Преобразователь постоянного напряжения

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН120366 02 М 3 335 .: ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕК А ВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ ричного аппара - 156,ватель- есоюзв, сенванные : ЭнерГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(56) Ромаш Э, М. Источники втоэлектропитания радиоэлектроннойтуры, - М.: Радио и связь, 1981, с. 15Авторское свидетельство СССР807256, кл. 6 05 Г 1/64, 1978.Современные задачи преобразоной техники. /Тезисы докладов Вной технической конференции. - Киетябрь 1975, ч. 4, с. 315 - 325,Моин В. С. и др. Стабилизиротранзисторные преобразователи. - Мгия, 1972, с. 304 - 306.Авторское свидетельство СССР584299, кл. 6 05 Р 1/56, 1976.(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ(57) Изобретение позволяет повысить надежность преобразователя постоянного напряжения путем устранения коммутационных перегрузок силовых трансформаторов,уменьшения динамических потерь и повышения стабильности частоты. Это достигается введением в преобразователь синхронизирующего генератора7, связанного свходом блока 23 принудительного запирания, выход которого соединен с входомсиловых транзисторов. В момент коммутации силовых транзисторов на управляющих выходах 24 и 25 блока принудительногозапирания появляется напряжение под действием импульса с генератора 17. Это на- спряжение способствует закрыванию силовыхтранзисторов 1 и 2. В первичной обмотке фд3 силового трансформатора протекает ток и Юфв его магнитопроводе накапливается энергия, достаточная для поддержания неизменной ЭДС самоиндукции в течение временикоммутации. 2 ил.5 10 15 20 25 30 35 40 50 Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах электропитания узлов автоматики, вычислительной техники и средств связи, в которых требуется преобразование постоянного напряжения и гальваническое разделение входных и выходных цепей.На фиг. 1 изображена блок-схема устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы напряжений ца его элементах.Транзисторный инвертор (фиг. 1) содержит два силовых транзистора 1 и 2, эмиттеры которых объединены и соединены с общей шиной инвертора, а к их коллекторам подключены крайние выводы первичной обмотки 3 выходного трансформатора 4, отвод от средней точки которой соединен с плюсовым выводом источника 5 питания постоянного тока, а минусовой вывод этого источника соединен с общей шиной ицвертора, вторичная обмотка 6 выходного трансформатора 4 соединена с нагрузкой 7. Кроме того, устройство содержит цепь 8 положительной обратной связи, включенную параллельно первичной обмотке 3 трансформатора 4 и состоящую из последовательно соединенных балластного резистора 9, управляемого ключевого элемента 10, первичной обмотки 11, переключающего трансформатора 12, вторичные обмотки 13 ц4 которого подключены через базовые резисторы5 и 16 к переходам база - эмиттер силовых транзисторов 1 и 2, сицхронизцрующий генератор 17 прямоугольных импульсов, импульсный трансформатор 8, подключенный к выходу генератора 17, выводы вторичной обмотки 19 которого соединены с управляющим входом 20 управляемого ключевого элемента 10, а выводы второй вторичной обмотки 21 этого же трансформатора 18 подключены к входу 22 сицхронизации блока 23 принудительного запирания, выходы 24 и 25 которого подключецы к переходам база - эмиттер силовых транзисторов 1 и 2 соответственно, устройство 26 запуска, выход которого соединен с базой силового транзистора 1,Инвертор работает следующим образом.При вклкчении инвертора питающее напряжение с источника 5 постоянного тока поступает на устройство 26 запуска, генератор 17 прямоугольных импульсов и двухтактную ицверторцую ячейку, выполненную на силовых транзисторах 1 и 2. Устройство 26 запуска формирует короткий одиночный импульс напряжения (фиг. 2 а), который подается ца базу силового транзистора 1 в момент времени 1 о. Последний начинает открываться и потенциал на его коллекторе уменьшается, Пусть в момент времени 1 д генератор 17 также генерирует импульс напряжения (фиг. 2 б), благодаря которому ключевой элемент 10 находится в проводягцем состоянии (фиг. 2 в), так как на его упра вляющи й вход 20 подается соответствующий сигнал с вторичной обмотки 9 трансформатора 18. В этот же момент времени с обмотки 21 трансформатора 18 на вход 22 синхронизации блока 23 принудительного запирания подается такой сигнал, что напряжения ца управляогцих выводах 24 и 25 це оказывают влияния ца работу силовых транзисторных ключейи 2.В момент времени 1 О потенциал ца коллекторе силового транзистора 1 начинает понижаться, а управляемый ключевой элемент 10 открыт, то по цепи: плюсовой вывод источника 5 постоянного тока, левая полуобмотка первичной обмотки 3 выходного трансформатора 4, переход коллектор эмиттер силового транзисторного ключа 1, общая шина ицвертора, минусовой вывод источника 5 постоянного тока, начинает протекать ток. Так как между коллекторами силовых транзисторных ключей 1 ц 2 появилась разность потенциалов, то по цепи: ключевой элемент 10 балластный резистор 9, первичная обмотка 11 переклк- чающего трансформатора 12, также начинает протекать ток. На вторичной обмотке 13 трансформатора 12 наводится Э ц С, способствующая открываццк силового тран. зисторного ключа 1, а на вторичной обмотке 14 - ЭДС, способствующая запцранию транзистора 2. Открываюцая ЭДС еще более приоткрывает силовой транзистоцый ключ 1.Процесс открывания транзистора развивается лавинообразно из-за наличия пепи 8 положительной обратной связи (фиг. 2 г, ц момецт времени 1 п). Во вторичной обмотке 6 трансформатора 4 наводится ЭДС, благодаря которой энергия источника 5 постоянного тока передается в нагрузку 7 (фиг. 2 е) интервал времени 1 в 1). Процесс передачи энергии в нагрузку 7 происходит до тех пор, пока генератор 17 не сформирует запирающий импульс напряжения для ключевого элемента 1 О ца вторичной оомотке 19 трансформатора 18 и отпирающий импульс напряжения на обмотке 20 для блока 23 принудительного активного запирания, поступающие на его вход 22 синхроцизации.В момент времени 1 ключевой элемент 10 закрывается (фиг. 2 в). разрывая тем самым цепь 8 положительной обратной связи. Ток в первичной обмотке 11 трансформатора 12 уменьшается практически до нуля. Во вторичной обмотке 13 наводится ЭДС самоицдукции, способствуоцьая запирацию силового транзистора 1, а во вторичной обмотке 4 - ЭДС самоицдукпии, способствующая открыванию силового транзисторного ключа 2. Одновременно с этим на управляющих выходах 24 и 25 блока 23 принудительного активного запирания появляются напряжения, прикладываемые к переходу база - эмиттер силовых транзисторных ключей 1 и 2, полярность которого способ 1203663Форццла изобретения ствует принудительному закрыванию силовых транзисторов 1 и 2. Величина запирающего напряжения больше величины ЭДС, способствующей открыванию силового транзисторного ключа 2.Силовой транзистор 1 закрывается за счет активного закрывания, а силовой транзистор 2 остается в закрытом состоянии (фиг. 2 г и д, интервал времени 1 - 1). При этом потенциал ца коллекторе силового транзистора 1 устанавливается равным сумме потенциалов источника 5 постоянного тока и ЭДС самоиндукции первичной обмотки 3 силового трансформатора 4, а потенциал на коллекторе силового транзистора 2 - разности потенциалов источника 5 постоянного тока и указанной ЭДС самоиндукции. При протекании тока по первичной обмотке 3 силового трансформатора 4 в его магнитопроводе накапливается энергия. Запасенной энергии в магнитопроводе силового трансформатора 4 должно быть достаточно, чтобы поддерживать практически неизменной ЭДС самоиндукции в течение времени 1 в . Это является первым необходимым условием устойчивой работы инвертора.Накопленную в магнитопроводе силового импульсного трансформатора энергию можно существенно увеличить за счет регулируемого немагнитного зазора в маггн 1 топроводе, поэтому предлагаемый магнитопровод силового импульсного трансформатора выполняется с зазором, который можно регулировать. Таким образом, формируется пауза ца нуле и исключается режим сквозных токов силовых транзисторных ключей 1 и 2,В момент времени 1, после окончания действия запирающего импульса напряжения генератора 17 ключевой элемент 10 открывается, а состояние управляющих выходов 24 и 25 блока 23 принудительного активного запирания таково, что не оказывает влияния на работу силовых транзисторов 1 и 2. Так как между коллекторами силовых транзисторов 1 и 2 существует разность потенциалов, приблизительно равная удвоенному значению ЭДС самоиндукции первичной обмотки 3 трансформатора 4, то цо пепи: коллектор силового транзисторного ключа 1 (левая полуобмотка 3 трансформатора 4), первичная обмотка1 трансформатора 12, балластный резистор 9, клюЧевой элемент 10, коллектор силового транзистора 2, начинает протекать ток,Во вторичных обмотках 13 и 14 трансформатора 12 наводится ЭДС, способствующая закрыванию силового транзистора 1 и открыванию силового транистора 2. Так как цепь 8 положительной обратной связи замкнута, то процесс развивается лавинообразно и силовой транзистор 2 входит в режим насыщения (фиг. 2 д, момент 5 1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 времени ). Силовой транзистор 1 остается в закрытом состоянии, а потенциал на его коллекторе увеличивается до величины, равной удвоенному значению напряжения источника 5 постоянного тока(фиг. 2 г) и по цепи; плюсовой вывод источника 5 постоянного тока, правая полу- обмотка первичной обмотки 3 трансформатора 4, переход коллектор - эмиттер силового транзистора 2, общая шина инвертора, минусовый вывод источника 5 постоянного тока, начинает протекать ток. Во вторичной обмотке 6 трансформатора 4 наводится ЭДС (фиг. 2 е), момент времени 1 - 1 з) и энергия источника 5 постоянного тока передается в нагрузку 7, что продолжается до момента времени 1 з, когда генератор 17 снова формирует запирающий импульс для ключевого элемента 1 О и открывающий для блока 23 принудительного активного закрывания. Далее процессы повторяются.Для того, чтобы параметры переключающего трансформатора 12 не оказываливлияния на процесс переключения силовых транзисторных ключей 1 и 2, необходимо, чтобы оц работал в линейном режиме. Для этого трансформатор 12 выполняют так, чтобы в течение каждогорабочего полупериода, даже ри максимальной длительности этого цолуперцода, приращение индукции в магнитопроводе переключающего трансформатора 2 было намного меньше его индукции насыщения. Вэтом случае оц будет всегда на частоте переключения ицвертора работать в линейномрежиме. Это второе необходимое условиедля нормальной работы предлагаемого инвертора.Предлагаемый транзисторный инверторпо сравнению с известным полностью устраняет коммутационные перегрузки силовыхтранзисторных ключей, обеспечивает возможность задания частоты переключения нцвертора, не зависящей от разброса параметров элементов инвертора. Кроме того,обеспечивает одинаковую длительность обоих полупериодов, т. е. устраняет подмагцичивацие силового импульсного трансформатора и обеспечивает быстрое закрываниесилового транзисторного ключа путем егоактивного запирания, что способствует существенному уменьшению динамических потерь. Вследствие этого повышается надежность работы отдельных элементов н ицвертора в целом,Преобразователь постоянного напряжения, содержащий инверторную ячейку с выходным трансформатором, первичная обмотка которого выполнена со средней точкой для подключения вывода питания, вторцчная ная обмотка подсоединена к выходным выводам, переключающий трансформатор, первая обмотка которого через управляемый ключевой элемент соединена с одной из обмоток выходного трансформатора, а вторая обмотка через базовые резисторы подключена к входам силовых транзисторов инверторной ячейки, при этом управляющий вход управляемого ключевого элемента подсоединен к дополнительной обмотке трансформатора, отличающийся тем, что, с целью, повышения надежности путем устранения коммутационных перегрузок силовых трансформаторов, уменьшения динамических потерь и повышения стабильности частоты, введен синхронизирующий генератор,вторичная оботка трансформатора которого подключена к входу введенного блока принудительного запирания, выход которого подсоединен к входам силовых транзисторов, а дополнительная обмотка расположена на трансформаторе синхронизирующего генератора, причем выходной трансформатор выполнен с регулируемым немагнитным зазором, а переключающий трансформатор выполнен так, чтобы приращение индукции в его магнитопроводе было меньше его индукции насыщения.