Преобразователь постоянного напряжения

(191 П 11 2 Х 3/335 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ВТОРСКОМУ С ЬСТВУ ство ССС 1980(54)(57) НОГО НАП о т л ицелью по лельно п ходного ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Винницкий завод радиотехнической аппаратуры(56) 1. Авторское свидетель Р 978293, кл. Н 02 М 3/335,1ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯНЯЖЕНИЯ по авт. св. Р 978293 а ю щ и й с я тем, что, с ыиения надежности, паралрвичной обмотке каждого вырансформатора подключены введенные цепочки из последовательно включенных диода и конденсатора, первые выводы конденсаторов этих цепочек подключены к точкам присоединения ключевого элемента с первым выводом первичной обмотки соответ" ствующего выходного трансформатора, а между точками соединения вторых вы водов конденсаторов с диодами включен токоограничительный элемент.2. Преобразователь по п. 1, о т " л н ч а ю щ и й с я тем, что в качестве токоограничительного элемента использован резистор.3. Преобразователь по п. 1, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что в качестве токоограничительного элемента использован дроссель.Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитания для преобразования постоянного напряжения.По основному авт. св. М 978293 5 известен преобразователь постоянного напряжения, содержащий две последовательно присоединенные к входным выводам однофазные инверторные ячейки, каждая иэ которых содержит 10 ключевой элемент, подсоединенный к первичной обмотке выходного трансформатора, вторичная обмотка которого через соответствующий выпрямитель присоединена к общему 1.С 13 -Фильтру, выход которого подключен к выходным выводам, причем точка присоединения каждого ключевого элемента с одним иэ выводов первичной обмотки соответствующего выходного трансформатора подключена к соответствующему первому .электроду рекуперационного диода, при этом параллельно входным выводам присоединен емкостной делитель напряжения, средняя точка которого соединена с другими выводами первичных обмоток выходных трансформаторов, а каждая из крайних точек этого делителя напряжения подключена к соответствующим вторым электродам рекуперационных диодов. 30 Чтобы ключевые элементы преобразователя постоянного напряжения ни при каких условиях не выводились из области безопасных рабочих режимов необходимо применение 103 -це почек для уменьшения скорости нарастания напряжения на закрывающемся ключевом элементе 1 .Недостатком известного преобразователя напряжения является то, что 4 О амплитуда напряжения на конденсаторах кС.О -цепочек равна напряжению источника питания преобразователя. Кроме того, для каждого ключевого элемента должна быть установлена индивидуальная кСВ -цепочка. Большие динамические потери при вклчении ключевых элементов вызваны большими по величине импульсами тока через ключевые элементы при разряде конденсаторов 10 Б-цепочек и являются причиной низкого КПД известного преобразователя постоянного напряжения. Кроме того, при больших величинах емкостей конденсаторов СО -цепочек в резисторах выделяется зна чительная активная мощность, что приводит к ухудшению тепловых режимов работы элементов и снижению надежности преобразователя,Цель изобретения - повышение ва дежности преобразователя постоянного напряжения путем уменьшения амплитуды напряжения на конденсаторах 8 СЭ - епочек изменяющих траектории рабоих точек ключевых элементов. Поставленная цель достигается темр что в преобразователе постоянного напряжения параллельно первичной обмотке каждого выходного трансформатора подключены цепочки из последовательно включенных диода и конденсатора, причем первые выводы конденсаторов этих цепочек подключены к точкам присоединения ключевого элемента с первым выводом первичной обмотки соответствующего выходного трансформатораа между точками соединения вторых выводов конденсаторов с диодами включен токоограничительный элемент.В качестве токоограничительного элемента может быть включен резистор.Кроме того, в качестве токоограничительного элемента может быть включен дроссель.На фиг. 1 представлена электрическая схема преобразователя постоянного напряжения; на фиг. 2 - временные диаграммы напряжений и токов, иллюстрирующие его работу.Преобразователь постоянного напряжения (Фиг. 1 содержит две последовательно присоединенные к входным выводам преобразователя инверторные ячейки. Первая инверторная ячейка содержит ключевой элемент 1, входной конденсатор 2, выходной трансформатор 3 с первичной обмоткой 4 и выходной обмоткой 5, однотактный выпрямитель 6 и рекуперационный диод 7. Вторая инверторная ячейка содержит ключевой элемент 8, входной конденсатор 9, выходной трансформатор 10 с первичной обмоткой 11 и выходной обмоткой 12, однотактный выпрямитель 13 и рекуперационный диод 14. Обе инверторные ячейки работают противофаэно на общий диодно-индуктивно емкостной фильтр 15-16-17.К выходным выводам преобразователя подключена нагрузка 18. Входные конденсаторы 2 и 9 образуют емкостной делитель напряжения, средняя точка которого соединена с выводами первичных обмоток выходных трансформаторов 4 и 11, а к каждой крайней точке второго делителя напряжения подключены соответствующие электроды рекуперационных диодов 7 и 14. Параллельно первичной обмотке 4 выходного трансформатора 3 подключена цепочка из последовательно соединенных диода 19 и конпенсатооа 20. Паоаллельно первичной обмотке 11 выхсдного трансформатора 10 подключена цепочка из последовательно соединенных диода 21 и конденсатора 22. Первый вывод конденсатора 20 подключен к точке присоединения ключевого элемента 1 с первичной обмоткой 4 выходного трансформатора 3, а первый вывод конденсатора 22 подключен к точке присоединения ключевого элемента 8 с пер 1065997вичной обмоткой 11 выходного трансформатора 10. Между точками соединения вторых выводов конденсаторов 20 и 22 с диодами 19 и 21 соответственно включен дополнительный резистор 23.Вместо резистора 23 может быть 5 включен дополнительный дроссель 2.Преобразователь постоянного напряжения работает следующим образом.Ключевые элементы 1 и 8 работают поочередно и управляются импульса ми напряжения, сдвинутыми на половину периода коммутации ключевого элемента каждой инверторной ячейки. Предположим, что ключевой элемент 1 открыт, а ключевой элемент 8 закрыт. При этом к первичной обмотке 4 трансформатора 3 прикладывается напряжение, равное Епт /2, (где ЕОит - напряжение источника питания преобразователя, подключенного к входным выводам). Контур протекания тока первичной обмотки 4 трансформатора 3 замыкается на цепи: 2-1-4-2.В течение открытого состояния ключевого элемента 1 пРоводит выпрямительный диод б и энергия со вторичной обмотки 5 трансформатора 3 поступает на выходной дроссель 16 и нагрузку 18 преобразователя. Кроме этого при открывании ключевого элемента 1 начинает протекать ток заряда конденсатора 20, который замыкается по цепи: 2-1-20-23-21-2, В течение открытого состояния ключевого элемента 1 (интервал времени- 1 у на Фиг. 2) конденсатор 20 заряжается З 5 до напряжения, равного Еи /2, при этом максимальная величийа зарядного тока конденсатора ограничена сопротивлением резистора 23. При выключении ключевого элемента 1 (момент 40 времени 1 под воздействием ЭДС само- индукции открывается диод 19 начинается процесс перезаряда конденсатора 20. В тот же момент времени закрывается выпрямительный диод б. 4 Ток перезаряда конденсатора возрастает пропорционально уменьшению тока ключевого элемента 1. По мере пере" заряда конденсатора напряжение на конденсаторе увеличивается замедленно и поэтому динамические потери при включении ключевого элемента 1 и скорость возрастания напряжения на ключевом элементе 1 уменьшаются. В момент времени(фиг. 2) ключевой элемент полностью закрывается и его ток становится равным нулю. Процесс пере- заряда конденсатора 20 на интервале 1-1продолжается за счет энергии, йакопленнойв индуктивности намагничивания трансформатора 3. В момент вре.-6 О иени 14 напряжение на конденсаторе 20 достигает значения Епд /2 и ток перезаряда конденсатора 20 с;аяовится равным нулю, В этот же момент времени под воздействием ЭДС само индукции первичной обмотки 4 трансформатора 3 открывается рекулераци" онный диод 7 и начинается процесс рекуперации энергии, накопленной в индуктивности намагничивания трансформатора 3, Рекуперация энергии, накопленной в индуктивности намагничивания трансформатора 3, идет на интервале времени 14 -16, при этом напряжение на ключевом элемента 1 фиксируется на уровне Епц . В момент времени 1 указанный процесс рекуперации энергии, накопленной в индуктивности намагничивания трансформатора 3, прекращается. На интервале времени 1 б - 1 происходит разряд конденсатора 20 на первичную обмотку 4 трансформатора 3, при этом ток разряда замыкается по цепи: 20-23-21-4-20. В момент времени 1 напряжение на конденсаторе 20 достигает нуля. Ток разряда конденсатора 20, текущий на интервале 16 -1 по обмотке 4 трансформатора 3 намагничивает сердечник трансформатора 3 в направлении, противоположном намагничиванию его при открытом состоянии ключевого элемента. В момент времени 11 вновь открывается ключевой элемент 1 и процессы повторяются,Во второй инверторной ячейке процессы протекают аналогично. В момент времени 1 открывается ключевой элемент 8 и начинает протекать ток по первичной обмотке 11 трансформатора 10, который замыкается по контуру: 9-11-8-9. При этом к первичной обмотке 11 трансформатора 10 прикладывается напряжение, равное Е /2, а выпрямителъный диод 1 1 находится в проводящем состоянии и энергия со вторичной обмоткой 12 трансформатора 10 поступает на выходной дроссель 16 и нагрузку преобразователя 18. Кроме этого при открывании ключевого элемента 8 начинает протекать ток заряда конденсатора 22, который замыкается по цепи: 9-19-23-22-8-9,В течение открытого состояния ключевого элемента 8 конденсатор 22 заряжается до напряжения, равного Епг /2, при этом максимальная величина зарядного тока конденсатора ограничена сопротивлением резистора 23.При выключении ключевого элемента 8, в момент времени 18 (Фиг, 2) на первичной обмотке 11 трансформатора 10 возникает ЭДС самоиндукции, под воздействием которой открывается диод 21 и начинается процесс перезаряда конденсатора 22, В этот же момент времени закрывается выпрями- тельный диод 13. В момент времени у ключевой элемент 8 закрывается полностью и его ток становится равным нулю, На интервале времени 6 - Фщ перезаряд конденсатора 22 происходит за счет энергии, накопленной в1065997 е. 2 Заказ 11056/5Подписное ВНИИП Тираж индуктивности намагничивания трансформатора 10. В момент времени(, напряжение на конденсаторе 22 достигает значения Ещ /2 и ток перезаряда конденсатора 22 становится равным нулю. На интервале времени 1 О -1 идет рекуперация энергии, накопленной в индуктивности намагничивания трансформатора 10 на конденсатор 2 емкостного делителя напряжения, при этом ток рекуперации идет по контуру: 11-14-2-11. В момент времени 1 указанный процесс рекуперации прекращается, На интер.вале времени ( -1,(9 происходит разряд конденсатора 22 на первичную обмотку 11 трансформатора 10, При этом ток разряда замыкается по цепи: 22-11-19-23-22. В момент времениток разряда прекращается и напряжение на конденсаторе 22 становится равным нулю. В момент времени 1 вновь отрывается ключевой элемент 8 .и процессы во второй инверторной ячейке повторяются.В течение вреь .ни, когда оба ключевых элемента 1 и 8 закрыты, часть энергиинакопленной в индуктивности фильтра 16 передается через шунтирующнй диод 15 в нагрузку 18 преобразователя.При включении дросселя вместо резистора 23 все процессы аналогичныи отличаются лишь тем, что в течение 5 открытого состояния ключевого элемента 1(8) максимальная величина зарядного тока конденсатора 20(22)ограничена индуктивностью дополнительного дросселя, а не величиной 10 сопротивления резистора 23.Включение вместо резистора 23дросселя в предлагаемый преобразователь не только уменьшает амплитудуимпульса тока ключевых элементов 1 5 и 8 при их включении, но и улучшаеттепловые режимы работы элементовпреобразователя, т.к. активные потери мощности в дросселе значительно меньше аналогичных потерь в резис торе 23. Преобразователь постоянного напряжения обеспечивает повышение надежности в результате введения цепочек, формирующих траекторию рабочей точки при переключении ключевого элемента, и снижение пиковой мощности и динамических потерь. Филиал ППП "Патент",г.ужгород, ул.Проектна