ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Преобразователь постоянного напряжения
Полезная модель относится к преобразовательной технике и может быть использована во вторичных источниках электропитания.
Известен преобразователь постоянного напряжения с регулируемым токовым выходом, построенный на базе инвртора со средней точкой трансформатора, присоединенной через дроссель к источнику питания и двумя дополнительными управляемыми ключами 1, рис.2.7. Основным недостатком этого устройства являются повышенные коммутационные потери в ключах, так как все ключи переключаются при двойном напряжении нагрузки и в любой момент два ключа работают с частотой модуляции тока дросселя, которая при подобном формировании тока нагрузки, как правило, значительно превышает частоту переключения силового трансформатора.
Также известна возможность токового регулирования параметров преобразователя на базе однотактной схемы, содержащей транзистор, дроссель с двумя обмотками, диод и конденсатор фильтра. Последовательно соединенные транзистор и первая обмотка дросселя присоединены к источнику постоянного напряжения, а вторая обмотка дросселя присоединена к выходным выводам через диод 2, рис.1. Основной недостаток подобного решения - повышенные коммутационные потери, неэффективное использование источника и низкий КПД, что обусловлено импульсными токами, которые образуются как по входу так и по выходу преобразователя.
Наиболее близким по технической сути к данному изобретению является принятый в качастве прототипа однотактный преобразователь постоянного напряжения 3. Он содержит выводы для подключения источника постоянного напряжения, первый, второй и третий транзисторы, первый и второй диоды, первый и второй дроссели, трансформатор с двумя первичными обмотками, вторичная обмотка которого через выпрямитель с емкостным фильтром подключена к выходным выводам. Начало первой первичной обмотки соединено с первым выводом первого дросселя и эмиттером первого транзистора.
МПК 6 Н 02 М 3/335
коллектор которого соединен с положительным входным выводом и катодом первого диода. Конец первой первичной обмотки соединен с первым выводом второго дросселя и эмиттером третьего транзистора, коллектор которого соединен с катодом второго диода. Начало второй первичной обмотки соединено со вторым выводом первого дросселя и анодом второго диода, конец со вторым выводом второго дросселя, анодом первого диода и коллектором второго транзистора, эмиттер которого соединен с отрицательным входным выводом.
Недостатки прототипа - увеличенные потери в ключах и ограниченный диапазон регулирования в режиме управляемого источника тока. Это обусловлено тем, что данное устройство может работать в режиме источника тока только при коэффициенте заполнения импульсов входного тока менее 0,5. Увеличенная амплитуда токов при том же среднем значении и является причиной указанных недостатков. Задачей полезной модели является расширение диапазона регулирования в режиме управляемого источника тока и снижение коммутационных потерь в ключах.
Для реализации поставленной задачи в преобразовтель постоянного напряжения, содержащий трансформатор., вторичная обмотка которого через выпрямитель с емкостным фильтром подключена к выходным выводам, дроссель с двумя обмотками, начало первой из которых подключено к катоду первого диода, а конец первой обмотки дросселя через силовой переход первого транзистора связан с концом первичной обмотки трансформатора, начало которой через силовой переход второго транзистора подключено ко входному выводу, согласно полезной модели, введены два дополнительных диода, дополнительный транзистор, магнитная связь между дросселями, причем начало второй обмотки дросселя соединенр с катодом второго диода, анод которого соединяется с концом первичной обмотки трансформатора, а конец второй обмотки дросселя через силовой переход третьего транзистора связан со входным зажимом, при этом другой входной зажим через первый дополнительный диод соединен с началом первой обмотки дросселя, и через второй дополнительный диод с началом второй обмотки дросселя.
произвольной однополярной формы независимо от вида нагрузки. В цепь нагрузки энергия поступает непрерывно. Трансформатор работает на полном магнитном цикле, причем все обмотки трансформатора постоянно обтекаются током. Данный преобразователь работает с коэффициентом заполнения импульсов входного тока вплоть до единицы, причем частоты работы электромагнитных элементов не связаны между собой и могут быть выбраны оптимальными. Это обеспечивает как расширение диапазона регулирования, так и снижение коммутационных потерь.
На фиг. 1. приведена структурная схема преобразователя; на фиг. 2 - временные диаграммы его работы, где / и f/ - токи и напряжения соответствующих элементов.
Преобразователь содержит первый 1.1. и второй 1.2 входные выводы, первый 2 и второй 3 дополнительные диоды, первый 4 и второй 5 диоды, дроссель 6 с двумя обмотками 6.1 и 6.2, первый 7 и второй 8 транзисторы, трансформатор 9 с первичной обмоткой 9.1 и вторичной обмоткой 9.2, третий транзистор 10, дополнительный транзистор 11, выпрямитель 12, емкостной фильтр 13 и выходные выводы 14.1 и 14.2. Входной вывод 1.1 соединен через диоды 2 и 3, с катодами диодов 4 и 5 соответственно, и с первыми выводами обмоток дросселя 6. Другие выводы обмоток соединяются с коллекторами транзисторов 10 и 7, эмиттеры которых соединены с анодами диодов 4 и 5 соответственно, первичной обмоткой трансформатора 9.1 и через транзисторы 8 и 11 соответственно, со входным зажимом 1.2. Вторичная обмотка трансформатора 9.2 через выпрямитель 12 присоединена к конденсатору фильтра 13 и выходным зажимам 14.
Предлагаемый преобразователь работает следующим образом. В момент времени tl одновременно включаются транзисторы 7 и 8, и входное напряжение, присутствующее на входных зажимах 1.1 и 1.2, прикладывается с полярностью, обозначенной на фиг. 1 без скобок, к обмотке дросселя 6.1 и первичной обмотке трансформатора 9.1, через которьЕе начинает протекать ток, замыкающийся через транзисторы 7 и 8, диод 2, обмотку дросселя 6.1, обмотку трансформатора 9.1. Под действием приложенного напряжения ток указанной цепи нарастает и в дросселе 6 происходит накопление энергии. В момент времени 12
транзистор 8 выключается, напряжение на дросселе меняет знак и приобретает полярность обозначенную на фиг. 1 в скобках. На обмотках трансформатора 9 полярность напряжения остается прежней. Дроссель начинает отдавать накопленную энергию, ток обмотки 6.1 замыкается через первичную обмотку трансформатора 9.1, диод 4 и открытый транзистор 7. В момент времени t3, вновь открывается транзистор 8 и процессы повторяются. В момент времени 14 выключается транзистор 7 и транзистор 8, если он был в этот момент в проводящем состоянии, и включается транзистор 10 и транзистор 11, если в момент времени соответствующий 14 был этап накопления энергии дросселя (транзистор 8 включен). При этом напряжение на обмотках трансформатора меняет знак (полярность показана на фиг. 1 в скобках), и ток протекает по цепи: обмотка дросселя 6.2, транзистор 10, обмотка трансформатора 9.1, диод 5. В момент времени 15, вкючается транзистор 11 и ток дросселя 6 начинает по цепи: вывод 1.1, диод 3, обмотка дросселя 6.2, транзистор 10, обмотка трансформатора 9.1, транзистор 11, вывод 1.2. В момент времени t6 выключается транзистор 11 и описанные процессы повторяются. Моменты переключения транзисторов 8 и 11 определяются необходимой формой тока нагрузки и допустимой амплитудой пульсации тока дросселя. Переключение транзисторов 7 и 10 определяется условием работы трансформатора на полном магнитном цикле.
Практическая реализация полезной модели на мощность 1 кВт сделана на следующих элементах: диоды 2-5 - КД230А; транзисторы 7,8,10,11 - КТ847А; дроссель 6 - МП140 - ЗК44-28-10,3 - 1,5 мГн; трансформатор - феррит ЗК45-28-8; диоды выпрямителя - КД226Д. Использованная литература
1.Глебов Б.А. Магнитно-транзисторные преобразователи напряжения для питания РЭА. - М.:  и связь, 1981. - 96с., ил.
2.Волков И.В., Пономарев И.Г., Мясников А.Г., Свительский А.Л., Гранкин А.В., Гринчук И.А. Индуктивно-ключевые преобразователи с токовым регулированием выходных параметров. - Киев, 1991. - 38с.(Препр./АН УССР. Ин-т электродинамики; №689).
3.А. С. 1697222, СССР, МКИ 5 Н 02 М 3/335. Однотактный преобразователь постоянного напряжения /Багинский Б.А.,