РЕГУЛИРУЕМЫЙ ПО НАПРЯЖЕНИЮ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Полезная модель относится к области силовой преобразовательной техники и может быть использована при построении преобразователей постоянного напряжения типа DC/DC, то есть конверторов.
Типовая схема такого преобразователя включает в себя три основных силовых звена: высокочастотное инверторное звено с согласующим трансформатором, выпрямительное звено и сглаживающий фильтр. В одном из известных вариантов (см. рис. 4.15а на с. 148 в Моин B.C. Стабилизированные транзисторные преобразователи. - М.: Энергоатомиздат, 1986) регулируемый по напряжению преобразователь содержит инверторное звено, выполненное по нулевой схеме в виде двух транзисторов, которые одними своими силовыми выводами подключены к концам первичной обмотки согласующего трансформатора, имеющей среднюю точку, подключенную к одной шине питания источника постоянного тока; другие силовые выводы транзисторов подключены к другой шине источника питания. Вторичная обмотка согласующего трансформатора подключена к выпрямительному звену, на выходе которого установлен сглаживающий фильтр.
Недостатком такого решения является низкая энергетическая эффективность, обусловленная коммутационными перенапряжениями на силовых ключах.
Наиболее близким по существу технического решения к полезной модели является регулируемый преобразователь постоянного напряжения, описанный в патент РФ на полезную модель №125418. Он содержит три последовательно включенных звена: инверторное звено с трансформаторным выходом, выпрямительное звено и сглаживающий фильтр. Инверторное звено здесь также содержит два транзистора, которые совместно с двумя первичными полуобмотками согласующего трансформатора образуют наиболее экономичную (по потерям) нулевую схему инвертора. В зависимости от схемы выпрямления, согласующий трансформатор может содержать одну или две вторичные обмотки, которые подключают ко входу выпрямительного звена с фильтром на его выходе. Транзисторы управляются от блока управления, содержащего модулятор ширины импульсов, который обеспечивает регулирование выходного напряжения за счет изменения длительности включенного состояния транзисторов. Регулирование напряжения в преобразователе обеспечивается введением регулируемой паузы α между переключениями транзисторов. В качестве снаббер-ного узла, защищающего транзисторы от импульсных перенапряжений, установлена цепочка из встречно последовательно включенных разделительных диодов, включенная между разноименными концами первичных полуобмоток, и накопительный конденсатор, включенный между точкой соединения первичных полуобмоток и точкой соединения разделительных диодов. Снабберный узел содержит разрядный транзистор, который через последовательно включенный с ним разрядный элемент подключен параллельно обкладкам накопительного конденсатора. В зависимости от конкретного применения в качестве разрядного элемента может использоваться либо резистор, либо, например, простейший однотактный обратноходовой конвертор.
Недостатком данного решения является невысокая энергетическая эффективность из-за наличия энергорассеивающего разрядного элемента или достаточно сложного конвертора.
Техническая задача заключается в улучшении энергетической эффективности преобразователя.
Техническим результатом является снижение потерь в снабберном узле преобразователя, а также улучшение электромагнитной совместимости преобразователя в целом.
Это достигается тем, что в известном регулируемом по напряжению преобразователе, содержащий последовательно соединенные двухтактный инвертор с согласующим трансформатором, выпрямитель и сглаживающий фильтр, причем двухтактный инвертор выполнен по нулевой схеме в виде согласно последовательно соединенных первичных обмоток согласующего трансформатора, точка соединения которых образует первый его силовой входной вывод, подключенный к первой шине питания одной полярности, конец каждой первичной обмотки подключен к одному силовому выводу одного из двух основных транзисторов, другие силовые выводы которых объединены и образуют второй силовой входной вывод, подключенный его ко второй шине питания другой полярности, а также основной блок управления двумя основными транзисторами, включающий в себя модулятор ширины импульсов, снабберный узел, выполненный в виде разделительной цепочки из двух встречно последовательно соединенных разделительных диодов, подключенной своими концами к разноименным по полярности концам двух первичных обмоток, накопительного конденсатора, одной обкладкой подключенного к первой шине питания, а второй - к точке соединения разделительных диодов, и разрядной цепочки, включающей в себя разрядный транзистор со вспомогательным блоком управления и разрядный элемент, причем один силовой вывод разрядного транзистора подключен к точке соединения разделительных диодов, снабжен вторым накопительным конденсатором, подключенным одной обкладкой к точке соединения разделительных диодов, а другой соединен с второй шиной питания, разрядный элемент выполнен в виде цепочки из последовательно соединенных дросселя индуктивности и диода, подключенной своими концами к упомянутым шинам питания, при этом второй силовой вывод разрядного транзистора подключен к точке соединения дросселя и диода.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором изображена принципиальная электрическая схема преобразователя.
Регулируемый по напряжению преобразователь содержит силовую часть двухтактного инвертора по нулевой схеме 1, выполненную в виде согласующего трансформатора 2 с двумя одинаковыми первичными полуобмотками 3, 4 и одинаковыми вторичными полу обмотками 5, 6, и двух основных транзисторов 7, 8. Обратные диоды 9, 10 обычно выполнены в единых корпусах с транзисторами 7, 8. Точка соединения одних разноименных по полярности первичных обмоток 3, 4 подключена к первой шине питания 11, а другие разноименные по полярности концы этих обмоток подключены соответственно к одним силовым выводам транзисторов 7 и 8, другие силовые выводы которых подключены ко второй шине питания 12. Снабберный узлел, защищающим транзисторы 7, 8 от импульсных перенапряжений, содержит цепочку из встречно последовательно включенных разделительных диодов 13, 14, подключенную к концам первичных обмоток 3, 4, первый накопительный конденсатор 15, подключенный одной обкладкой к точке соединения разделительных диодов 13, 14 и второй обкладкой к первой шине питания 11, и второй накопительный конденсатор 16, подключенный одной обкладкой к точке соединения разделительных диодов 13, 14 и второй обкладкой ко второй шине питания 12. Снабберный узел 17 содержит также разрядную цепочку, состоящую из последовательно включенных между шинами питания 11, 12 разрядных дросселя индуктивности 18 и диода 19, и разрядный транзистор 20, один силовой вывод которого подключен к точке соединения разделительных диодов 13, 14, а другой - к точке соединения дросселя 18 и диода 19.
Силовая часть преобразователя содержит также выпрямительную часть 21 на диодах 22, 23, которые вместе с вторичными обмотками 5, 6 согласующего трансформатора 2 образуют нулевую схему выпрямления. На выходе выпрямителя установлен сглаживающий Г-образный LC фильтр 24 в виде дросселя индуктивности 25 и конденсатора 26. Обкладки конденсатора фильтра 26 образуют выходные выводы преобразователя для подключения к нему нагрузки 27.
Управление основными транзисторами 7, 8 и разрядным транзистором 20 обеспечивается отдельными блоками. Основной блок управления 28, управляющий транзисторами 7, 8, реализует функцию двухтактного модулятора ширины импульсов. Дополнительный блок управления 29 выполняется также по известной схеме компаратора с гистерезисом 30 и содержит три входа - опорный, измерительный входы и вход настройки зоны гистерезиса. Опорный вход подключают к выходу узла задания опорного сигнала 31 с элементом регулирования его уровня 32, измерительный - к обкладкам накопительного конденсатора 15, а вход настройки зоны гистерезиса - к элементу регулирования его уровня 33.
Транзисторы 7, 8, 20 на чертеже показаны условно как полевые. Однако, в зависимости от параметров источника питания и нагрузки могут быть использованы транзисторы других типов.
Регулируемый по напряжению преобразователь работает следующим образом.
VT7
s
k
VT7
C
изм
оп
Работу преобразователя рассмотрим с момента времени, когда транзистор 7 закрывается. Протекавший через него ток i(t) прерывается, что вызывает наведение в индуктивности рассеяния L обмотки 3 ЭДС самоиндкции с полярностью, поддерживающей протекание этого тока через разделительный диод 13 и накопительные конденсаторы 15, 16. В результате энергия индуктивности рассеяния  передается в накопительные конденсаторы 15, 16 (где I - значение тока i(t) в момент коммутации транзистора 7). Процессы сброса энергии с индуктивностей рассеяния полуобмоток 3, 4 в конденсаторы 15, 16 происходят после каждой коммутации (запирания) транзисторов 7, 8, что приводит к постепенному росту уровня напряжения U на конденсаторе 15. Это напряжение подается на измерительный вход (U) компаратора с гистерезисом 30. При превышении этого напряжения заданного уровня опорного напряжения (U), обеспечиваемого задатчиком опорного напряжения 31:
изм
оп
U>U
компаратор 30 срабатывает, выдает сигнал на включение разрядного транзистора 20, и конденсаторы 15, 16 начинают разряжаться на шины питания 11,12 через транзистор 20 и разрядный дроссель 18, работающий в качестве энергонерассеивающего ограничителя разрядного тока. После снижения напряжения на конденсаторе 15 до значения напряжения отпускания:
С
изм
отп
U=U<U
компаратор 30 перебрасывается в исходное состояние и выдает сигнал на запирание разрядного транзистора 20. Накопленная в дросселе 18 в процессе разряда конденсаторов 15, 16 энергия после запирания транзистора 20 передается на шины питания 11, 12 через диод 19. Далее процессы накопления энергии в кондесаторах 15, 16 и сброса ее избытка в источник питания через снабберный узел 17 будут периодически повторяться в автоматическом режиме.
отп
оп
Напряжение отпускания U связано с опорным напряжением U следующим образом:
отп
оп
г
U=U-ΔU,
г
где ΔU - уровень гистерезиса, который устанавливается изменением сопротивления соответствующего резистора в схеме компаратора 30 регулирующим элементом 33.
Соотношение емкостей конденсаторов 15, 16 может быть любым конструктивно обоснованным, вплоть до исключения одного из них из схемы, при этом наилучшая электромагнитная совместимость достигается при минимальной емкости или исключении конденсатора 16.
Использование полезной модели позволяет улучшить электромагнитную совместимость преобразователя в целом.