ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Полезная модель относится к преобразовательной технике и предназначено для формирования из входного напряжения постоянного тока напряжение постоянного тока другого уровня.
Известны устройства - преобразователи постоянного тока RU №№2277287, 2345473, 2368058, 2374745, US №№3843919, 4195333, 4680688, 5436818, 7254046, 7589987.
Известно устройство для преобразования напряжения постоянного тока в напряжение другого уровня, содержащее последовательно соединенные входной дроссель с силовым транзистором и последовательно соединенные выходной силовой диод с накопительным конденсатором, который подключен к выходным клеммам (фиг.3б, RU №2214672, Н02М 3/08, 2003 г.).
Недостатком такого устройства является низкий кпд, обусловленный значительными коммутационными потерями мощности, которые возникают во время закрытия силового транзистора при протекании по нему силового тока.
Наиболее близким по техническим решением к предлагаемому является устройство для преобразования напряжения постоянного тока в напряжение другого уровня, содержащее первую обмотку 3 входного дросселя, первый вывод которой соединен с входной положительной клеммой 1, а второй вывод - соединен с коллектором силового транзистора 4 и анодом силового диода 5, при этом катод силового диода 5 соединен с первым выводом накопительного конденсатора 6 и выходной положительной клеммой 7, а второй вывод накопительного конденсатора 6 соединен с эмиттером силового транзистора 4, с входной 2 и выходной 8 отрицательными клеммами, и последовательно соединенные дополнительный конденсатор 9 и дополнительный транзистор 10 (RU №2195067, Н02М 3/155, 2003 г.).
Недостатком указанного устройства являются наличие значительных коммутационных потерь мощности, которые возникают во время закрытия силового транзистора при протекании по нему силового тока. Данное обстоятельство в свою очередь определяет малую надежность преобразователя вследствие локального периодического перегрева полупроводниковой структуры силового транзистора.
Технической задачей полезной модели является создание эффективного преобразователя напряжения постоянного тока и расширение арсенала преобразователей напряжения постоянного тока.
Технический результат, обеспечивающий решение поставленной задачи состоит в повышении кпд и надежности выполнения преобразования напряжения постоянного тока в напряжение другого уровня.
Сущность полезной модели состоит в том, что преобразователь напряжения постоянного тока в напряжение другого уровня содержит входные положительную и отрицательную клеммы, первую обмотку входного дросселя, силовой транзистор, силовой диод, накопительный конденсатор, дополнительный транзистор, дополнительный конденсатор, выходные положительную и отрицательную клеммы, при этом в него введены вторая обмотка входного дросселя, силовой и дополнительный диоды, причем первый вывод первой обмотки входного дросселя соединен с входной положительной клеммой, второй вывод - соединен с коллектором силового транзистора и анодом силового диода, в свою очередь катод силового диода соединен с первым выводом накопительного конденсатора и выходной положительной клеммой, а второй вывод накопительного конденсатора соединен с эмиттером силового транзистора, с входной и выходной отрицательными клеммами, и последовательно соединенные дополнительный транзистор и дополнительный конденсатор, при этом первый вывод второй обмотки входного дросселя соединен с коллектором дополнительного транзистора и катодом дополнительного диода, а второй вывод - с первым вывод дополнительного конденсатора, второй вывод которого соединен с анодом дополнительного диода и эмиттером дополнительного транзистора.
На фиг.1 представлена электрическая схема преобразователя напряжения постоянного тока, на фиг.2 - временные графики напряжения и тока при его работе.
Преобразователь напряжения постоянного тока содержит первую обмотку 3 входного дросселя, первый вывод которой соединен с входной положительной клеммой 1, а второй вывод - соединен с коллектором силового транзистора 4 и анодом силового диода 5, при этом катод силового диода 5 соединен с первым выводом накопительного конденсатора 6 и выходной положительной клеммой 7, а второй вывод накопительного конденсатора 6 соединен с эмиттером силового транзистора 4, с входной 2 и выходной 8 отрицательными клеммами, и последовательно соединенные дополнительный конденсатор 9 и дополнительный транзистор 10. Для решение поставленной задачи в преобразователь введены обратный диод 13, шунтирующий силовой транзистор 4 в обратном направлении, дополнительный диод 12 и вторая обмотка 11 входного дросселя, первый вывод которой соединен с коллектором дополнительного транзистора 10 и катодом дополнительного диода 12, а второй вывод - с первым вывод дополнительного конденсатора 9. При этом второй вывод дополнительного конденсатора 9 соединен с анодом дополнительного диода 12 и эмиттером дополнительного транзистора 10.
Преобразователь напряжения постоянного тока функционирует следующим образом.
0
G4
3
В момент времени t на силовой транзистор 4 поступает сигнал управления u (фиг.2), под действием которого он переходит в открытое состояние. Начинает протекать силовой ток i по следующей электрической цепи:
- входная положительная клемма 1 - первая обмотка 3 входного дросселя - открытый силовой транзистор 4 - входная отрицательная клемма 2.
0
1
Одновременно на интервале времени от t до t происходит заряд дополнительного конденсатора 9 по следующей электрической цепи:
- вторая обмотка 11 входного дросселя - дополнительный конденсатор 9 - дополнительный диод 12.
2
G10
В момент времени t, который определяется требуемым уровнем выходного напряжения, на дополнительный транзистор 10 поступает сигнал управления u, под действием которого он переходит в открытое состояние. Начинает протекать ток разряда дополнительного конденсатора 11 по следующей электрической цепи:
- дополнительный конденсатор 9 - открытый дополнительный транзистор 10 - вторая обмотка 11 входного дросселя.
3
3
В результате трансформирования тока второй обмотки 11 входного дросселя в первую обмотку 3 происходит снижение силового тока i ниже нулевого значения. При этом силовой ток i начинает протекать в обратном направлении через обратный диод 13, минуя силовой транзистор 4.
3
G4
В это время в момент времени t снимают сигнал управления u с силового транзистора 4, вследствие чего он выключается при отсутствии силового тока, протекающего через его силовой переход.
4
5
В момент времени t открывается силовой диод 5 и ток i под действием накопленной электромагнитной энергии входного дросселя начинает протекать по следующей электрической цепи:
- входная положительная клемма 1 - первая обмотка 3 входного дросселя - силовой диод 5 - накопительный конденсатор 6 и подключенная к выходным клемма 7-8 нагрузка - входная отрицательная клемма 2.
G10
После открытия силового диода 5 сигнал управления u с дополнительного транзистора 10 снимают, вследствие чего он выключается при отсутствии тока, проходящего через его силовые переходы.
В дальнейшем электрические процессы повторяются аналогичным образом с заданным периодом.
Предварительные испытания подтвердили возможность широкого промышленного внедрения предлагаемого преобразователя.
Таким образом, создан эффективный преобразователь напряжения постоянного тока, который позволяет повысить кпд и надежность устройства за счет исключения коммутационных потерь мощности при выключении силового и дополнительного транзисторов, что в свою очередь приводит к исключению локального периодического перегрева полупроводниковых структур указанных приборов, и расширен арсенал преобразователей напряжения постоянного тока.