Преобразователь напряжения

ИИ Н 02 М 7/537 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ н двтоееком ЬСТВ Ь НАПР ьно выходу выпрятий диоа. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНЯТИИ(71) Московский.ордею Ленина и орде на Октябрьской Ревопюпии энергетический институт(56) 1. Электронная техника в автомате ке. Сб.статей под ред. Ю.И,Конева, вып.11, М. фСоветское радио, 1980, с. 25, рис. 1 б.2, Авторское свидетельство СССР по заявке % 3003338, кп. Н 02 М 7/537 1 980.(54) (57) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛ Я ЖЕНИЯ, содержащий силовой управляемый ключ, трансформатор, магнитный ре акторпервый н второй диоды, в преоб. ,.разовагеле первичная обмогка трансформа тора первым выводом соединена с первым вкодным зажимом,а вторым выводом связана со вторым входным зажимом через трн араллельные ветви, первая из которыхсостоит из последовательно соеаиненеах первой обмотки магнитного реактора и выходной цепи силового управляемого кпхяа, вторая - из последовательно соединенных второй обмотки магнитного ре- актора и первого диода, а третья - из онаенсатора, вторичная обмотка траноформатора подключена к выпрямителю, а второй диод одним выводом подключен ко второму входному заажму, о т п и ч а ю щ и й с я тем, что, с цепью уменыиения коммутационных потерь и уровень создаваемых помех и повышения технологичности, мвзщу выпрямителем и выходом преобразователя ВкшОчены последовательно соединенные третья обе ф мотка,магнитного реактора и обмотка дросселя, второй вывод второго диодаподключен к первому входному зажиму Счерез дополнительнуюформатора, а параллеРФмителя подклеен треИзобретение относится к эпектротех нике и может быть испопьзозано в устройствах преобразования электрической энергии,Известен преобраэоватепь напряжения, содержащий силовой управляющийкшоч, трансформатор и выпрямитель 13Недостатком этого преобразователяявпяются болыцие потери энергии в мс мент коммутации силового управпяемото ф ключа.Наиболее бпиэким к изобретению является преобразователь напряжения, со- держаший силОВОЙ управляемый кпюч трансформатор, магнитный реактор, первый и второй диоды, в преобразователе первичная обмотка трансформатора первым выводом соединена с первым входным зажимом, а вторым выводом связана со вторым входным зажимом через три параппепьные ветви, первая из которых состоит иэ поспедоватепьно соединенных первой обмотки магнитного реактора и выхоаной цепи силового управляемого кпюча, вторая - цз поспедоватепьно сое диненных второй обмотки маГнитного реактора и первого диода, а третья - из конденсатора, вторичная Обмотка трансаформатора подкпючена к выпрямитепюф, 30 а второй диод одним выводом подключен. ко второму входному зажиму 2.Недостатком данного преобразователя являются бопьшие коммутационные потери в его апементах связанные с про 5 теканием значительного импульса обратного тока через выпрямитепь и соответствующим увепичением тока через сиповой управпяемый кпюч в моменты включения последнего. Кроме того, вепичина обрат ного тока через диоды выпрямитепя из-за пинейного характера его спада зависит от инерционности указанных диодов.При атом в моменты восстановпения вентильных свойств этих диодов и при значительной вепичине обратного тока возможно возникновение колебательного процесса, который на нагрузке воспринимается как помеха, Кроме того, в известном устройстве необходимо использование 5 О дпя магнитного реакторе сердечника с Линейной магнитной характеристикой, причем к величине магнитной проницаемости предъявляются определенные требования по разбросу, так как ата величина прямо 55 связана с индуктивностью первой обмотки магнитного реактора, а величина индуктивности, в свою очередь, опредепяет время разряда конденсатора, которое ограничено сверху.Цепь изобретения - уменьшение коммутационных потерь и уровня создаваемых помех и повышение технопогичности путем ограничения импульса обратного тока через диоаы выпрямитепя.Эта цель достигается тем, что в преобразователе напряжения, содержащем сиповой управляемый ключ, трансформатор, магнитный реактор, первый и второй аноды, в преобраэоватепе первичная обмотка трансформатора первым выводом соединена с первым входным зажимом, и вторым выводом связана со вторым Входным зажимом через три параппепьные ветви, первая иэ которых состоит из поспедоватепьно соединенных первой обмотки магнитного реактора и выходной цепи силового управпяемого ключа, втораяиэ поспедоватепьно соединенных второй обмотки магнитного реактора и первого диода, а третья из конденсатора, вторичная обмотка трансформаторе подключена к выпрямитепю, а второй диод одним выводом подкпкиен ко второму входному зажиму, между выпрямитепем и выходом преобразователя вкпючены поспедоватепьно соединенные третья обмотка магнитного реактора и Обмока ароссепя, второй вывод второго диода подключен к первому входному зажиму через аопопнитепьную обмотку трансформатора, а параппепьно выходу выпрямитепя подкшочен третий ДИОД.Кроме того, с цепью уменьшения коммутационных потерь в силовом управпяемом ключе между дэрвой и третьей обмотками магнитного реактора может быть введена намеренно ослабленная магнитная связь.На чертеже преаставпена апектричеокая схема преобразователя напряжения.Первый и второй входные зажимы 1 и 2 преобразоватепя спужат дпя подкпюче ния источника питания. Первичная обмотка 3 трансформатора 4 первым выводом подключена к первому входному зажиму 1, второй вывод которой связан со вторым входным зажимом 2 через три параппепь ные ветви, Первая ветвь образована первой обмоткой 5 магнитного реактора 6 и соединенной с атой обмоткой поспеаовательно выходной цепью силового управляемого ключа 7, вторая - соединенными поспедовательно второй обмоткой 8 магнитного реактора 6 и первым диодом 8, третья ветвь выполнена в виде конаенса3 1038тора 10. Вторичная обмотка 11 трансформатора 4 подключена ко входным вывдам выпрямителя 12. Нагрузка 13 связана с выходными выводами выпрямителя13 через соединенные последовательно 5обмотку 14 дросселя 18 и третью обмотку 16 магнитного реактора 6. К выходным выводам выпрямителя 12 подключен третий диод 17. Третья обмотка 18трансформатора 4 и второй диод 19 образуют последовательную цепь, и ее выводы подкшочены к входным зажимам1 и 2.В установившемся режиме работы предлагаемого преобразователя в дросселе 15 15накоплена энергия магнитного поля, чтовыражается в протекании тока по обмотке 14. Укаэанным током, протекающим попо третьей обмотке 16 магнитного реактора 6, его сердечник устанавливается в 20состояние отрицательной намагниченности,если силовой управляемый ключ 7 находится в непроводящем состоянии. Токдросселя 18 замыкается на этой частипериода работы схемы через третий диод 2517, использование которого предотвращает протекание тока по вторичной обмотке11 и связанные с этим потери энергии.При отпирании силового управляемогоключа 7 возникает .ток в соединенных по- зоследовательно первичной обмотке 3 .траноформатора 4 и в первой обмотке 5 магнитного реактора 6. Скорость нарастанияатого тока ограничена индуктивностыорассеяния между третьей и первой обмот- З 5ками 16 и 5 магнитного реактора 6, авеличина тока (амплитудное значение)определяется током обмотки дросселя 15,пересчитанной из обмотки 16 в обмотку .5, а именно- ток третьей обмотки 16 мат-Ж 16нитного реактора 6, являющийся одновременно токомдр обмотки 14 дросселя15Ф 6 М 6- числа витков обмоток 5, 16и 3 соответственно. 55Записанное соотношение справедливопри условии малости величины МДС всердечнике магнитного реактора, что лег, ко реализуется на.практике при высокой магнитной проницаемости используемого сердечника, Причем к самой величине проницаемости не предъявляется никаких требований по стабильности: она должна быть ограничена снизу.Искусственное увеличение индуктивнооти рассеяния между обмотками 16 и 8 позволяет ограничить скорость нарастания тока в силовом упоавляемом ключе 7 при его переходе в проводящее состояние и тем самым уменьшить потери энер гии в силовом ключе. Учитывая быстродействие современных ключевых приборов, например транзисторов, для практического исключения коммутационных потерь при отпирании достаточно индую-. тивности рассеяния порядка 5-15 мкГнчто также легко реализуется на практике, например, пространственным разнесением на сердечнике обмоток 16 и 5.Протекание тока ц по первичной обмотке 3 траьсформатора 4 вызывает появление тока во вторичной обмотке Д 1, а.величина этого тока ,е может быть найдена из соотношения)1 ( М/Ъ = 1 р ЧО Ю щ Иэ записанных соотношений следует,что если 1 с (а 16 Ю 5) (Из/Ю 11),то ток обмотки 11 больше тока 4 р значит через третий диод 17 задается обрат ный ток. Его величина может быть сделана сколь угодно малой, если приближать к единице записанное выше произведение коэффициентов трансформации. Уменьшение обратного тока через диод 1 7 означает уменьшение коммутационных; потерь в нем а также соответствующее снижение уровня коммутационных помех по по сравнению с прототипом, где величина обратного тока через диод при коммутации Определяется его инерционностью и не может быть строго заданной,Пока диод 17, через который при отпирании силового управляемого ключа 7 начинает протекать обратный ток, остается в состоянии высокой проводимости, на пряжение на обмотках 11 и 3 трансфо- матора 4 близко к нулю, Поэтому напряжение источника питания через обмотку 3 и силовой управляемый ключ 7 оказывается приложенным к первой обмотке 5 магнитного реактора 6, При этом на третьей обмотке 16 етого реактора возникает напряжение, которое вызывает накоп1038шить потери энергии в них при переходе в непроводящее состояние и уменьшить энергию помех (соответствующим выбором числа витков обмотки 8) за счет уменьшения величины обратного тока в процессе запирания.После эапирания диодов выпрямителя 12 напряжение на конденсаторе 10 продолжает нарастать за счет возврата энергии, переданной иэ конденсатора 10 30 в магнитный реактор 6. Максимальная величина напряжения на конденсаторе 10 ограничивается за счет рекуперирующего действия дополнительной обмотки 18, ко торая созаает ток через диод 19. Цепь 15 рекулерации может быть подключена также к 786 8конденсатору выходного фильтра. Тогдафиэпишекф энергии передается непосреаственно в нагрузку.По сравнению с известями предлагаемый преобразователь пээволяет ограничить амплитуду импульса обратного тока в диодах на вторичной стороне транс форматора и тем самым снизить коммутационные потери в элементах схемы. Кроме того, гарантированное ограничение уровня обратного тока диодов позволяетуменьшить помехи, воэникакхцие при запирании этих диодов, а ослабление требований к разбору параметров сердечников магнитного реактора позволяет повысить технологичность преобраэомтеля.Составитель А. Селезневор М. Петром Техред Т.Маточка Корректор А,1/57 Тираж 687ВНИИПИ Государственного компо делам изобретений и113035, Москва, Ж, Рауш Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. аказ 585 Подписиитета СССРоткрытий