Преобразователь напряжения постоянного тока

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 919 1) 4 ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИ СССР ОТКРЫТИЙОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕК АВТОРСЙСМУ СВИДЕТЕЛЬСВ ВУ 9967/24-0702.8407.85. Вюл. 9 27Крылов, В.В. Доорокоумова.316.722.1(088.8)ектроника", 1981,рис. За.троника", 19 водам ьм и, а выходная ямитель - с выходецценными с вхоСом бмотка через вып ыми выводами, со лока управления, лючец к базе ком ого подод ко ов о тра еэ с ены с сотора,ответНЕЯИ ходные вывовуюпеми входемпфернуюоторои соед 6, с,43-51. 78,од комму ируюпего трций сяия КПД и ццепочка и ю овыщ дежцости двух по введенательно и гласно соединенных дио подключенная к входным выводам, причем точка соединения диодов подключена к второму выводу демпферной ЯС -ЯР(54)(57)ПОСТОЯННОрующий трсоединена коллекттрансформвыводом,матора че РЕОБРАЗОВАТЕ 1 Ь НАПРЯЖЕНИЯ О ТОКА, содержащий коммути нзистор, эмиттер которого первым входным выводом, р через первичную обмотку тора - с вторым входным торичная обмотка трансфорез вбзвратньй диод соедине утирующе ды соеди дами бло С -цепь, ицен с. к цзистора а управлпервыйллектороо тлис целью919 3 1168Изобретение относится к электротехнике и может найти применение вимпульсных преобразователях электрической энергии.Цель изобретения " повышение КПДи надежности.На фиг. 1 приведена принципиальная электрическая схема предлагаемого преобразователя напряжения; на. Фиг.2 - блок-схема блока управления; Юна Фиг.3 - график изменения коллекторного наиряжения; на фиг.4 - графикизменения коллекторного напряженияизвестного устройства,Преобразователь содержит трансформатор 1, первичная обмотка 2 которого включена между положительнымвыводом питания и коллектором коммутирующего.транзистора 3, эмиттеромсоединенного с отрицательным. выводом 20питания, возвратный диод 4, соединенный анодом с отрицательным выводомпитания, а катодом через вторичнуюобмотку 5 трансформатора 1 - с положительным выводом питания, демпфи" 25рующую Яс-цепь б, одним выводом подключенную к коллектору транзистора 3,а другим - к общей точке соединениядиодов 7 и 8, каждый иэ которых соединен с одним иэ выводов питания,выходную обмотку 9 трансформатора 1,соединенную через выходной выпрямитель и Фильтр 10 с выходными выводами и входом блока 11 управления, выход которого соединен с базой транзистора 3 и входными выводами питания.Блок 11 управления (фиг.2) содержит генератор 12 импульсов, управляющий работой транзистора 3, иузел 13 обратной связи, представляющий собой оптронную систему и служащий для поддержания постоянным напряжения на выходных клеммах за счетизменения скважности импульсов, выра 45батываемых генератором 12.Устройство работает следующим образом.1В процессе преобразования напряжения на базу транзистора 3 нз блока 11 управления периодически поступают управляющие импульсы, приводящие к его поочередному отпиранию иэапиранию. Прерывистый характер питания трансформатора 1, включенного 55последовательно с транзистором 3,создает в нем переменное магнитноеполе, обусловленное попеременным накоплением энергии во время открывания транзистора 3 и высвобожденияее в нагрузку, через выходную обмотку 9 трансформатора 1, выходнойвыпрямитель и фильтр 10, когда этоттранзистор заперт. Однако не всяэнергия, запасаемая за один циклгенерации напряжения в трансформаторе 1, является полезной. Часть ее,накопленная в индуктивности рассеяния, неизбежно присутствующей вовсех реальных трансформаторах иэ-законструктивного несовершенства, остается в контуре, образованном названной индуктивкостью и емкостью,слагающейся иэ паразиткой емкостиобмотоК трансформатора 1 и емкостиколлектора транзистора 3, Сама посебе величина этой энергии можетбыть невелика, но вполне достаточнадля того, чтобы обусловленные еюкоммутационные выбросы превысилипредельно допустимые значения дляколлектора транзистора 3 и нарушилиэлектрическую прочность трансформатора 1, резко снизив тем самым надежность устройства в целом. Привключении транзистора 3 происходитполный разряд конденсатора цепи 6через диод 8. После выключения транзистора 3 напряжение на обмотках трансформатора 1 начнет резко уменьшаться, стараясь сменить знак, но пока этого не произойдет, цепь 6 обратного смещения на диоде 8 будет отключена,от коллектора транзистора 3 и неокажет влияния на характер переключения. При дальнейшем росте коллекторного напряжения в момент переходачерез нуль напряжения на обмоткахтрансформатора 1 подключится цепь 6через диод 7, которая начнет тормозить скорость нарастания напряжения,забирая в себя избыточную энергию,тем самым будет сглажен выброс нафронте импульса переключения. Максимальная амплитуда коллекторного напряжения при этом не превысит значения, определяемого из соотношениямежду первичной и вторичной обмоткамитрансформатора 1. Как правило (а вданном случае это обязательное условие), указанное соотношение составляет 1;1 с целью обеспечения максимального магнитного потокпсцецления между обмотками 2 и 5.и +) 1 лоду лощаиия 6 а пиваноя 3 1168Таким образом, для наиболее критического случая, когда из-за неполной нагруженности преобразователя не вся накопленная энергия поступает на его выход, а оставшаяся ее часть возвращается (рекуперируется) обратно в источник через вторичную обмотку 5 и диод 4, напряжение на коллекторе транзистора 3 достигает удвоенного напряжения питания Ц . Очевидно, что 1 Оапри этом конденсатор демпфера 6 заря" жается до значения Од. После того, как энергия в трансформаторе 1 полностью высвободится, напряжение на его обмотках начнет спадать и сно- ц ва (за счет энергии паразитного контура) будет менять знак. При достижении коллекторным напряжением величины, равной напряжению заряда конденсатора демпфера 6 (т.е. Оя )20 последний, находившийся перед этим в отключенном состоянии, за счет обратного смещения на диоде 7 будет снова подключен к коллектору транзистора 3 через диод 8 и приведет к быст рому затуханию колебаний в контуре (фиг.З).Введение любого демпферного устройства в колебательную систему, к которой относится и предлагаемый преобразователь, всегда связано с увеличением .потерь энергии. Эти потери при сравнительном анализе могут быть оценены через энергию конденсатора 99 4демпфера, которую ок получает илиотдает каждый раз при смене напряжения на трансформаторе преобразователяСОбасф1где С - емкость конденсатора,О " напряжение заряда.Для предлагаемого устройства максимальные потери в денвере будутсоответствовать напряжению зарядаконденсатора, равнамуЦд, в то времякак для известного устройства, в котором демпфер ве развязан, диодами,,это напряжение будет равно 2 О(фиг.4). Спедуя приведенной формуле,получим соотношение потерь в демпФере 1:4 в пользу предлагаемогоустройства. Реальное же соотношениепотерь будет еще больше, так какработая на полноценную нагрузку,предлагаемый преобразователь не будет создавать импульсов переключениямаксимальной амплитуды, и доля участия демпфера в общем цикле генерации напряжения будет существенноснижена (для известного же устройства режим нагружения преобразователявсегда находится в равном отношениис нагружением демпфера),Таким образом, предлагаемое техническое решение является более эф"фективным по сравнению с известнымимеет меньшие потери н более надежно.