Ключевой преобразователь

)5 Н 02 ИЗОБРЕТЕН И ИСАН ОРС КОМУ К ЕТЕЛЬСТВУ.Дитя ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР.(71) Харьковский государственный униситет им,А.М,Горького(56) Авторское свидетельство СССРФ 1200371, кл. Н 02 М 7/537, 1984,Авторское свидетельство СССРМ 681524, кл, Н 02 М 7/537, 1977.(57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитания, автоматики и электропривода для преобразования или коммутиции постоянного напряжения, Цель изобретения - повышение КПД и надежности путем уменьшения динамических потерь при переключении транзисторов, Ключевой преобразователь содержит транзисторный коммутатор, состоящий иэ Й транзисторов 1.1.1,п, й конденсаторов 2.1,2 п, й основных диодов 9.19,п и многообмоточный дроссель 4 с Иобмотками,1624639 10 15 25 30 каждая из которых имеет отвод от промежуточной точки, разделяющей ее на участки 5.1 и 5,2,1, 5.2.2 и 5,3,15.п.2 и 5. (и). 2, Число витков каждого из участков обмотки 5,1 и 5,п.2 вдвое больше, чем число витков каждых участков других одинаковых обмоток многообмоточного дросселя 4. Транзисторы 1 и обмотки 5 чередуясь, соединены последовательно. Транзисторы 1 с подключенными к ним обмотками 5 шунтированы Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитания; автоматики и электропривода для преобразования или коммутации постоянного напряжения.Цель изобретения - повышение КПД и надежности путем уменьшения динамических потерь при переключении транзисторов.На фиг.1 приведена схема ключевого преобразователя на й транзисторах; на фиг.2 - то же,.на двух транзисторах (й - число ряда 2, 3, 4, .); на фиг.З - диаграммы напряжения и тока в различных точках схе. мы (а - напряжение на выходе блока управления; б - напряжение эмиттер - коллектор и ток коллектора транзистора 1.1 Ь - напряжение эмиттер - коллектор и ток коллектора транзистора 1.2; г - напряжение на конденсаторе 2.1; б - напряжение на конденсаторе 2.2).Ключевой преобразователь (фиг.1) содержит М транзисторов 1.1 - 1.п и й последовательно включенных конденсаторов 2.1 - 2 и; Блок 3 управления имеет й выходов, присоединенных к базам транзисторов 1.1 - 1.п, Дрессель 4 имеет й - 1 основных обмоток, каждая из которых разделена промежуточным .отводом на участки: первая основная обмотка на участки 5.1 и 5.2.1., вторая - на 5.2.2 и 5,3,1 и т,д., а последняя - на участки 5;п.2 и 5.п - 1.2.И резисторов 6.1 - 6,п шунтируют конденсаторы 2,1 - 2.п соответственно. Конденсаторы 2.1 и 2,п шунтированы также цепочками из последовательно включенных транзисторов 1,1, первого участка первой обмотки 5.1 дросселя 4 и участка обмотки 5.п дросселя 4 и транзистора 1.п соответ.- ственно, Коллектор транзистора 1.1 соединен с первым силовым выводом транзисторного кЬммутатора, соединенного с источником питания 7, Эмиттер транзистора 1,п соединен с первым выводом нагрузки 8. При этом силовые электроды к-го транзистора (к - число ряда 2,3,4 и - 1) присоединены к разноименным выводам встречно включенным диодом 9. В транзисторном коммутаторе обеспечивается равномерное распределение напряжения на закрытых транзисторах и благоприятная траектория рабочей точки при их переключении, а именно при включении снижение напряжения происходит раньше, чем нарастание тока, а при выключении спад тока происходит раньше, чем нарастает напряжение. 2 э.п. ф-лы, 3 ил. участков обмоток 5,к.1 и 5,к;2. Соотношение числа витков в участках обмоток 5.1 и 5.п.2 дросселя 4 для случая равномерного деления напряжения между всеми транзисторами вдвое больше числа витков всех остальных участков обмотки 5.к.1 и 5.к.2 Между первым выводом источника 7 питания и коллектором транзистора 1,2, между эмиттером к-го транзистора и первым выводом нагрузки 8, между эмиттером и-го транзистора и первым силовым электродом к+2 транзистора встречйо с источником 7 питания включены основные диоды 9,1, 9 и,9,2 9.(п) соответственно,Параллельно выводам источника питания подключена последовательная цепь из,дополнительной обмотки 5.(п+1) дросселя 4 и встречно включенного дополнительного диода 10, причем количество витков обмот 20 ки 5.(п+1) равно сумме всех витков обмоток 5.1 - 5,п. В случае И=2 ключевой преобразователь (фиг,2) содержит транзисторы 1.1, 1,2,конденсаторы 2,1, 2.2, блок 3 управления, дроссель 4 с участками основной обмотки 5;1, 5.2 и дополнительной обмотки 5.3, имеющей вдвое больше витков, чем каждый участок 5.1 и 5.2; резисторы 6,1, 6.2, источник 7 питания, нагрузку 8, основные диоды 9.1, 9.2 и дополнительный диод 10.При И=2 (фиг,2) ключевой преобразователь работает следующим образом. Когда с блока 3 управления на транзисторы 1.1, 1,2 поступает запирающий сиг нал, транзисторы 1,1, 1,2 находятся ввыключенном состоянии, В участках обмотки 5.1, 5,2 дросселя 4 ток равен нулю, а конденсаторы 2,1, 2,2 заряжены, примерно, до половины напряжения источника пита ния.В момент времени то (фиг.З) блок 3управления вырабатывает открывающий управляющий сигнал. В силу технологического разброса при изготовлении транзи сторов 1,1, 1.2, элементов блока 3управления и т,д., транзисторы 1.1 и 1.2 включатюся не одновременно. Пусть, на 162463950 10 15 20 2530 35 40 источник 7 питания,пример, первым включается транзистор 1.2, через силовые электроды транзистора 1.2 и дроссель 4 начинает протекать ток заряда конденсатора 2.2 и ток разряда конденсатора 2,1,В момент 11 открывается транзистор 1.1. Через силовые электроды транзистора 1.1 с постоянной времени, определяемой индуктивностью обмоток дросселя 4, устанавливается ток нагрузки 1 н. После включения транзистора 1.1 возникает сложный процесс иэ нескольких энергообменов между конденсаторами, основной индуктивностью дросселя 4 и индуктивностью рассеивания обмоток 5.1, 5.2.При открытых транзисторах 1.1, 1.2 конденсаторы 2,1, 2.2 разряжены, через дроссель 4 протекает ток нагрузки Ьн,В момент времени 12 блок 3 управления подает запирающий сигнал на базы транзисторов 1.1, 1.2. Допустим, что в силу указанных выше причин, первым начнет закрываться транзистор 1,1. Уже в начале запирания транзистора открывается диод 9,2 и часть энергии, запасенной в дросселе 4, начинает циркулировать по цепи: участок обмотки 5.2 дросселя 4, транзистор 1.2, диод 9.2, участок обмотки 5,1 дросселя 4. Часть тока нагрузки 8 ответвляется в цепь: источник 7 питания, конденсатор 2.1, обмотка 5.2 дросселя 4, транзистор 1.2, нагрузка 8, источник 7 питания; а часть по цепи; источник 7 питания, запирающий транзистор 1.1, участок обмотки 5.1 дросселя 4, конденсатор 2.2, нагрузка 8, источник 7 питания. В момент времени тз запирается транзистор 1,2, Ток нагрузки при этом поддерживается за счет тока заряда конденсаторов 2.1, 2.2. В точке соединения участков обмоток 5.1 и 5,2 дросселя 4 происходит токообмен между запирающимися транзисторами 1,1, 1.2 и конденсаторами 2.1, 2.2, Дроссель 4 отдает запасенную в нем энергию конденсаторам 2.1, 2.2,Диоды 9,1 и 9.2 открыты и ток дросселя 4 замыкается по двум цепям: обмотка 5,2 дросселя 4, диод 9.1, конденсатор 2,1 и обмотка 5.1 дросселя 4, конденсатор 2.2, диод 9.2, обмотка 5.1 дросселя 4. Напряжение на конденсаторах 2.1, 2.2 при закрытых транзисторах 1,1, 1.2 равны между собой в силу индуктивной связи между одинаковыми участками обмотки 5.1 и 5,2 дросселя 4.При работе в широком диапазоне коммутируемых токов и напряжений необходимо введение цепи рекуперации в виде дополнительной обмотки 5.3 дросселя 4 и дополнительного диода 10. При равенстве витков вспомогательной обмотки 5.3 и суммы витков обмоток 5.1 и 5,2 разряд дросселя 4 происходит при напряжении на силовых электродах транзисторов 1.1 и 1.2, не превышающем половины напряжения источника 7 птаи,В запертом состоянии равномерное распределение напряжения между транзисторами 1,1 и 1.2 обеспечивается резистивным делителем на сопротивлениях 6.1, 6.2. В случае М 2 (фиг.1) устройство работает аналогичным образом. В исходном состоянии напряжения на транзисторах выравниваются резистивным делителем 6.1 - 6.п, При включении любого к-го транзистора на остальных Итранзисторах напряжение уменьшается на величину Оск, где Оск - напряжение на конденсаторе, который шунтируется открывающимся транзистором 1,к, В нагрузке протекает ток перезарядки остальных Й - 1 конденсаторов от напряжения О 7 й до напряжения 07(й). При соответствующем выборе емкости конденсаторов 2.1-2 и напряжение на транзисторах до открывания следующего транзистора изменяется не значительно (практически все транзисторы 1.1 - 1,п начинают открываться одновременно, но эквивалентное сопротивление между силовыми электродами изменяется с разной скоростью), По достижении включенного состояния в к-м транзисторе наблюдается небольшой скачок тока, обусловленный подзарядкой кконденсатора, шунтируемого кранее включенным транзистором, но на динамические потери он существенного влияния не оказывает, так лак транзистор находится.уже во включенном состоянии. Во включенном состоянии коммутатора токи в обмотках 5.1 - 5 и дросселя 4 равны току нагрузки 8,При включении транзисторного коммутатора первым выключается, например, транзистор 1,к. Ток нагрузки начинает протекать через конденсатор 2,к, открываются диоды 9.(к) и 9.(к+1). Напряжение на силовых электродах транзистора 1.к равно сумме напряжений на конденсаторе 2.к и на любом из остальных конденсаторов 2,1 - 2.п, Напряжение на конденсаторах 2.1 - 2. и, зашунтированных транзисторами 1.1 - 1.п начинает возрастать благодаря зазору конденсаторов 2.1 - 2.п разностным токам дросселя 4 и уменьшающимся током нагрузки. Под воздействием запирающего напряжения транзисторы закрываются, При достижении на любом шунтирующемконденсаторе 2,1 - 2,п напряжения О 7/й от 45 крывается диод 10 и остаточная часть энергии дросселя рекуперируется в первичный1624639 фиаЪ Составитель В.Моинедактор. Т.Лазоренко Техред М,Моргентал Корректор кая Производственно-издательский. комбинат Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 1 Заказ 200 Тираж ВНИИПИ Государственного коми 113038, МоскПодписноеа по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССЖ-ЗБ, Раушская наб., 4/5