Преобразователь постоянного напряжения в постоянное

(56) Авторское сМ 851685, кл. НАвторское сМ 812138. кл, Н л. ч.48в, В.И, Сагаловский,А, Г. Феоктистов8.8)видетельство СССР02 М 3/135, 1979,видетельство СССР02 М 3/135, 1979,(54) ПРЕОБРАЗО НАПРЯЖЕНИЯ В (57) Изобретение о ке и может бцть ис те, например, управления, Цель ние надежности и нцх показателе последовательную ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР 1 ИСАНИЕ ИЗ АВТОРСКОМУ СВ ВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ПОСТОЯННОЕтносится к электротехнипользовано на транспорв электроприводах изобретения - повыше- снижение массогабарити. Устройсво включаетцепь из полупроводниковых ключевых элементов (ключей) 6, 7, включенную между входным и сбщим выводами, а также последовательную цепь из диодов 4, 5, включенную также между входным и общим выводами Двухобмоточный дроссель 1 включает последовательно соединенные рабочую обмотку 2 и обмотку 3 подмагничивания, свободные выводы которых подключены соответственно к общей точке соединения диодов 4, 5 и к выходному выводу, Оэщая точ а соединения обмоток 2, 3 подключена к общей точке соединения ключей 6, 7. Указанное выполнение устройства позволяет за счет ограничения сквозных токов через диоды повысить надежность как в режиме движения, так и в режиме торможения, а также уменьшить коэффициент трансформации дросселя и тем самым снизить массу и габариты устройства. 4 ил.Р40 Изобретение о Гнссится к злект)сютехник 8 и моясет быть примененэ в тэанспорте, нап ример, в злект)опри водах уп ра Бл 8 ния,Известен преобразо)атель гОстоян)-- ГО Напря)КВНИ В Г)ОСТОВн6, СОДержсПШ,.-й вкгюченнь)й последОБательно М 8 жду ВходНЫМИ И В)ОдЫМ)Л Вю 10,ч)д Л ПсПРОБГч никовый кг)ю., двухобмоточный дроссель Насыще) .",Я С РВООЧ 6 Л И ПОДМс)гн 4 ЧИВЗЮЩИМИ ООМОТКс)МИ И )БЗРЯДЫЙ ДИОГ, БКЛК)чеН" ный ослпдвательно с рабочей Обмоткой. с образоваНем цепи, включенной между выхсднь)ми вевода л ),НЕДС тоф Зэал")Сг УСГ ОР-" Го" С-ОИт В ТОМ, ГГО ОНО НЕ Г 4 ОЖЕТ бЫтЬ ПРИМЕ- нено В Г. )Образвателе ),),"пря юеияа транзистОре, ак ка Б нем Отс 1)тствует дои Ол н и тел , н ы и контур кОммГГа ци и,Извес;ен также преобразователь по- стоян НОГО напряжения в ГОс тоянн 08, сОд 8 р- жащиЙ ВхОДЙОЙ, ВыхОДВОЙ и Общий Выводы для подключения источника постоянного напряжения и нагрузки соответственно, ДВУхобмОГОчный Дэоссель нс)сыЩ 8 нив с РабочеЙ и подмагничивающей Обмоткамл, первый управляемый ключевой элемент, Одним из Вьводов соединенный с Входным ВыВОдОм, а другим с Одним из выводс)в Обмо ки пОдмагничиеа ни я, друГОЙ Бь)ВОД которой об)азует указанный выходной вывод, а такл;,:. первь й разрядный диод, включенный между общим выводом и одним из Выводов раба;ей об)мотк)л, Нагрузка псдключена кредней точке двухобмото маго дросселя.Недоста.ак известного устройства обусловлен тем, что пои Ограничении сквоз- НОГО тОка Оомотки дрОсселя насыщения рз" бочая и Г)од)4 агнлчивающая обмотки еключа)отся последОВат 8 льно и встр 8 чнс и для сниж 8 ния В 8 личины сквозного тока не" обходима овыать коэффициент транс(л(;рмации Дросселя насыщения, т,е. увеличивать число витко 3 ОбмОтки ПОДМБГ- ничивания, что приводь к увеличению массь и габаритов дросселя.Цель изобретения - повышение надех(- НОСТИ И СНИЖЕНИ 8 Мс)ССОЗбаРИТНЫХ ПОКаэа"талей.)ОСтаВЛВННВЯ ЦЕЛЬ ДОС-ИГВЕГСЯ тЕМ, ЧТО Б преобразователь постоянного напряжения в постоянное, соде)Жащ)лй входной, вы- хОДИОЙ и ОбЩиЙ Выводы ДлЯ Г)ОДключ 6 ННЯ источника постояннОГО нап)ряжения и наГрузхи соответств 8 нно, ДнухобмОтОчныЙ дроссель насыще).)ИЯ с рабочей и подмагни)ивающей обмОтками, первый упоавляемый кл очевой элемент, одним из выводов соединен ный с ходны)4 Вы Бодо щ а воуги)л -" с ОЧНИМ ИЗ;с)ЫВОДОВ ОбоКИ ПОЛМВ НИЧИ)1 Зния, другой Вывод котор;)й Образует указанный выходной Бь,вод, в также первыл разрядный диод, включенный ме.кду об)цим -,ыводом л одним из выводов абочей обМОтки, дополнит 8 льно ВВедены ВТСРОЙ уп" равляемый ключевой элемент и Второй Оазряднь)й диод, поич 8 м второй управля 8- мый ключеГюй элемент "оединен последователь 0 с первь)м и свобог,ньм выводом подключен;( общему Выходному выс)оду Б)орОЙ Оазояднь)Й чио) Вклк)чен 3 то 4 жо направлении, что и пес".лй, мех(Д Общей точ)(ой с.)единения рабпч:,Й Обмотки с перВым Оазрядн ым диодом л входным Зывсдом, а рабочая обм.а вк",ючена в наГОзвлени, Обратно,4 по отноц)ению к нзпоавленлю вклюения Г)оем-)гницлваюгцРЙ симотки., и своим свОООДым Выводом под ключена к об,цей )очке соединения первОГО "П РБЕЛ Я 6 МОГО КЛ К)ЧЕРОГО ЗЛЕМ 6 Н Гс С ПОДМБ Г- нлчивак)щей обмоткой,На фиг,изображена принципиальная схема преобразователя, в котором нагрузкой является электрический двигатель, а полупроводниковые ключи - транзисторы; на фиг, 2 - ДИБГрам)4 а 1)аботы Дросселя насыщения в режимах движения и торможения; на фиг. 3 и 4 - осциллограммы напряжения и тока через любой полупроводниковый ключ без дросселя насыщения и с дросселем нась;щения,Лреобразсватель содержит двухобмо- точныЙ драссельс рабочей обмоткой 2 и вторлчной Обмоткой 3 подмагничивания, два последовательно соединенных диода 4 и 5, образующие диодный полумост, два последовательно с оединенных полупроводниковых кл;Оча б и 7, образующие голупроводниковый полумост, электродвигатель 8, являющийся нагрузкой преобразоВателя, Диодный 4 и 5) и полупроводниковый б и У) почумосты включены па)аллег)ьно и подключ.чы к источ)ли" ку питания, Конец рабочей сбмотки 2 дросселя и начао Обмотки 3 подмаГничивания подсоединеннь к средней точке 9 полупроводникового полумоста б, 7, начало рабочей обмотки 2 подсоединено к средней точке 10 диодного полумостс 4, 5, а конец обмотки 3 подмагничивания связан с одним выводным концом электродвигателя ). второй конец которого подсоединен к отрицательному общем 1, выводу источника Г)итания,РебЭРс)зоваТВЛЬ ПОСТОЯНсОГО НВПРЯ- ).:.ения Б постоянное рабстает следующим ":браЗОМ.ежим движения,Г 1 ри включе )ии полупООБОдникОБОГО ключа б Г)одмагничиБс)1 ОЦБЯ ОЬ)лотке д на 1702496магничивает дроссель 1 насыщения таким образом, что его рабочая точка перемещается в точку 1 (фиг, 2), при выключении полупроводникового ключа 6, рабочая обмотка 2 дросселя 1 насыщения включается в разрядную цепь с диодом 4 согласно с обмоткой 3 подмагничивания и рабочая точка дросселя насыщения перемещается в точку, 2 (фиг, 2), не г;репятствуя протеканию тока.При последующем включении полупроводнисвого ключа б подмагничивающая обмотка 3 дросселя 1 насыщения подключается в цепь разрядного диода 4 и на время перемагничивания дросселя 1 ограничивает сквозной ток через полупроводниковый ключ 6 и диод 4. при этом рабочая точка дросселя насыгцения перемещается в - :очку 3 (фиг. 2).Режим торможения.При включении полупроводникового ключа 7 подмагничивающая обмотка 3 намагничивает дроссель 1 насыщения таким образом, что его рабочая точа перемещается в точку 1 (фиг. 2), при выключении полу 1проводникового ключа 7 рабочая обмотка 2 дросселя 1 насыщения включается в разрядную цепь с диодом 5 согласно с обмоткой 3 подмагничивания, обгэаэуя цепь, встречную источнику питания, и рабочая точка дросселя насыщения перемещается в точку 2 (фиг. 2), не препятствуя протеканию тока.При последующем включении полупроводникового ключа 7 рабочая обмотка 2 дросселя 1 насыщения подключается в цепь разрядного диода 5 и на время перемагничивания дросселя 1 ограничивает сквозной ток через полупроводниковый ключ 7 и диод 5, при этом рабочая точка дросселя насыщения перемещается в точку 3 (фиг. 2).Применение такой схемы включения дросселя насыщения позволяет при том же коэффициенте трансформации, т,е, при тех же массе и габарите дросселя насыщения, уменьшить величину сквозного тока через разрядные диоды.Для случая включения дросселя насыщения (фиг. 1) величина сквозного тока через полупроводниковый ключ б или 7 и разрядный диод 4 или 5 составляетк.э -1 н (1 +)1(1) где 1 ка - ток через коллектор-эмиттер;1 н - ток нагрузки;Мтр в . коэффициент трансформациивздросселя насыщения, 1 тр = - ,Щаз и юц - количество витков в обмотках,На фиг, 3 и 4 приведены осциллограммынапряжения и тока через ключ и диод без ограничивающего дросселя насыщения и с дросселем насыщения,Как видно из осциллограмм, в данной5 схеме обеспечивается надежное ограничение сквозного тока через полупроводниковый ключ. Например, при Мтр = 4 для известного преобразователя и предлагаемсй схемы сквозные токи через полупровод 10 никовый ключ и разрядный диодсоответственно равны: для известного устопйл ва1к.э = н+ - ) = 1,33 н 14 - 111 добр = 1 н ( -- ) = 0,33 и,4 - 1для предлагаемого устройства= н 1 + - ) =.1,2 Ын420 добр = 0,25 нКак видно из приведенного примера,для предлагаемого устройства при одном итом же дросселе и разном включении егообмоток получается меньшее значение25 сквозного тока., т.е. при тех же заданныхзначениях сквозных токов можно уменьшить коэф.ициент трансформации дросселя и таким обре.,:; снизить массу игабариты всего устройства.30 Оценка теплового воздействия токовдля схемы по фиг. 1 дает следующие примерные результаты при Опит = 30 В,Рз осциллограмм на фиг, 3Римп.макс =як.э к.э = 10 В, 78 А=-780 Вт;35 импимпРимп.ср, с.1 к э к,э . - 5,7 Вт,огде 1 имп - время действия сквозного тока,тимп "- 1,7 мкс.Из осциллограмм на фиг. 4Римп.макс = 1 В . 25 А = 25 Вт;1 имптимпО.. - 07 Втотимп = 6 мкс,45 При этом мощность потерь в установившемся режиме:30 Вт.Как видно из расчетов разница в средней импульсной мощности не очень великапо сравнению с мощностью потерь в уста 50 новившемся режиме, однако разница в величинах мгновенной мощности потерьвелика - примерно в ЗО раз.Если величина максимальной импульсной мощности на транзисторе превысит55 максимальную допустимую, он выйдет изстроя.Величина сквозного тока в случае отсутствия дросселя насыщения определяетсятолько сопротивлением цепи: трэнзистордиод-провода, и величиной нэпряжения ис- тОЧНИКЭ ПИТЭНИЯ. ПРИ Опит = 30 В СКВОЗНОЙ ток нэ фиг. 3 рэвен а 80 А, при увеличении нэпряжения питэния соответственно увеличивэется и сквозной ток, что может приве. СТИ К ВЫХОДУ ТРЭНЗИСТОРЭ ИЗ СТРОЯ.В случае применения дросселя насыщения схема по фиг, 1 рэботоспособнэ при больших нэпряжения питэния, тэк кэк сквозной ток огрэничивэется дросселем НЭСЫЩЕНИЙ И Не ПРВВЫШЭ 6 ВВЛИЧИНЫ НЭ фиг, 4. Формула изобретения Преобрэзовэтель постоянного нэпря жения в постоянное, содержащий входной, ВыхОДнОЙ и Общий Выводы ДлЯ пОДключения ИСТОЧНИКЭ ПОСТОЯННОГО НЭПРЯЖЕНИЯ И НР- грузки соответственно, двухобмоточный дроссель нэсыщения с рабочей и подмэгничивэющей обмотками, первый упрэвляемый ключевой элемент, одним из выводов соединенный с ВхОдным ВИВОдОм, э друГим с одн из ыводо Обмотки.подмэгничивэния, другой вывод которой образует указанный выходной ВыВОд, э тэкже перВыЙ разрядный диод, включенный между общим 5 выводом и одним из выводов рабочей обмотки, о т л и ч э ю щ и Й с я тем, что, с целью повышения надежности и снижения массогэбэритных покэзэтелей, дополнительно введены второй управляемый ключевой зле мент и второй рэзряднь 1 й диод. причем второй упрэвляемый ключеВОЙ элемент соединен последовэтельно с первым и свободным выводом подключен к общему выходному выводу, второй рэзрядный диод 15 включен в том нэпрэвлении, что и первый,мех",ду общей точкой соединения рабочей обмотки с первым разрядным диодам и входным выводом, э рабочая обмоткэ включена в нэпрэвлении, обратном по отноше нию к нэпрэвлснию включенияподмэгничивэющей обмотки, и своим свободнь,м выводом подключенэ к общей точке соединения первого управляемого ключевоГо элемента с Гюдмэгничивэющей обмоткой, 25,; ф11 - .оставитель Л, Устинкл;ехред М.Моргент,: л А. Огар а КНт СС арств 1ного комитет 035, Москва,Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужг: род, ул.Гагарина. 10 аказ 4550 ВНИИПИ Гос пои35,Подписное бзетенивм и открьтивм ри аушская наб., 4/5