закрывается, К момеКту t7 ток нагрузки 9 полностью переходит в дроссель 8.2 напряжение на

1690141 котором в этот момент по-прежнему равно — Uo

Затем в результате колебательного процесса часть тока дросселя 8,2 на интервале

t7 — ta протекает через конденсатор 1,1 и первичную обмотку 5.1 трансформатора 4.1, а на интервале ts-tg еще и через конденсатор

1.2 и диод 11,2. В момент ta конденсатор 1.1 разряжается до напряжения U< + 0О и ток дросселя 8.2 достигает максимального значения, а напряжение на нем меняет знак.

Вследствие того, что на интервале t7 — а часть энергии колебательного контура через вторичную обмотку трансформатора 4.1 и диод 7.1 передается в источник 6 питания, к моменту tg конденсатор 1,2 заряжается до напряжения меньшего, чем U, а конденсатор 1,1 разряжается до напряжения на такую же величину меньшего, чем Un+ 0О.

В момент tg ток дросселя 8.2 становится равным току нагрузки 9, напряжение на нем — равным нулю, а диоды 7,1 и 11,2 закрываются. На этом коммутационные процессы в схеме завершаются.

При реализации рассмотренных преобразователей напряжения U<>, определяемое соотношением витков в обмоткахтрансформаторов 4 (фиг. 1) или 4.1, 4.2 (фиг, 2), следует выбирать таким, чтобы вывод энергии из любого дросселя всегда завершался до момента очередного замыкания соединенного с ним силового ключа, Формула изобретения

1. Преобразователь напряжения, содержащий в каждом плече силовой ключ, первый силовой вывод которого соединен с

5 выходным выводом преобразователя, а второй силовой вывод — с первым выводом первого диода, второй вывод которого через: конденсатор соединен с первым силовым выводом силового ключа, рекуперационный

10 трансформатор, первичная обмотка которого первым выводом соединена с первым входным выводом, а вторичная через второй диод включена между первым и вторым входными выводами, и дроссель, о т л и ч а15 ю шийся тем, что, с целью повышения

КПД и надежности путем уменьшения динамических потерь при замыкании силового ключа, дроссель включен между вторым силовым выводом силового ключа и первым

20 входным выводом преобразователя, а второй вывод первичной обмотки рекуперационного трансформатора подключен к второму выводу первого диода, 2. Преобразователь по и. 1, о т л и ч а ю25 шийся тем, что; с целью улучшения массогабаритных показателей путем убыстрения процессов перезаряда реактивных элементов при выполнении преобразователя по двухтактной полумостовой схеме, в

30 каждом плече введен третий диод, включенный параллельно первичной обмотке рекуперационного трансформатора и встречно по отношению к первому диоду.

1690141 (i1

Фг t tq

ign

1690141

kq tg 4s

1г

1б

ty tg tg т

Ил

Ил" 2Wñ

Ь О1и

t tste

Mg.2

<5,2 б 1г з ч сю (.Составитель В,Моин

Редактор Н.Химчук Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор А.г)сауленко !

Производстненно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.I « арина. 101

Заказ 3824 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям пои ГКНТ СССР

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