ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Полезная модель относится к электротехнике, к преобразователям постоянного напряжения в постоянное напряжение другой величины.
Известен преобразователь напряжения постоянного напряжения в постоянное напряжение другой величины, содержащий мостовую схему, два плеча которой образованы последовательно соединенными транзисторами, два других плеча моста образованы последовательно соединенными конденсаторами, причем вершины моста, где соединен транзистор и конденсатор, соединены с источником входного постоянного напряжения, между другими вершинами моста включен конденсатор, а также через обмотку трансформатора обратной связи цепи самовозбуждения включены последовательно первичные обмотки двух силовых трансформаторов, вторичные обмотки которых соединены с двумя диодами по нулевой схеме выпрямления на общую нагрузку (RU №2072617, МПК H02M 3/337, опубл. 27.01.1997).
Недостатком схемы является неэффективное использование обмоток и магнитопроводов силовых трансформаторов, повышенные потери в транзисторах при их отпирании, а также возможность сквозных коротких замыканий транзисторов, соединенных последовательно к источнику входного постоянного напряжения.
Известен двухтактный преобразователь постоянного напряжения (RU №2212089, МПК7 H02M 3/337), содержащий два транзистора, каждый и которых соединен последовательно с одной из двух первичных обмоток силового трансформатора, причем эти транзисторы соединены к противоположным полюсам источника входного постоянного напряжения, точки соединения транзистора и первичной обмотки силового трансформатора соединены между собой через конденсатор, а две вторичные обмотки силового трансформатора, включенные между собой согласно последовательно, с двумя диодами образуют двухполупериодную нулевую схему выпрямления со средней точкой трансформатора (RU №2212089, МПК7 H02M 3/337, опубл. 10.09.2003).
Недостатком преобразователя является большая величина напряжения, прикладываемого к транзистору при его запирании, а также возможность сквозных коротких замыканий источника входного постоянного напряжения через транзисторы и конденсатор, соединенные последовательно, что может вывести из строя транзисторы.
Технический результат заключается в повышении надежности работы преобразователя за счет исключения возможности одновременного включения на короткое замыкание источника постоянного напряжения, а также уменьшения коммутационных напряжения на транзисторах.
Технический результат достигается тем, что преобразователь содержит силовой трансформатор, две вторичные обмотки которого включены между собой согласно последовательно и образуют с диодами двухполупериодную нулевую схему выпрямления со средней точкой, нагрузка которой подключена через LC-фильтр. Первая из двух первичных обмоток силового трансформатора своим началом подключена к первому полюсу источника входного постоянного напряжения через первый транзистор, шунтированный встречно-параллельным ему диодом, и также подключена ко второму полюсу источника входного постоянного напряжения через первый отдельный диод. Вторая первичная обмотка трансформатора своим началом подключена ко второму полюсу источника входного постоянного напряжения через второй транзистор, шунтированный встречно-параллельным ему диодом, и также подключена к первому полюсу источника входного постоянного напряжения через второй отдельный диод. Концы обеих первичных обмоток присоединены к общей точке последовательно соединенных конденсаторов, подключенных к полюсам источника входного постоянного напряжения.
Преобразователь (фиг.1.) содержит первичные обмотки 1, 2 силового трансформатора 3. Первая 1 из двух первичных обмоток 1, 2 силового трансформатора 3 своим начало 1а подключена к первому полюсу 8 источника входного постоянного напряжения 10 через первый транзистор 4, шунтированный встречно-параллельным ему диодом 5, и также подключена ко второму полюсу 9 источника входного постоянного напряжения 10 через первый отдельный диод 13. Вторая 2 первичная обмотка трансформатора 3 своим началом 2а подключена ко второму полюсу 9 источника входного постоянного напряжения 10 через второй транзистор 6, шунтированный встречно-параллельным ему диодом 7, и также подключена к первому полюсу 8 источника входного постоянного напряжения 10 через второй отдельный диод 14. Концы обеих первичных обмоток 1в и 2в присоединены к общей точке последовательно соединенных конденсаторов 11, 12, подключенных к полюсам 8, 9 источника входного постоянного напряжения 10. Две вторичные обмотки 15, 16 силового трансформатора 3 включены между собой согласно последовательно и образуют с двумя дополнительными диодами 17, 18 двухполупериодную нулевую схему выпрямления со средней точкой, а нагрузка 19 выпрямителя 17, 18, подключена через LC- фильтр 20.
Управление транзисторами производится с помощью системы управления 21, которая поочередно отпирает один из транзисторов 4 или 6 и одновременно с этим запирает другой транзистор 6 или 4.
Преобразователь работает следующим образом. Поступающее от источника 10 входное постоянное напряжение при отпирании транзистора 4 подается на обмотку 1 в полярности + на начале 1а обмотки 1. На вторичных обмотках 2, 15, 16 трансформатора 30 формируется напряжение взаимной индукции в той же полярности (+ на начале обмотки). В результате этого напряжение вторичной обмотки 15 через диод 17 подается на нагрузку 19 через LC-фильтр 20. Напряжение взаимной индукции на второй первичной обмотке 2 равно напряжению, сформированному на обмотке 1, поскольку конструктивно обе эти обмотки выполнены одинаковыми, с равными числами витков. При запирании транзистора 4 ток обмотки 1 уменьшается и образуется на обмотке 1 э.д.с. самоиндукции в полярности (+ на конце обмотки 1в). Если величина этого напряжения превысит величину входного постоянного напряжения, то отпирается диод 13. При этом к транзистору 4 прикладывается напряжение, равное э.д.с. самоиндукции обмотки 1, ограниченное по величине на уровне входного постоянного напряжения источника 10. После окончания сброса (возврата) в источник 10 реактивной энергии обмотки 1 ток обмотки 1 становится равным нулю. При отпирании транзистора 6 напряжение источника 10 подается на обмотку 2 в полярности + на конце 2в обмотки 2. На вторичных обмотках 15, 16 трансформатора 3 формируется напряжение взаимной индукции в той же полярности + на конце обмотки. В результате этого напряжение вторичной обмотки 15 через диод (17) подается на нагрузку (19) через LC-фильтр (20). Напряжение взаимной индукции на первой первичной обмотке (1) получит величину, равную напряжению, сформированному на обмотке (2), поскольку конструктивно обе обмотки выполнены одинаковыми, с равными числами витков.
При запирании транзистора (6) ток обмотки (2) уменьшается и образуется на обмотке (2) э.д.с. самоиндукции в полярности (+ на начале 2а обмотки). Если величина этого напряжения превысит величину входного постоянного напряжения, то отпирается диод (14). При этом к транзистору (4) прикладывается напряжение, равное э.д.с. самоиндукции обмотки (2), ограниченное по величине на уровне входного постоянного напряжения источника (10). После окончания сброса (возврата) в источник (10) реактивной энергии обмотки (2) ток обмотки (2) становится равным нулю.
Если в интервале сброса энергии обмоток (например, 1) в источник (10) подать отпирающий сигнал на очередной транзистор (т.е. 6), то на первичной обмотке сформируется напряжение, равное напряжению от источника (10) в полярности, соответствующей интервалу работы этого транзистора (4), в такой же полярности, что и в интервале сброса энергии обмотки (1).
Чередование включения транзистора (4) и (6) обеспечивает перемагничивание магнитопровода трансформатора (3), т.е. эффективное использование материала магнитопровода. Случайное одновременное включение обеих транзисторов в противопоставленном преобразователе вызывает сквозное через два транзистора замыкание входного источника постоянного напряжения, чрезвычайно большую величину тока замыкания через транзисторы и выход их из строя при первом же одновременном включении транзисторов преобразователя. В предлагаемом преобразователе отсутствует возможность сквозных токов замыкания входного источника постоянного напряжения через транзисторы. При случайном одновременном включении обеих транзисторов (4 и 6) сквозной ток через транзисторы ограничивается сопротивлением обмоток (1) и (2).
Управление транзисторами (4, 6) преобразователя осуществляется от системы управления - СУ (21). Сигнал отпирания подается поочередно сначала на транзистор (4), соединенный с обмоткой (1), и затем после запирания транзистора (4) сигнал отпирания подается на транзисторы (6), соединенный с обмоткой (2), а после запирания транзисторов (6) сигнал отпирания снова подается на транзистор (4). Периодичность отпирания и запирания транзисторов определяется способом управления преобразователем с целью формирования на выходе преобразователя (на нагрузке (19)) постоянного напряжения требуемой величины.
Поскольку параллельно транзисторам нет необходимости включать конденсаторы для ограничения напряжения на транзисторах, то не будет и потерь в транзисторах, которые возникают при разрядке конденсатора, параллельного транзистору, на открывшийся транзистор. Нет также потерь в транзисторе, которые возникают при зарядке конденсатора, включенного последовательно транзистору, через открывающийся транзистор, поскольку отсутствует необходимость включать конденсаторы в схему последовательно транзисторам.
В качестве ключевых элементов в преобразователе (транзисторов) могут использоваться различные типы транзисторов (биполярные, IGBT, MOSFET) а также возможно применение тиристоров.
По сравнению с известными решениями предлагаемое позволяет повысить надежность работы преобразователя за счет исключения возможности одновременного включения на короткое замыкание источника постоянного напряжения, а также уменьшения коммутационных напряжения на транзисторах.