Преобразователь постоянного напряжения

20 Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при разработке источников электропитания и электропривода.Цель изобретения - повышение надежности и КПД преобразователя за счет снижения напряжения на транзисторных ключах. 10На Фиг. 1 приведена схема преобразователя постоянного напряжения понижающего типа; на Фиг. 2 - то же, повышающего типа; на фиг, 3 - то же, инвертирующего типа. 15Преобразователь содержит первый импульсный регулятор положительной полярности и второй импульсный регулятор отрицательной полярности; Каждый из регуляторов соответственно содержит конденсаторы 1 и 2 входных Фильтров, конденсаторы 3 и 4 выходных Фильтров, обратные диоды 5 и 6, магнитосвяэанные обмотки 7 и 8 сглаживающего дросселя 9 выходного Фильтра, имеющие равное число витков, транзисторные ключи 10 и 11, трансФорматоры 12 и 13. Вторичные обмотки 14 и 15 трансформаторов 12 и 13 подключены к управляющим переходом30 транзисторов 10 и 11 вторичные обмотки 16 и 17 - к узлу 18 управления. Третья обмотка 19 трансформатора 12 первого регулятора включена последовательно с транзисторным ключом35 11 второго регулятора, а третья обмотка 20 трансформатора 13 - последовательно с транзисторным ключом 10 первого регулятора. К входу преобразователя подключен источник.21 питания, а к его выходу - нагрузка 22. В узла 18 управления обмотки 16 и 17 трансформаторов 12 и 13 могут соединяться как параллельно, так и последовательно.45Преобразователь (фиг.1) работает следующим образом.Узел 18 управления вырабатывает импульсы напряжения определенной частоты, длительность которых может регулироваться. Зти им 4 ульсы поступают одновременно на обмотки 16 и 17 трансформаторов 12 и 13. Предположим, что в рассматриваемый момент времени полярность напряжений соответствует показаннойна Фиг.1 без скобок. Такая полярность является отпирающей для транзисторных ключей 10 и 11. После перехода транзисторов 10 и 11 в насыщенное состояние обратные диоды 5 и 6 закрыты. В магнитном поле дросселя 9 происходит накопление электромагнитной энергии.При подаче с узла 18 управления запирающих импульсов, полярность которых показана на Фиг. 1 в скобках, транзисторы 10 и 11 закрываются. Ток дросселя 9 замыкается через обратные диоды 5 и 6, конденсаторы 3 и 4 и нагрузку 22. Поскольку числа витков обмоток 7 и 8 дросселя 9 одинаковы, а магнитная связь между ними выбирается высокой, то напряжения на них равны, что приводит к выравниванию напряжений на конденсаторах 3 и 4 выходных фильтров. При следующем включении транзисторов 10 и 11 (полярности напряжений на фиг, 1 без скобок) к конденсаторам входных фильтров 1 и 2 оказываются подключенными цепи, состоящие соответственно иэ обмотки 7 дросселя 9 и конденсатора 3 и обмотки 8 дросселя 9 и конденсатора 4. Так как напряжения на обмотках 7 и 8 дросселя 9 - остаются одинаковыми, а напряжения на конденсаторах 3 и 4 выравнены ранее, то выравниваются и напряжения на конденсаторах 1 и 2, т,е. они становятся равными половине напряжения источника 21 питания преобразователя. Таким образом, при последующем запирании транзисторов 10 и и отпирании обратных диодов 5 и 6 напряжения на первых будут одинаковы и равны половине напряжения питания. Во включенном состоянии отпирающий ток базы транзистора 10 складывается иэ коллекторного тока транзистора 11, трансформируемого иэ обмотки 19 в обмотку 14 трансформатора 12, и из тока узла 18 управления, транс- формируемого из обмотки 16 в обмотку 14 этого же трансформатора, Соответственно отпирающий ток базы транзистора 11 складывается из коллекторного тока транзистора 10 и тока узла 18 управления, трансформируемых в обмотку 15 трансформатора 13, На этапе запирания транзисторов токи баз их равны разности указанных токов, так как ток блока 18 управления меняет свое направление, Когда узел 1.8 управления вырабатывает запирающие импульсы (полярность их в3 13907 скобках), транзисторы 11 и 12 начи- нают запираться. Допустим, что в транзисторе 12 процесс рассасывания закончился, и коллекторный ток.его начинает уменьшаться. Это приведет5 к тому, что запирающий ток базы транзистора 11 начнет возрастать и он Фврсировано выключится. При этом до тех пор, пока процесс рас сасывания в транзисторе 11 не закончился, его коллекторньп ток будет препятствовать выходу из насьпцения транзистора 10. Благодаря такому взаимному влиянию транзисторов друг 15 на друга спад коллекторных токов происходит практически одновременно и переразрядк; конденсаторов 1 и 2 не происходит, т.е, напряжекия на них остаются равьми половине напряжения питания преобразователя. Аналогично можно показать, что и при включении транзисторов их коллекторные токи изменяются одинаковым обра-, зом и деление напряжения на конден саторах 1 и 2 не нарушается.Особо следует отметить то преимущество преобразователя, что равномерность деления напряжения сохраняется как при использовании в узле 18 30 управления параллельного соединения обмоток 16 и 17 трансформаторов 12 и 13, так и последовательного.Благодаря рассмотренкому взаимному влиянию транзисторов друг на35 друга, обусловленному введением третьих обмоток трансформаторов 12 и 13 и их включению, запаздывания с выходом из насьпцения какого-либо из транзисторов не происходит. Больше того, последовательное соединение обмоток трансформаторов способствует выравниванию коллекторных токов транзисторов, Действительно, поскольку при последовательном сое 45 динении токи обмоток 16 и 17 равны, то, следовательно, равны и токи обмоток 19 и 20, по сути коллекторные токи транзисторов 10 и 11 принудительно выравниваются с по 50 мощью трансформаторов 12 и 13.Преобразователи по фиг.2 и 3 работают практически аналогично рассмотренному, Точно так же в них выравнивание напряжений на конденсаторах 1 и 2 входных фильтров происходит на интервале включенного состояния транзисторов 10 и 11, а на конденсаторах 3 и 4 выходных 384фильтров - на интервале выключенного. Что касается процесса выравнивания моментов включения и выключения транзисторов 1 О и 11 с помощьюдополнительно введенных третьихобмоток 19 и 20 в трансформаторы12 и 13, то он протекает полностьюидентично рассмотренному, при этомположительный эффект достигаетсяточно такой же, как и в преобразователе по фиг.1.Таким образом, изобретение позволяет-распределить с большей точностью напряжение источника питания между последовательно соединенными импульсными регуляторами. Это исключает перегрузки транзисторных ключей по напряжению на всех этапах работы и при любой относительной длительности их включекного состояния. В результате существенно повышается надежность преобразователя, а также возрастает его КЩ за счет уменьшения уравнительных токов.Положительным Фактором введения третьих обмоток в трансформаторы является также то, что их намагничивающую силу можно использовать для создания отпирающих токов базтранзисторов и тем самым снизить выходную мощность блока управлекия.Формула изобретенияПреобразователь постоянного напряжения, содержащий последовательно соединенные по входу и выходу импульсные регуляторы разной полярности, каждый из которых состоит из входного емкостного фильтра, к которому подключен силовой переход транзистоЖ ра, и вьходкого,индуктивно-емкостного Фильтра с обратным диодом ка входе, причем управляющие переходы транзисторов подключены к вторичным обмоткам соответственно первого и второго трансформаторов, первичные обмотки которых подключены к выходам узла управления, а обмотки дросселей выходных фильтров связаны магнитно, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повьппения КПД, надежности, упомянутые трансформаторы снабжены третьими обмотками, каждая из которых включена между силовым переходом транзистора и входом выходного фильтра другого регулятора.1390738 Никитин оставитель 1 ехред А.Кра орректор Г,Решетни актор В.Да У Тираж 665 ПодписноеНИИПИ Государственного комитета ССпо делам изобретений и открытий35, Москва, Ж-Э 5, Раувская наб., д аказ 1779 4/ П роектная водственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгоро