Регулируемый двухтактный преобразователь

Регулируемый двухтактный преобразователь

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ „„а, ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советсиии

Социалистииесиик

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДИТИЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свил-ву (22) Заявле"о 23.02.76 (21) 2329574/07 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 25.06.78.Бюллетень ¹ 23 (45) Дата опубликования описания 30.05,78

2 (51) М. Кл.

Н 02 М 7/537

j Н 02 P 13/18

Гооударотееииык комитет

Совета MIIHNGTpos СССР оо делам изобретений и открытий (53) УДК621.314 58 (088.8) (72) Авторы изобретения

Б. A. Гпебов и А. Г. Попикарпов

Московский ордена Ленина энергетический институт (7 f) Заявитель (54) РЕГУЛИРУЕМЫЙ ЙВУХТАКТНЫИ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Изобретение относится к преобразоватепи ной технике и может быть испопьзовано в системах эпектропитания дпя преобразовании постоянного напряжения в регупируемое пере менное или постоянное напряжение.

Известны регулируемые двухтактные преобразователи, содержашие выходной трансформатор, первичная обмотка которого имеет отвод от средней точки соединений че- 1Е рез дроссепь с первым входным выводом преобразоватепя, а вторичная обмотка через выпрямитепь соединена с нагрузкой, шунты«, рованной конденсатором, иосповные синовыми ключи, соединяюшие Концы первичной обмотки со вторым, входным выводом преоб разовате пя.

Недостатком такого преобразоватепя являются повышенные потери в ключах и трансформаторах и бопьшие габариты дрос- рй селя и конденсатора, вследствие того, что в течение времени, при котором одновременно открыты оба основных кпюча, энергии потребляется от источника питания, но не передается в нагрузку. 25

Известен также преобраэоватепь, в кото рый введены допопнитепьные сиповые кпючи с вентипьным характером проводимости, шунтируюшие дроссепь вместе с секцией первичной обмотки выходного трансформатор ра в течение времени, при котором оба основных ключа закрыты. 5ns коммутации основных и допопнитепьных кпючей этого преобраэоватеня необходим бпотт управления со спожным многоканальным выходом.

0епь изобретения - упростить преобразо ватель и повысить его надежность.

Это достигается тем, что в предпоженном преобраэоватепе управпяюшая цепь допопнитепьных ключей соединена н посредсв венно с первым входным выводом преобразователя и подключена к выходу уэпа авто матической коммутации, соединенного с обмотками выходного трансформатора. Схема уэпа автоматической коммутации может быть выпопнена разпичной в зависимости от копичества допопнитепьных кпюжй и их вида.

612366

Принципиальная схема предложенного регулируемого преобразователя представлена иа фиг. 1.

Первый входной вывод 1 преобразователя через обмотку 2 дросселя 3 подключен к,общей точке секций 4 и 5 первичной обмотки выходного трансформатора 6, Конец секции 4 и начало второй секции 5 через основные силовые ключи 7 и 8 под кгпочены ко второму входному выводу 9 t0 преобразователя, Конец первой секции 4 чеерез дополнительный силовой ключ 10, изменяющий вентильный характер проводимоо ти (такой ключ выполнен, например, в виде соединенных последовательно диода и кол- 15 лекторно-эмиттерной цепи транзистора) подключен к первому выводу 1. Управляющий электрод дополнительного кшоча 10 (база транзистора) соединен с BblxoAoM узла 1 1 автоматической коммутации, по- 20 лучаюшего энергию от преобразователя.

Узел коммутации 11 выполнен в вице поюледоватепьной.R- Xl - 9- Я- цепи, включенной параллельно секции 5 первичной об мотки, причем диоды этой цепи включены 25 согласно, а их общая точка является выходом уэпа коммутации. Силовые ключи 7 и 8 коммутируются (т. е. отпираются и запираются) энергией сигналов управления, вырабатываемых блоком управления 12. На вторичной стороне трансформатора включена нагрузка (или совокупность нагрузок).

Устройство управления выполнено по такой схеме, которая обеспечивает открытое состояние основного силового ключа 7 зз в теч ние регулируемой части первого полупериода и обеспечивает открытое состояние второго основного ключа 8 во- время второго полупериода работы двухтактного преобразователя. Во время открытого состоя40 ния любого иэ основных силовых ключей (7 или 8) в дросселе фильтра накапливаеч ся энергия и потенциал обшей точки секций

4 и 5 первичной обмотки ниже потенциала вывода 1 (ниже напрюкения источника пита- $5 ния E). Потенциал. обшей точки секций определяется напряжением на нагрузке, приведенным к первичной обмотке.

Более низкий.чем на выводе 1 потенЮ пиал общей точки секций 4 и 5 обуславливает отсутствие тока по цепи 11, свяэываквцей указанную точку с управляккцим электродом дополиительного силового клю ча 10. Поэтому, когда открыт хотя бы одиц . из основных силовых ключей, иа управляющий электрод дополнительного ключа не поступает сигнала отпирания. Когда замкнут силовой ключ 7, дополни1 .льный силовой ключ не проводит ток в силу вентильного характера его проводимости. Когда замкнут

4 силовой ключ 8, дополнительный силовой ипоч 10 находится под прямым напряжением, но он заперт по управлякхцему электроду током смешения и цепью 11, включенной-между началом секции 5 пе.вичной обмотки и управляющим электродом дополнительного силового ключа. Если одновремен- но заперты оба основных силовых ключа 7 я 8, дроссель отдает накопленную энергию.

При этом на дросселе возникает напряжение такой полярности, что отпирается диод цепи

11, связывакхцей обшую точку секций 4 и

5 первичной обмотки с электродом управления дополнительного силового ключа, и иа укаэанном электроде появляется отпираюший сигнал. Ключ 10 переходит во включенное состояние, и дроссель проводит ток через секцию 4 первичной обмотки и ключ

10.

Поддержание в открытом состоянии осм новного силового ключа 8 в течение полови» ны периода работы двухтактного преобразователя означает, что независимо от продолжительности открытого состояния другого основного ключа 7, ток дросселя замыкается через секции 4 и 5 силового трансформатора в течение одинакового времеI ни. Застим обуславливается отсутствие потоков подмагничивания силового трансформатора 6.

Если шунтировать резистором ЯД-цепь, связывающую начало секции 5 с управляющим электродом дополнительного силового ключа 10, в интервале, когда открыт основной ключ 7, а силовая цепь дополнительного кшоча находится под обратным напряжением (что исключает отпирание дополнительного ключа) на его управляющий элекч род задается отпирающий сигнал через шунтируюший резистор. В результате отпирается дополнительный ключ 10, который переходит. в открытое состояние ° после задирания ключа 7.

Если в качестве дополнительного ключа с вентильнйм характером проводимости используют ключ типа тиристора, вкшочаемый коротким сигналом и запираемый при смене направления тока, протекакхцего через ключ, узел коммутации 11 выполняют в виде последовательной Щ,- цепи, связываккцей начало секции 5 с управляющим электродом дополнительного кшоча 10. llns нормальной работы преобразователя напрюкения в этом случае устройство управления 12, обеспечивающее регулирование длительности замкнутого состояния ключа 7 и работу ключа

8 в замкнутом состоянии в течение полупериода работы, должно обеспечивать также отпирание кшоча 8 непосредственно после запирання ключа 7.

612366 При отпирании кпюча 8 допопнитепьный хпюч 10 оказывается под прямым напряжением, но одновременно на управпяющий элеглрод допопнитепьного ключа через Qg- цепь, проходит запирающий сигнап. Это способс вует повышению надежности сохранения запертого состояния допопнитепьным кпючом

10.

При запирании основного кпюча 8 на йячапе секции 5 первичной обмотки и в о точке соединения секций 4 и 5 возникает потенциап бопее высокий, чем потенциац вывода l, что обусповпено появпением ЭЙС самоиндукции на обмотке 2 дросселя 3.

Положительный скачок напряжения в на- 15 чапе секции 5 первичной обмбтки передается на управпяюший электр -:":,.допопнитепьно- го ключа 10, вызывая его отпирание, и тогда ток обмотки дроссепя замыкается по контуру, образованному секцией 4 первичной 20 обмотки трансформатора 6 и сиповой цепью открывающегося допопнитепьного кпюча 10 типа тиристора.

Замкнутое состояние допопнитепьного кпйча 10 может сохраняться долго, пока не рассеется энергия, накопления в дроссепе

3 и ток его обмотки 2 не снизится до нупя. Но сигналом от устройства управпения

12 отпирается основной силовой кпюч 7, тогда дополнительный кпюч 10 оказывает ся под обратным напряжением. Это приводит к запиранию допопнитепьного кпюча, но ток продопжает протекать по секции 4 первичной обмотки, замыкаясь через источник питания, секцию 4 и сиповую цепь основного ключа 7, перешедшего в замкнутое состояние. С момента отпирания кпюча 7 прекращается отдача энергии иэ дроссепя и начинается процесс накопления энергии. Затем

-энергией сигнапа от бпока управпения 12 запирается основной ключ 7 и отпирается ключ 8, С этого момента начинается новый цикл работы.

В цепь расширения диапазона регуциро15

:вания вводят второй допопнитепьный ключ.

Регупируемый преобразоватепь напряжения с двумя допопнитецьными кпючами показан на фиг. 2.

Начало второй секции 5 первичной об-. мотки трансформатора 6 подключено к выводу

1 через второй дополнительный ключ 13, обладающий вентипьным характером провощммости. Уэеп.автоматической коммутации 11 содержит допопнитепьные обмотки 14 и 15 трансформатора 6. Выводы обмотки 14 под кпючены к средним точкам двух диодных цепочек каждая из которых выполнена из двух поспедоватепьно и согпасно вкпюченных диодов 16 и 17, 18 и 19. диоды 16 и 17, принадпежащие различным цепочкам объединены в одной точке одноименными выводами (анодами), а эта точка связана с общей точкой секции 4 и 5 первичной об мотки трансформатора 6 через резистор 20

Свободные выводы диодных цепочек (катоды диодов. 17 и 19) непосредственно сое цинены с выходами узпа коммутации 11.

Вторая дополнительная обмотка 15 через резистор 21 вкшочена между средними точками двух конденсаторно-диодных цепочек, каждая иэ которых выпоннена в виде поспедоватепьно соединенных конденсатора 22 и диода 23. Вторые выводы конденсаторов

22 и 24 объединены, а точка их соединений связана с выводами обмотки 2 дроссепя 3 через диоды 24 и 26 подключенные к укаФ занной точке одноименными выводами (катодами), Свободные выводы конденсаторнодиодных цепей диоды 23 и 24 подкпючены непосредственно к выходам узла коммутаци

11.

Управпянп ие электроды .допопнитепьных кпючей 10 и 13, непосредственно сординен» ные с выходами узла коммутации 11, через резисторы 28 и 29 подкпючэны к выводу

9, потенциап которого явпяется запиракхцим по отношению к управпякхцим эпектродам силовых ключей 10 и 13.

Работает устройство спедукицям образом.

Блок управпения 12 выпопнен по схеме, обеспечивающей отпирание синовых кпючэй

7 и 8 на регулируемую часть соответственно первого и второго попупериодов работы двухтактного преобразоватеця, причем так, что открытое. состояние кпюча 7 эакаичнва. ется вместе с завершением первого поду периода, а открытое состояние сипового ключа 8 — вместе с завершением второго полупериода. При замкнутом состоянии пк бого из основных силовых ключей (7 яии 8) в дроссепе 3 накапливается энергия ма нитного попя и потенциап общей точки секция

4 и 5 первичной обмотки трансформатора княже потеыцяапа вывода 1. Коэффициент трансформации допопиятепьиой обмотки 14 выбирают таким,при котором напряжение ня этой обмотке, сиожеиное с напряжением в

rome подключения резистора 20, ssme ко тенциапа вывода 1. диоды 16-19 и 18-17 заперты, и через цепь, содержащую эпемен ты 14, 16, 17, 18, 19 и 20, не передае Фся отпирающий сигнац на электроды управления опопнитепьных силовых кпючей 10, 13, есин открыт хотя бы один из оснсвяых силовых кпючей (7 sns 8).

В соответствии с изпоженным принципов построения бпока управпения 12 до окончания очередного цикпа открывается основ-ной синовой кпюч 8,на концах всех обмо ток трансформатора 6 имеется попожитепЫ612366

7 ный потенциал. Током обмотки 15,замыкающимся по контуру: диод 25 конденсатор 22резистор 21 обмотка 15 - диод 27— управпяюшая цепь кпюча 10, конденсатор заряжается до напряжения, действующего на. обмотке 15, полярность напряжения на конденсаторе показана на фиг. 2.

Uenb запирающего смешения (резистор

2S вывод 9) создает на управляющем электр)о роде сипового кпюча 10 небольшой отрицательный потенциап по отношению к выводу

1, определяемый падением напряжения на . диоде, шунтируюшем цепь управпения допопнитепъного силового кпюча 10, Поэтому по- 45 тенциап в точке соединения диода 27 и конденсатора 24 незначительно отличается от потенциапа вывода 1, и конденсатор 24 ока зывается практически разряженным.

B момент качала нового цикла, когда запирается силовой кпюч В, на обшей точке секций 4 и 5 возникает потенциал, бопее высокий, чем на выводе 1, что обусловлено появлением ЗЙС самоиндукции на обмотке

2 дросселя 3, Повьпцение потенциапа на аноде диода 26 вызывает его отпирание, и через этот диод начинает заряжаться конденсатор 24. Прн этом на электрод управпения дополнительного силового ключа 10 передается через конденсатор 24 и диод

27 сигнап отпирания.

Через конденсатор 22 и диод 23 сигнал отпирания на управляющий эпектрод допопнитепьного ключа 13 не передается, так как диод 23 остается в запертом состоянии, что обусловлено напряжением, до которого бып заряжен конденсатор 22, Таким образом, отпирается допопнитепьный сиповой кпюч 10, а дополнительный

40 силовой ключ 13 остается в запертом состоянии, Отпирание снпового клича 10 озна чает, что ток дроссепя замыкается через секции 4 первичной обмотки силового транс форматора 6, и на началах всех обмоток ф5 трансформатора появпяется положите пьное напряжение. . Напряжение на секции 4 первичной мотки трансформатора поддерживается за счет ЭИС самоиндукции на обмотке 2 дросселя 3. В течение времени открытого состояния ключа 10 дроссепь отдает часть накоппенной энергии.

Попожитепьный потенциап на начале обмотки 14 трансформатора обеспечивает передачу сигнапа отпирания на управляющий эпектрод силового ключа 10 через цепь: резистор 20 - диод 16 и обмотка 14— диод 19. Этот сигнал поддерживается на управляющем эпектроде ключа 10, пока 6О на обмотке 2 дросселя 3 действует ЭЛС самоиндукции, т. е. пока в дроссепе нмее4 ся накоппенная энергия.

Если ключ 10 обладает тиристорным принципом управления, т. е. способен переходить в открытое состояние под действием короткого импульсного сигнала, узец комму тации 11 может быть упрощен. Он может быть выполнен в виде цепи, содержащей элементы 15 и 21 27.

Перемена полярности напряжения на обмотках трансформатора вызывает перезаряд конденсаторов 22 и 24, Теперь ток обмотки

15 вызывает разряд конденсатора 22 и заряд конденсатора 24.

При отпирании основного силового кпюча

7 потенциап на конце секции 4 первичной обмотки трансформатора 6 снижается до нуля (до потенциала вывода 9), и допопнитепьный ключ 10 запирается. На обмотках трансформатора при этом остается напряжение прежней вепичины и полярности, но потенциал общей точки секций 4 и 5 первичной обмотки трансформатора становится меньше потенциапа вывода 1. B дроссепе начинается накопление энергии, продолжающееся пока открыт силовой кпюч 7.

К моменту окончания первого такта работы (первого попупернода) конденсатор 22 оказывается разряженным, а кэнденсатэр 24заряженным, причем этрицательный потен циап присутствует на обкладке конденсатора 24, соединенной с диодом 27.

После запнрания основного ключа 7 процессы повторяются с той топько разницей, что в начале второго попупериода работы двухтактного преобразователя отпирает ся второй дополнительный ключ 13, а в течение некоторого времени после нача па второго попупериода отпирается основной ключ 8. формула изобретения

Регулируемый двухтактный преобразоват епь, содержащий выходной трансформатор первичная обмотка которого имеет отвод от средней точки, разделяющий ее на две секции и соединенный через фильтруюший дроссепь с первым входным выводом преобразоватепя, основные силовые ключи, соединяющие концы секций первичной обмотки со вторым входным выводом преобразователя, и по крайней мере один дополнительный силовой вентипьный ключ, шунтируюшие дрос сель вместе с секцией первичной обмотки трансформатора, отличающийся тем, что, с целью упрощения и повышения надежнэсти,эн снабжен связанным с обмотками выходного трансформатора узлом автоматичес612366 кой коммутации, к которому подкпючены управ пяюшие .цепи дополиитепьных кпючей.

2. Преобразователь по и. 1, о т л ич а ю ш и и с я тем, что допопнительный вентильный кпюч подсоединен. параллепьно дроссепю и одной из секции первичной обмотки вы:.одного трансформатора, а узел автоматической коммутации выпопнен в виде поспедоватепьной Д-Д -Q-A цепочки, вкша ченной параллельно второй секции первич- щ ной обмотки выходного трансформатора, причем диоды этой цепи вкпючЕны согпасно, а их общая точка соединена с управляющим эпектродом допопнитепьного кпюча.

3. Преобразоватепь по п. 1 о т п и- 1s ч а ю шийся тем, что допопнитеньный ключ выполнен в виде тиристора,шунтирующего дроссепь вместе с одной из секций первичной обмотки выходного трансформатора т узеп автоматической коммутации выпопнен 20 в виде последовательной цепочки, шунтируквцей . дроссепь.вместе с другой секцией первичной обмотки выходного трансформатора, а точка соединения конденсатора и диода этой цепочки подкпючена к управщппцему 2$ электроду тиристора, 4. Преобразоватепь по п. 1, о т п ич а ю ш и и с я тем, что он содержит два допопнитепьных кпюча, имеющих общую точку, соединенную с одним из входных выводов и шунтируюших дроссепь вместе с каждой из секций первичной обмотки выходного трансформатора, а узеп автоматической коммутации подкпючен к двум допол нительным обмоткам трансформатора, концы одной из которых подкпючены к средниМ точкам двух диодных цепочек, выполненных в виде двух последовательно и согласно вкпюченных диодов, обе цепочки объединены в одной точке одноименными выводами диодов, указанная точка через резистор связвна с обшей точкой секций первичной обмотки трансформатора>а свободные выводы указанных двух диодных цепочек подкпючены непосредственно K выходам узла автоматичес» кой коммутации, другая дополнительная обмотка через второй резистор вкпючена меж ду средними точками двух конденсаторнодиодных цепочек, вторые выводы конденсата ров этих цепочек объединены в одной точке, и эта точка связана с выводами обмотки дроссепя через два диода, объединенных в указанной точке одноименными выводами, а свободные выводы диодов упомянутых конденсаторно-диодных цепочек подкпючены к выходам узпа автоматической коммутации, причем паранпецьно управпяющим цепям допопнительных кпючей встречно вкпючены шунтируюшие диоды, а управпяюшие эпектроды допопнительных ключей соединены через резисторы с другим входным выводом преобразовате пя.

612366 ф" г

Составитель В. Моин

Редактор Е. Кравцова Техред Э. Чужик Корректор С. Ямалова

Заказ 3474/50 Тираж 892 Подписное

UHHHHH Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4