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 инвертора со средней точкой трансформатора, присоединенной через дроссель к источнику питания и двумя дополнительными управляемыми ключами 1. Основным недостатком этого устройства являются повышенные коммутационные потери в ключах, так как все ключи переключаются при коллекторном напряжении, равном двойному напряжению нагрузки.
Известен однотактный преобразователь постоянного напряжения 2, содержащий 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, коллектор которого соединен с положительным входным выводом и катодом первого диода, конец 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 преобразователя - 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
МПК 6 Н 02 М 3/335
амплитуда токов при том же среднем значении и является причиной указанных недостатков.
Известен преобразователь постоянного напряжения, выбранный в качестве прототипа 3. Он содержит 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 к входному выводу, два дополнительных диода, дополнительный транзистор начало второй обмотки дросселя соединено с катодом второго диода, анод которого соединяется с концом первичной обмотки трансформатора, а конец второй обмотки дросселя через силовой переход третьего транзистора связан с входным зажимом, при этом другой входной зажим через дополнительный диод соединен с началом первой обмотки дросселя, и через второй дополнительный диод с началом второй обмотки дросселя.
Недостатками прототипа являются повышенные коммутационные потери в ключах, так как энергия накопленная в индуктивности рассея1шя трансформатора при переключении первого и третьего ключей должна быть рассеяна на дополнительных демпфирующих элементах и в силу данного схемотехнического решения не может быть рекуперирована в источник или нагрузку.
Задачей полезной модели является увеличение коэффициента полезного действия (КПД) путем снижения коммутационных потерь в ключах.
Поставленная задача достигается тем, что в преобразователе постоянного напряжения, содержащем четыре силовых транзистора, дроссель с двумя обмотками, трансформатор, вторичная обмотка которого через мостовой выпрямитель с емкостным фильтром подключена к выходным выводам, а первичная обмотка подключена к эмиттерам первого и третьего транзисторов, первый входной вывод
f//f л S
-3
через переходы первого и второго диодов соединен с катодами четвертого и третьего диодов соответственно, аноды третьего и четвертого диодов через силовые переходы четвертого и второго транзисторов подключены ко второму входному выводу, согласно полезной модели, в него введен вентильный мост из четырех дополнительных диодов, диагональ постоянного тока которого подключена ко входным выводам, а диагональ переменного тока к выводам первичной обмотки трансформатора, начало первой обмотки дросселя подключено к общей точке первого транзистора и первичной обмотки трансформатора, а конец к общей точке третьего диода и четвертого транзистора, начало второй обмотки дросселя подключено к общей точке третьего транзистора и первичной обмотки трансформатора, а конец к общей точке четвертого диода и второго транзистора, коллектор первого транзистора присоединен к общей точке первого и четвертого диодов, а коллектор третьего транзистора присоединен к общей точке второго и третьего диодов.
Введением вентильного моста создается путь протекания тока намагничивания трансформатора, что позволяет снизить коммутационные потери в ключах и тем самым повысить КПД.
На фиг.1 приведена структурная схема преобразователя; на фиг.2 - временные диаграммы его работы, где / и U - токи и напряжения соответствующих элементов.
Преобразователь содержит первый 1.1 и второй 1.2 входные выводы, первый 2, второй 3, третий 4 и четвертый 5 диоды, первый 6, второй 7, третий 8 и четвертый 9 транзисторы, трансформатор 10 с первичной обмоткой 10.1 и вторичной обмоткой 10.2, дроссель 11с двумя обмотками 11.1 и 11.2, первый 12, второй 13, третий 14 и четвертый 15 дополнительные диоды, выпрямитель 16, емкостной фильтр 17 и выходные выводы 18. Входной вывод 1.1 соединен через диоды 2 и 3 с коллекторами транзисторов 6 и 8, эмиттеры которых присоединены к концам первичной обмотки 10.1 трансформатора, а также к началам обмоток 11.1 и 11.2 дросселя соответственно. Концы обмоток дросселя соединены с коллекторами транзисторов 9 и 7 соответственно, а эмиттеры присоединены к входному выводу 1.2.
Конец обмотки 11.1 дросселя через диод 4 соединен с коллектором транзистора 8, а конец обмотки 11.2 через диод 5 соединен с коллектором транзистора 6. Катоды диодов 12 и 14 присоединены к входному выводу 1.1, их аноды присоединены к первичной обмотке 10.1 трансформатора. Аноды диодов 13 и 15 присоединены к входному выводу 1.2, их катоды к первичной обмотке трансформатора. Вторичная обмотка 10.2 трансформатора через выпрямитель 16 присоединена к конденсатору 17 и выходным зажимам 18.
Предлагаемый преобразователь работает следующим образом. В момент времени tl одновременно включаются транзисторы 8 и 9, и входное напряжение, присутствующее на зажимах 1.1 и 1.2, прикладывается с полярностью обозначенной на фиг. 1 без скобок, к первичной обмотке трансформатора 10.1 и обмотке дросселя 11.1, через которые начинает протекать ток, замыкающийся через диод 3, транзисторы 8 и 9, первичную обмотку трансформатора 10.1 и обмотку дросселя 11.1. Под действием приложенного напряжения ток указанной цепи нарастает и в магнитном поле дросселя 11 происходит накопление энергии. В момент времени t2 транзистор 9 выключается, напряжение на дросселе меняет знак и приобретает полярность, обозначенную на фиг.1 в скобках. На обмотках трансформатора полярность напряжения остается прежней. Дроссель начинает отдавать накопленную энергию, ток обмотки 11.1 замыкается через диод 4, открытый трашистор8, первичную обмотку трансформатора 10.1. В момент времени t3, вновь открывается транзистор 9 и процессы повторяются. В момент времени t4 выключается транзистор 8 и транзистор 9, если он был в этот момент в проводящем состоянии и включается транзистор 6 и траюистор 7, если в момент времени соответствующий t4 был этап накопления энергии дросселя (транзистор 9 включен). При этом напряжение на обмотках трансформатора меняет знак (полярность показана на фиг.1 в скобках), и ток протекает по цепи: обмотка дросселя 11.2, диод 5, транзистор 6. В момент времени t5 включается транзистор 7 и ток дросселя 11 начинает протекать по цепи: вывод 1.1, диод 2,
транзистор 6, обмотка трансформатора 10.1, обмотка дросселя 11.2, траюистор 7, вывод 1.2. В момент времени t6 выключается транзистор 7 и описанные процессы повторяются. Диоды 12,13,14,15 обеспечивают путь протекания тока намагничивания трансформатора и тока дросселя в моменты переюпочеьшя транзисторов 6 и 8. Моменты переключения транзисторов 7 и 9 определяются необходимой формой тока нагрузки и допустимой амплитудой пульсации тока дросселя. Переключение транзисторов 6 и 8 определяются условием работы трансформатора на полном магнитном цикле.
Практическая реализация полезной модели на мощность 2кВт выполнена на следующих элементах: диоды ДЧ104-20-2; транзисторы ERGPnSOK; дроссель - феррит ПК40х18 - бщг.; трансформатор феррит ПК40х18 - Зщт.; диоды выпрямителя КД213А. Использованная литература
1.Глебов Б.А Магнито-транзисторные преобразователи напряжения для питания РЭА. -М.: Радио и связь, 1981, рис. 2.7.
2.А.С. №1697222, СССР, МКИ 5 Н 02 М 3/335. Однотактный преобразователь постоянного напряжения /Багинский Б. А., Макаревич В.Н.
3.Свидетельство РФ №6956 на полезную модель. Преобразователь постоянного напряжения, МПК6Н02МЗ/335, Опубл. 16.06.98 Бюл.№6.