Преобразователь постоянного напряжения в постоянное

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКРЕСПУБЛИК 1) 4 Н 02 М 3 335 3 ГГ:=,щ ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕ ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И(21 амыкается чере льн инь) 3751845/24-07 (22) 11,06.84 (46) 15.04.86. Бюл.14 (71) Московский ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции энергетический институт (72) А. Г. Поликарпов, Е.Ф. Сергиенко и В.М. Титкин (53) 621.314.1 (088 (56) Авторское свид о СССР1107233, кл. Н 02 ,1982.Электросвязь, 19 с. 50-52. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ (57) Преобразователь постоянного напряжения в постоянное используется во вторичных источниках питания. Цель изобретения - уменьшение динамических потерь энергии. Устройство содержит трансформатор (Тр) 4, регулирующий ключ (РК) 5 и вспомогательный ключ (ВК) 9. РК 5 и ВК 9 управляются синхронно и противофазно. В первый момент ток от положи-5 80122492 конденсатор 7 и через блокирующиидиод (БД) 8. При этом РК 5 не проводит ток. Далее ток меняет своенаправление и идет через ВК 9. В момент изменения полярности сигналовна выходах задающего генератора 12происходит запирание ВК 9 с задержкой. Введение дополнительного. конденсатора (ДК) 6 и логической схемыИ 10 задерживает фронт нарастаниянапряжения на ВК 9 и фронт нарастания тока РК 5, чем обеспечивается,уменьшение динамических потерь.Уменьшение тока ВК 9 приводит к замыканию тока через ДК 6. Осуществляется разряд ДК 6, уменьшениенапряжения на РК 5 и замедленныйрост напряжения на ВК 9. ВключениеРК 5 блокируется схемой И 10. Дляуменьшения потерь в ТР 4 включендроссель 20. Узел запуска 21 обеспечивает первоначальный пуск с последующим отключением. 1 э.п. ф-лы,1 ил.20 Изобретение относится к электротехнике и наибольшее применение может найти во вторичных источниках питания.Цель изобретения - уменьшение динамических потерь энергии.На чертеже схематически предс.тавлен преобразователь постоянного напряжения в постоянное,Между входными зажимами 1 и 2 10 последовательно включены первичная обмотка 3 трансформатора 4 и регулирующий ключ 5. Параллельно обмотке 3 подключен дополнительный конденсатор 6 и цепочка из последо вательно соединенных конденсатора 7 и блокирующего диода 8. Параллельно диоду 8 включен вспомогательный ключ 9. Управляющие входы ключей 5 и 9 соединены соответственно с выходами логических схем И 10 и 11,Первые входы схем И 10 и 11 связаны каждый с одним из двух парафазных выходов задающего генератора 12, а другие через инверторы (на фиг,1 они изображены совместно со схемами 10 и 11) соединены с выходными зажимами ключей 5 и 9 соответственно. Вторичные обмотки 13 и 14 через выпрямители 15, 16 и (.(; -Фильтр 17 и 18 подключены к выходу преобразователя с нагрузкой 19. Параллельно дополнительному конденсатору 6 может быть подключен вспомогательный дроссель 20. Узел запуска21 связан с управляющим входом регулирующего транзистора 5.Преобразователь работает следующим образом.В начале рассматривается работа схемы без учета вспомогательного дросселя 20. При этом предполагается, что емкость конденсатора 6 значительно меньше емкости конденсатора 7.Регулирующий 5 и вспо могательный 9 ключ управляются синхронно и противофазно. Поэтому в выключенном состоянии регулирующего ключа 5 на входах логических схем 10 и 11, связанных с выходами за дающего генератора 12, действуют сигналы, соответствующие логическому нулю и единице. В таком состоянии преобразователя энергия, накопленная в магнитном поле сердечника у трансформатора 4, передается в Фильтр 17, 18 и нагрузку 19 через прямосмещенный выпрямительный диод 16. По первичной обмотке 3 трансформатора 4 и через конденсатор 7 на этом этапе работы протекает ток, закон изменения которого описывается выражением ь = Ь(1-2 ./Сг ), где г - длительность паузы (время непроводящего состояния ключа 5). За положительное принято направление протекания тока "1 от положительной шины 1 к регулирующему ключу 5. В первую половину указанного промежутка времени ток 1 замыкается через блокирующий диод 8, во вторую меняет направление и замь 1 кается через включенный вспомогательный ключ 9. Величина Ьопределяется разностью пульсаций тока намагничивания трансформатора 4 и пульсаций тока дросселя Фильтра 17, приведенных к обмотке 3, Напряжения на конденсаторе /, имеющем относительно большую емкость, и конденсаторе 6 равны между собой и определяются выражением Г (4 -,1 1, где- величина входного напряжения,аотносительная (к периоду 7 ) длительность проводящего состояния ключа 5. В момент изменения полярности сигналов на выходах задающего генератора 12 на выходе логической схемы 11, связанной с управляющим входом вспомогательного ключа 9, возникает сигнал логического нуля, что приводит к запиранию ключа 9. Вслецствие чеидеальности реальных ключевых элементов неизбежно существуют задержки выключения и конечные скорости спада тока. Для уменьшения динамических потерь необходимо, задерживать Фронт нарастания напряжения на вспомогательном ключе 9 и фронт нарастания тока регулирующего ключа 5. Эти процессы обеспечиваются наличием конденсатора 6 и логической схемы 10. Как следует из приведенного выражения, для тока , при выключении вспомогательного ключа 9 (1=1) ток в первичной обмотке 3 трансформатора 4 раве.н -л Уменьшение тока ключа 9 приводит к тому, что ток ь начинает замыкаться через цополнительный конденсатор 6, осуществляя разряд последнего, уменьшение напряжения на регулирующем ключе 5 и замедленный рост напряжения на ключе 9. Включение ключа 5 блокируется логической55 схемой 10, на выходе которой, связанном с управляющим входом ключа 5, действует сигнал логического нуля до тех пор, пока напряжение на ключе 5 не уменьшится до нуля. После этого на управляющем входе ключа 5 возникает сигнал логической единицы, так как на входе логической схемы 10, связанной с выходом задающего генератора 12, также действует сигнал, соответствующий логической единице. Реально время разряда конденсатора 6 всегда су 1 цественно меньше периода переключения 1.Вследствие этого можно считать, что ток в первичной обмотке 3 трансформатора 4 на этом этапе не изменяется. При включении вспомогательного ключа 9 ток его уменьшается практически по линейному закону=1("7) гденекоторая эквивалентная постоянная времени ключа 9, а ток разряда конденсатора 6 в соответствии с уравнением 1 = ь -ч Й /,. Поэтому изменение напряжения на конденсаторе 6 описывается выражением Ь Ос = = ЬТ / с и в момент 1 = это изс менение составляет величинуь,72 сс Отсюда по заданной величине ь Цс определяется емкость конденсатора 6. Полное время разряда конденсатора 6 при этом составляет Ьрр:. О(М-Ос. И При очередной смене полярности сигналов на выходах задающего генератора 12, связанных с входами логических схем 10 и 11, возникают соответственно сигналы логического нуля и единицы. При этом на выходе схемы 10 появляется сигнал логического нуля, что приводит к эапиранию регулирующего ключа 5,Посколькунапряжение на конденсаторе 6 скачкомне изменяется, напряжение на вспомогательном ключе 9 остается высоким,а на регулирующем ключе 5 - низким.Следовательно на управляющем (инверсном) входе логической схемы 11действует высокий потенциал, а наее выходе - сигнал логического нуля,Поэтому вспомогательный ключ 9 остается в выключенном состоянии дотех пор, пока не начнет проводитьблокирующий диод 8. Это происходиттогда, когда напряжение на конденсаторе 6, заряжающемся током фМ обмотки 3, достигнет напряжения наконденсаторе 7, определяемого ве 10 15 20 25 30 35 40 45 50 личиной Е"/(4 -1, Если пренебречь потоками рассеяния трансформатора 4, то процесс изменения напряжения на конденсаторе 7 здесь описывается приведенными уравнениями.Напряжение на дополнительном конденсаторе 6 при коммутациях ключей изменяется на величину с l(1- ).Значение емкости конденсатора 6 зависит от скорости изменения тока при выключении ключей, При применении относительно низкочастотных ключей и при больших уровнях входного напряжения Г, в частности при работе преобразователя от выпрямителей промышленной сети переменного тока,изменение заряда на конденсаторе 6 достаточно велико. Поэтому величина тока Ьтакже достаточно велика.Следовательно, при одной и той же постоянной составляющей тока намагничивания трансформатора 4, определяемой током нагрузки, необходимо увеличивать пульсации тока намагничивания, что приводит к увеличению потерь в трансформаторе 4. С целью устранения этого параллельно дополнительному конденсатору 6 может быть включен дроссель 20, Поскольку постоянная составляющая напряжения на обмотке 3 трансформатора 4 за период работыравна нулю, то дроссель 6 не имеет постоянного тока подмагничивания, а двойная амплитуда пульсаций тока в нем составляет величи- нУГТ/ ЦР где 1.ЗР - индуктивность дросселя, При этом ток Ь в приведенных выражениях должен быть увеличен на величину Е/21-ОРТаким образом, рассмотрена установившаяся работа преобразователя.В начальный момент включения преобразователя выходная цепь ключа 5 находится под высоким потенциалом. Это препятствует прохождению включающего импульса от задающега генератора 12 через логический элемент 10 на управляющий вход ключа 5, поэтому для обеспечения первоначального включения ключа 5 узел запуска 21 формирует импульс, отпирающий указанный ключ, В дальнейшем работа схемы происходит по аналогично описанной, а узел запуска отключается. Формула из обретения 1. Преобразователь постоянногонапряжения в постоянное, содержащийСоставитель А. СелезневРедактор Н. Горват Техред И.Попович Корректор И Муска Тираж 631 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Заказ 1959/54 Производственно-полиграфическое предприятие, г. ужгород, ул. Проектная,4 3 12249 трансформатор, первичная обмотка которого через регулирующий ключ подключена к входным зажимам, вторичные обмотки через выпрямители и .С -фильтр подключены к выходу, параллельно одной из обмоток трансформатора подключена цепочка из последовательно соединенных конденсатора и блокирующего диода, шунтированная вспомогательным ключом и задающий генератор с парафазными выходами, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью уменьшения динамических потерь энергии в ключах, параллельно упомянутой цепочке включен дополнительный конденсатор, выходы задающего генера 21 Ьтора связаны с управляющими входамирегулирующего и вспомогательногоключей через введенные логическиесхемы И, а выходы ключей подключенык входам соответствующих логическихэлементов И через инверторы, приэтом управляющий вход регулирующеготранзистора связан также с узломзапуска. 2. Преобразователь по п.1, о т" л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью уменьшения потерь в трансформаторе, параллельно дополнительному конденсатору включен вспомогательный дроссель.