Преобразователь напряжения

) ПРЕ Изобретение относиттехнике и может быть и к электроользова электропита еобразовате источниках вторичноия, в многоячейковых 2 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНЯТИЯМПРИ ПЯТ СССР ТОРСМОВбу СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Научно-исследовательский институт автоматики и электромеханики приТомском институте автоматизированныхсистем управления и радиоэлектроники(54 ОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ лях.Цель изобретения - повышение КПД, снижение пульсаций выходного напряжения и уровня генерируемых помех.На Фиг.1 изображена схема преобразователя; на Фиг.2 - временные диаграммы его работы; на Фиг.З - вариант исполнения первичной цепи трансФорма" торного узла для случаев К=2 (а) и К=З(б).Преобразователь напряжения (Фиг.1) содержит трансФорматорный узел 1,. входная цепь 2 и 3 которого подключена через коммутатор 4 к шинам 5 и б питающей сети, а выходная 7-10 - к(57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использованов источниках вторичного электропитания, в многоячейковых преобразователях. Цель изобретения - повышение КПДи снижение пульсаций выходного напряжения и уровня генерируемых радиопомех. В трансФорматорный узел 1, входная цепь которого образована (2 К+1)первичными обмотками 13, 14, 15, выполненными на двух или нескольких .трансФорматорах, введены 2 К конденсаторов 11 и 12, Преобразователь сочетает в себе Функции резонансногопреобразователя и преобразователейс прямьм и обратным включением диода. цепи нагрузки. В трансФорматорныйузел 1 введены, например, два конденсатора 11 и 12, входная цепь 2 и Эобразована при этом тремя первичными обмотками 13, 14 и 15, выполненными,например, на трех трансФорматорах16, 17 и 18 и соединенными, между собой встречно-последовательно. К началу первой обмотки 13 через конденсатор 11 подключены начала обмоток 14и 15, а к концу последней обмотки15 через конденсатор 12 - концы остальных 13 и 14 обмоток. Вторичныеобмотки 19, 20 и 21 подключены к цепинагрузки через диоды 22, 23 и 24, емкостный Фильтр 25 - к сопротивлению Коммутатор 4 выполнен, например,мостовой однотактной схеме на40 45 50 55 1 3 15717двух ключах 27 и 28 и двух рекупера-ционных диодах 29 и 30, Шины 5 и 6питающей сети шунтированы конденсатором 31.На Фиг.2 обозначено; 32 - сигнал5управления ключами 27 и 28; 33 -напряжение на ключах 27 и 28; 34 -ток через эти ключи,; Преобразователь работает следующим образом.,При подключении шин 5 и 6 к питающей сети заряжается конденсатор 31,и при одновременном открывании ключей27 и 28, в качестве которых могутбыть использованы как транзисторы,,так и тиристоры, начинается процессзаряда конденсатора 11 по цепи ключ27 - конденсатор 11 - обмотка 15 -20ключ 28 - шины 5 и 6 питания и конден, сатора 12 по цепи ключ 27 - обмотка13 - конденсатор 12 - ключ 28 - шины5 и 6 питания, а также образуетсяцепь ключ 27 - конденсатор 11 - обмотка 14 - конденсатор 12 - ключ 28 - 25шины 5, 6 питания. В процессе зарядаосуществляется запасание энергии в. трансЬорматорах 16 и 18 и перемагничивание трансЬорматора 17. В нагрузкув это время энергия не поступает.Нарастание тока осуществляется поколебательному закону до тех порпока конденсаторы 11 и 12 не зарядятся примерно до половины напряженияисточника питания, В это время токчерез обмотку 14 трансФорматора 17меняет полярность, а через ключи(также по колебательному закону) токуменьшается до нуля. Если в данныймомент выключить, ключи, то при нулевом токе на ключах будет нарастатьнапряжение, В нагрузку энергия поступает с момента начала спада тока разряда конденсаторов 11 и 12 черезключ. В таком режиме работы динамические потери в ключах отсутствуют,нет и других Фронтов тока, что существенно уменьшает помехи в питающуюсеть. Когда ключи закрыты, энергия,езапасенная в трансФорматорах, поступает в нагрузку и перезаряжает конденсаторы 11 и 12. Если при спадетока через ключи их не запирать, тов дальнейшем идет накопление энергиив трансФорматорах (дросселях) 16 и18 и прямая передача энергии черезтрансФорматор 17Конденсаторы 11 и12 при этом доэаряжаются. В этой части периода трансФорматор 17 работает с наличием дросселей 16 и 18 в первичной цепи и с прямым включениемдиода 23 в цепь вторичной обмотки 20.Запирание ключей 27 и 28 осуществляют, при максимальном токе в этом периоде и при нулевом напряжении на ключах,так как конденсаторы 11 и 12становятся источниками энергии ивключены встречно полярности шин 5и 6 питания, Динамические потери вэтом режиме также отсутствуют. Такимобразом, на этапе переключения ключей преобразователь работает как резонансный, без динамических потерь,на этапе, когда ключи открыты и закончен процесс заряда конденсаторов,как преобразователь с прямым включением диода, но беэ дросселя в цепидиода, на этапе, когда ключи выключены, в .как преобразователь с обратным включением диода в цепь нагрузки.ТрансЬорматоры 16 и 18 отдают накопленную энергию на подзаряд конденсатора 25 и в сопротивление 26 нагрузки Н,Обмотки 13 и 15 могут быть выполнены на одном магнитопроводе, чтоупрощает вторичную цепь преобразователя, В то же время, когда необходимо увеличить частоту или уменьшитьвремя накопления энергии, используютбольшее число обмоток (трансФорматоров), рассчитанных на соответствующую часть напряжения источника питания.1Увеличение числа первичных обмоток и трансЬорматоров не увеличивает их суммарной габаритной мощности, так как обмотку в первичной цепи рассчитывают на часть напряжения источника питания,а обмотку вторичной цепи на часть тока нагрузки. Расчетная мощность введенных конденсаторов определяется динамическими потерями при переключении ключей, что исключает дополнительные неэкономичные цепи. Динамические потери в предложенном устройстве практически полностью отсутствуют, а на этапе переключения выполняется полезная работа по перемагничиванию трансФорматора и переключению диодов выпрямителя эа счет накопленной энергии в конденсаторах или индуктивностях трансФорматоров. Уменьшен уровень высокочастотных помех, так как исключены крутые Фронты тока в цепи питания н нагрузки. Уменьшен уровень пульсаций в на571731грузке за счет того, что в нагрузкупоступает энергия почти весь периодэа исключением времени заряда конденсаторов при открытых ключах. Когдаоткрыты ключи, преобразователь работает с прямым включением диода 23, апрй закрытых ключах - с обратнымвключением диодов 22 и 24, Это позволяет дополнительно уменьшить Фильтри исключить в выходной цепи индуктивность. Надежность преобразователя повьппается за счет того, что Формируется благоприятная траектория переключения ключей, которые не выходят изобласти безопасных режимов работы,Транзисторные ключи не подверженывторичному пробою, и, следовательно,удается использовать максимальные параметры, определяемые паспортнымиданными, Обеспечивается более благоприятная коммутация диодов в цепинагрузки и больший коэффициент ихиспользования. При выполнении преобразователей с низковольтным сильноточным выходом не требуются сильноточные дроссели Фильтров, что также.уменьшает габариты, Принципиальновозможно выполнение трансформаторовс двумя обмотками, что упрощает конструкцию и повышает технологичностьв производстве. Нет необходимостиосуществлять деление токов в диодахвыпрямителя, рассчитанных на ток меньший, чем ток в нагрузкеПреобразователь обладает естественным токоограничением, что упрощает систему управления и повьппает надежность. В качестве коммутатора 4 может быть использована и мостовая двухтактная схема.Число вводимых элементов определя-,ется из условия необходимых выходныхпараметров преобразователя при одно-,.типных трансформаторах. Если общийкоэФФициент трансформации преобразо"вателя большой (малый уровень напря жения в нагрузке), то в отдельномтрансформаторе сн может быть единичньпч, что существенно повышает коэффициент связи между обмотками, улучшает унификацию элементов, что важнов массовом производстве. Формула изобретенияПреобразователь напряжения, содержащий трансформаторный узел входная 20 цепь которого подключена к выходуключевого коммутатора, входам подключенного к входным выводам, о т л и -ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения КПД и снижения пульсаций 25 выходного напряжения и уровня генерируемых радиопомех, в трансформаторныйузел введены 2 К конденсаторов, а еговходная цепь образована (2 К + 1) первичными обмотками, выполненными по ЗО крайней мере на двух сердечниках исоединенными между собои встречнопоследовательно, причем к началу первой обмотки через соответствующий иэ2 К конденсаторов подключены началаостальных 2 К первичных обмоток, а к З 5 концу последнейчерез другие из 2 Кконденсаторов - концы других 2 К первичных обмоток,1571731 Составитель С.Коняхиселовская Техред М,ходанич Редактор ктор Э, Лончакова ака одписное тениям и открытиям при ГКНТ СССРская наб д, 4/5 ВНИИП Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул, Гагарин 1520 Тираж 4 Государственного комите 113035, Москва