Двухтактный преобразователь постоянного напряжения

Двухтактный преобразователь постоянного напряжения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Использование преобразование пост янного напряжения в переменное для систем вторичного электропитания Сущность изобретения поспедовательно с каждым из транзисторов 1 и 2 полумостовой схемн включены насыщающиеся дроссели 5 л 6 обеспечивающие задержку нарастания тока и тем самым уменьшение динамических потерь при включении транзисторов 1 и 2 ,urt -индексатор 9 ьа; я. ся при выключении транзистора 2, обеспе чивая rerv сами издержку пр vios.e.iHOi гранз/с го / н; кепии намнче ки/ nc.oDt мощности при е ключении Комг утационный конденсттор разряжается после этого на сопрот зл нагрузки д од 17. 2 ип q

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)л Н 02 M 3/337

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4838584/07 (22) 07,05.90 (46) 23.06.92. Бюл. М. 23 (71) Научно-исследовательский институт автоматических приборов и Научно-производственное предприятие "Поиск" (72) С.B. Гавриков и В.И. Овдин (53) 621.31-4 58 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 669341, кл, G 05 F 1/56, 1977.

Авторское свидетельство СССР и 1173510, кл. Н 02 У 7/538, 1983, Электронная техника в автоматике, Сб. под ред, Ю,И. Ко.:ева. Радио и связь, 1981, вып, 12, с. 14.. (54) ДВУХТАКТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ. Ж „1742957 А1 (57) Использование; преобразование псст— янного напряжения в IBpBMBHHOB для систем вторичного электропитания. Сущность изобретения; последовательно с каждым из транзисторов 1 и 2 полумостовой схемы включены насыщающиеся дроссели 5 и б, обеспечивающие задержку нарастания 1 oi<2 и тем самым уменьшение динамических потерь при включении транзисгоров 1 и 2, Комм; таци,"::.;;,. конденсатор:9 заря;;ь-1; ся при выкл очении транзистора 2, обеспечивая Ie«" ca«",ым за, ержку приложенно гранзл тго-..:. н;:г:!ëæåíû; и снижени: намическ 1х по;=;-. мощности при ег:: ь:. ключении. Коммутационный конденсатор 19 разряжается после этого на сопротивл:=-,. нагрузки через д,:,од 17. 2 ил.

1742957

15

25

30 габаритных показателей преобразователей 50

Изобретение относится к электротехнике и может быть применено в источниках постоянного напряжения, в которых используется промежуточное преобразование постоянного напряжения в высокочастотное переменное.

В известных транзисторных преобразователях для повышения загрузки последних по току используют специальные схемы формирования безопасной траектории переключения для предотвращения вторичного пробоя транзисторов. Наиболее распространенными являются схемы, в которых при помощи дросселей и конденсаторов осуществляется задержка нарастания тока коллектора транзистора при включении и соответственно задержка нарастания напряжения на коллекторе транзистора при выключении.

Для ограничения нарастания тока используется первичная обмотка рекуперационного трансформатора, включенная в коллекторную цепь силового ключа.

К недостаткам схемы можно отнести то. что при выключении остаточная энергия, накопленная B рекуперационном трансформаторе, создает на коллекторе силового ключа выброс напряжения, что приводит к динамическим потерям в силовом транзисторе при выключении и снижении КПД, Для формирования траектории включения полупроводниковых приборов используются дроссели, включенные в коллекторные цепи силовых транзисторов.

В свою очередь, для формирования траектории выключения используются RCD-цепи.

Недостаток данной схемы заключается в том, что энергия, запасенная во время включения в дросселях. рассеивается на активных сопротивлениях, превращаясь в тепло, что снижает КПД преобразователя.

Кроме того, перезаряд емкостей, формирующих траекторию выключения полупроводниковых приборов, осуществляется через активные сопротивления, что также снижает КПД, Обеспечение процессов коммутации требует дополнительных зарядных и разрядных цепей, что усложняет схему. Названные причины ведут к ухудшению массонапряжения, Наиболее близким по технической сущности является двухтактный преобразователь постоянного напряжения в переменное, выполненный Ilo полумостовой схеме и содержащий транзисторные ключи

73, Т5, и Т4, Т6 соответственно, управляе. мые противофазными сигналами с формированием нулевой паузы, два двухобмоточных дросселя Др,3 и Др,4. первичные обмотки

45 которых включены в коллекторные цепи этих транзисторов, а вторичные через выпрямительные диоды Д11, Д12, образующие с указанными обмотками однополупериодные выпрямители; выходной трансформатор Тр.2; а также два фиксирующих диода и коммутационные конденсатор, Недостатком схемы является то, что при уменьшении коллекторного тока в процессе выключения силовых транзисторов Т4, Т6 происходит смена полярности напряжения на первичной обмотке О/41 дросселя Др.4, включенного в коллекторную цепь транзисторов Т4, Тб и, как следствие этого, повышение напряжения на коллекторах силовых транзисторов Т4, Т6 происходит еще почти при полном коллекторном токе этих транзисторов, что ведет к дополнительным динамическим потерям в них, С дальнейшим повышением напряжения на коллекторах транзисторов Т4, Т6 начинает работать цепь формирования безопасной траектории, замыкая ток на себя, используя при этом разряд избыточных носителей, накопленных в базовой области диода Д26. Таким образом, значительная часть динамической мощности рассевается в активных элементах цепи формирования безспасной траектории. При выходной мощности 200 Вт КПД преобразователя за счет потерь в схемах демпфирования оказывается заниженным примерно на

2 — Зь. При КПД преобразователя 91 потери в цепях формирования безопасной траектории близки к потерям оставшейся части схемы.

Таким образом, недостатком известного преобразователя напряжения является сложность схемы и сравнительно низкий

КПД, Цель изобретения — упрощение схемы преобразователя и повышение КПД, Поставленная цель достигается тем, что в двухтактном преобразователе постоянного напряжения, выполненном по полумостовой схеме и содержащем выходной трансформатор, два транзистора, управляемых противофазными сигналами с формированием нулевой паузы, последовательно с каждым из транзи торов включена первичная обмотка соответствующего насыщающего дросселя, вторичная обмотка которого с последовательно включенным выпрямительным диодом образует однополупериодный выпрямитель, коммутационный конденсатор и два фиксирующих диода, выходь. однополупериодных выпрямителей шунтированы обрагновключеннь л фиксирующими диодами и в согласно-последовательном соединении между собой включены между выходными выводами преобразова-!

1742957

10

20

30

55 теля, причем выход одного из однополупериодных выпрямителей шунтирован коммутационным конденсатором, а первичная обмотка выходного трансформатора шунтирована введенным компенсацибнным конденсатором, В предложенном решении положительный эффект достигается за счет сокращения количества элементов в цепи обеспечения безопасной траектории переключения силовых транзисторов: четыре вместо двенадцати (причем силовых) в прототипе, Кроме того, исключение из устройства схемы формирования безопасной траектории с большими активными потерями повышает КПД устройства, На фиг. 1 приведена электрическая схема предлагаемого устройства; на фиг, 2— эпюры напряжений, характеризующие работу схемы устройства.

Предлагаемое устройство содержит два силовых транзистора 1 и 2, включенных последовательно, два двухобмоточных дросселя 3, 4, первичные обмотки 5. 6 которых включены в коллекторные цепи этих транзисторов, а вторичные обмотки 7, 8 через выпрямительные диоды 9. 10, образующие с. укаэанными обмотками од:-:ополупериодные выпрямители 11, 12, включенные между собой последовательно, подключены параллельно выпрямителю 13 нагрузки 14 низковольтного источника постоянного напряжения, выходной трансформатор 15, конец первичной обмотки 16 которого подключен к точке соединения двухобмоточных дросселей, а также фиксирующие диоды 17, 18, подключенные параллельно каждому из выходов однополупериодньIx. выпрямителей 11, 12, катодами к соответствующим катодам выпрямительных диодов

9, 10 выпрямителей, конденсатор 19 цепи формирования безопасной траектории запирания силовых гранзисторов. включенный между точко : соединения двух однополупериодных выпрямителей и общей точкой, вновь введенный конденсатор

20 подключен параллельно первичной обмотке 16 выходного трансформатора 15, Схема работает следующим образом.

При наличии положительного управляющего напряжения 0упр.1 транзистор 1 открыт и насыщен, В момент времени tI управляющее напряжение меняет свой знак и транзистор 1 начинает закрываться. Конденсатор 19 заряжен на предыдующем периоде преобразования. В момент tI начинается разряд конденсатора 19 по цепи: верхняя обкладка конденсатора 19 — обмотка 7 дросселя 3 — выпрямите lbHblIn диод, 9 — нагрузка — нижняя обкладка конденсатора 19, который заканчивается в момент времени t2.

Коммутационные процессы включения и выключения рассмотрим на примере нижнего плеча преобразователя на транзисторе

2. По мере того, как транзистор 1 окончательно закроется, управляющее напряжение Uypp> в момент времени t3 положительным импульсом поступает на базу транзистора 2 начиная процесс его открывания. Скорость нарастания тока коллектора 1 2 (фиг. 2г) имеет конечную величину и определяется индуктивностью дросселя 6 при условии его работы в ненасыщенном режиме в данный момент времени. Величина индуктивности и вольтсекундная площадь двухобмоточного дросселя 6 выбирается таким образом, чтобы в конце процесса открывания транзистора, т,е. в момент t4 он насытился и не мешал протеканию тока нагрузки преобразователя. Коммутационный конденсатор 19 разряжен с момента окончания коммутации транзистора. В момент tg приходит отрицательный импульс управляющего напряжения Uypp 9 N начинается процесс закрыванля транзистора 2. При убываниитока коллектора возникает ЭДГ самоиндукции, которая наводится на вторичной обмотке 8 дроссе я

4, причем полярностью, открывающей диод

10, подключая тем саглым разряженную voMмутирующую емкость 19 к обмотке 8 дросселя 4, что экаивалентно включению дросселя

4 в первый момент на короткое замыкание по обмотке 8, за счет чего не происходит повышение напряжения на коллекторе транзистора при уменьшении тока нагрузки до момента времени tI. С этого момента ток коллектора транзистора 2 заканчивается (Ix2. фиг. 2г), заканчивается и заряд коммутирующей емкости 19 по цепи: конец вторичной обмотки 8 — диод 10 — конденсатор

19 — начало вторичной обмотки 8. После чего открывается фиксирующий диод 17. разряжая конденсатор 19 на сопротивление нагрузки. В промежутке времени Ы-и напряжение на коллекторе транзистора 2 нарастает с конечной скоростью, определяемой емкостью, параллельной первичной обмотке выходного трансформатора, что приводит к окончательному закрыванию транзистора 2 в момент у. В момент времени т7 меняется полярность управляющего напряжения Uy,;р.1 на положительную, которая u„прикладывается к базе транзистора 1, открывая его, Аналогично в противофазе работает верхнее плечо преобразователя, Процесс повторяетсл во времени.

1742957

Ц..;И II а) В отличие от известной схемы в транзисторном преобразователе для снятия динамической мощности используется универсальная схема формирования безопасной траектории переключения силовых транзисторов, которая проще аналогичных специальных известных схем, В предлагаемой схеме используются четыре силовых радиоэлемента диоды Д17, 18 и конденсаторы 19, 20 вместо двенадцати также силовых в известной схеме Д31, Д20, R14, С17, Д27, и Д32, R27, R16, С18, Д28.

Таким образом, использование данного технического решения упрощает схему п реобра зоват ел я. До пол н ител ьн ым и реимуществом предлагаемого преобразователя является и более высокий КПД, по сравнению с известной схемой вследствие того, что энергия коммутации не рассеивается на вспомогательных радиоэлементных цепей формирования траектории переключения транзисторов, а возвращается в нагрузку. Кроме того, в предлагаемом решении снижается мощность схемы управления силовыми транзисторами и уменьшается их дополнительная загрузка по току за счет исключения протекания через них прямых токов демпфирующих диодов.

Формула изобретения

Двухтактный преобразователь постоянного напряжения, выполненный по полумо5 стовой схеме и содержащий выходной трансформатор, два транзистора, управляемых противофазными сигналами, с формированием нулевой паузы, последовательно с каждым из транзисторов включена пер10 вичная обмотка соответствующего насыщающегося дросселя, вторичная обмотка которого с последовательно включенным выпрямительным диодом образует однополупериодный выпрямитель, коммутацион15 ный конденсатор и два фиксирующих диода, отличающийся тем, что, с целью упрощения и повышения КПД, выходы однополупериодных выпрямителей шунтированы обратно включенными фиксирующими

20 диодами и в согласно-последовательном соединении между собой включены между выходными выводами преобразователя, причем выход одного из однополупериодных выпрямителей шунтирован коммутаци25 онным конденсатором, а первичная обмотка выходного трансформатора шунтирована введенным компенсационным конденсатором.