Преобразователь постоянного напряжения

СОЮЗ СОВЕТСКИХСО ЦИАЛ И СТИЧ Е СКИХРЕСПУБЛИК(;,), Н 02 М 3/335 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯН Д ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(71) Томский политехнический институт им.С.)1.аширова(56) 1. Авторское свидетельство СССР Г 1249668, кл, Н 02 М 3/335, 1985.2. Авторское свидетельство СССР М 1697222, кл, Н 02 М 3/335, 990, 54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАП РЯ 1(ЕНИЯ(57) Использование; преобразование и регулирование постоянного напряжения в системах вторичного электропитания и автоматики, Сущность изобретения; преобразователь содержит Х ячеек, подключенных к входным выИзобретение относится к областипреобразовательной техники и предназначено для преобразования постоянного напряжения одного уровня впостоянное напряжение другого уровня,Известен однотактный преобразователь постоянного напряжения, в котором к зажимам источника питания через ключ присоединена первицная обмотка трансформатора, а вторичнаяобмотка через выпрямительный диодподключена к 1.СО-фильтру причемдроссель фильтра снабжен дополнительной обмоткой, которая через диод присоединена к вторичной обмотке трансформатора (авт,са.СССР .11 575745,кл. Н 02 М 3/335),5 Ц 1777214 А 1 водам через второй транзистор 1,0 итретий транзистор 1.8 для основнойячейки 1, и дополнительные транзисторы 2.8-Ч,8 для дополнительных ячеек 2-М соответственно. Регулированиевыходного напряжения в каждой ячейке 1-М осуществляется путем изменения относительной длительности открытого состояния третьего 1.8 и дополнительных 2.8-К,8 транзисторов,При этом первый 1.7 и второй 1.0транзисторы управляются в противофазе и открыты каждый по полпериода.Энергия, накопленная в дросселях1,4 и 1.5, при открытом третьем тран -зисторе 1,8 отдается в нагрузку 4.0через трансформатор 1,1 и двухполупериодный выпрямитель 1.2 при запирании этого транзистора, 2 ил. Недостатком данного устройстваявляется повышенная, по сравнениюс двухтактной схемой, установленнаямощность трансформатора, так какпередача энергии церез него происходит только при замкнутом состоянии силового ключа.Известен однотактный преобразователь постоянного напряжения, содержащий подключенную к истоцнику питания цепь из последовательно соединенных двух первичных обмоток трансформатора, диода и транзистора. Между нацалами и концами частей первичной обмотки вклюцены два дросселя, а вторичная через двухполугер 1 одный выпрямитель и емкостной фильтрод 177721 Йключена к нагрузке авт,св,И" 1296686,кл, Н 02 и 3/335)Недостатком этого преобразователяявляется ограниченный диапазон регулирования выходного напряжения.Известен однотактный преоЬразоватег ь постоянного напряжения, содержащий дроссельно-трансФорматорную ячейку, в которую входит трансФорматорс первичной обмоткой, состоящей издвух частей, а к вторичной черездвухполупериодный выпрямитель под -ключен емкостной Фильтр и нагрузка.Между началами и концами первичныхобмоток трансФорматора включены двадросселя, а между первой парой точексоединения обмоток трансОорматора идросселей включена последовательнаяцепь из диода и транзистора, а две 20другие образуют первый и второйвыводы ячейки, причем первый выводячейки через первый транзистор связан с первым выводом источника питания, а второй через второй транзистор - с вторым выводом источника питания и через диод с первым выводомэтого источника (Авт,св. Г 1697222,кл. Н 02 М 3/335). Данное устройствого технической сущности наиболее 30близко к предлагаемому и выбрано вкачестве прототипа,Недостатком этого устройства являются ограниченная выходная мощность и пониженная надежность.Мощность описанного преобразователя ограничена соответствующимипредельными параметрами его ключейтранзисторов и диодов, причем известные методы ее увеличения путем парал- щлельного или последовательного соединения ключей либо невозможно, либотребует специальных схемных решений,что приводит к существенному усложнению преобразователя. 45Так как известный преобразовательявляется по выходу источником тока,возможно увеличение мощности путемиспользования таких преобразователей,выходы которых подключены к нагрузке, св зависимости от требований, либо .последовательно, лиЬо параллельно.Однако при этом в И раз возрастаетчисло всех элементов, что усложняетсхему и не всегда оправдано.Пониженная надежность известногоустройства обусловлена тяжелым режимом работы транзистора, коллекторкоторого присоединен к положительно му выводу источника питания, При запирании этого транзистора в нем выделяется энергия, накопленная в индуктивностях намагничивания и рассеяния трансОорматора в течение смены знака тока в обмотках, так как другие пути для этого тока отсутствуют, Описанный процесс приводит к выделению в транзисторе значительной мгновенной моцности и, следовательно, снижает надежность преобразователя,Целью изобретения является устранение указанных недостатков, то есть увеличение выходной мощности и повышение надежности преобразователя.Поставленная цель достигается тем, что в преобразователе постоянного напряжения, содержащем дроссельтрансФорматорную ячейку, в которую входит трансОорматор с первичной обмоткой, состоящей из двух одинаковых секций, и с вторичной обмоткой, подключенной через двухполупериодный выпрямитель к выходным выводам преобразователя, между которыми включен Фильтруюций конденсатор, и два дросселя, один из которых включен между началами секций первичной оЬмотки трансФорматора, а другой - между концами этих секций, причем между первой парой очек соединения секции первичной оЬмотки трансФорматора с соответствующим дросселем включена цепочка из согласно-последовательно-соединенных первого транзистора и первого диода, а две другие точки соединения секции первичной обмотки трансФорматора и соответствующего дросселя оЬразуют первый и второй вывод основной ячейки, при этом первый вывод основной ячейки через второй транзистор соединен с первым входным выводом преобразователя, а второй вывод основной ячейки через третий транзистор соединен со вторым входным выводом преоЬразователя и через второй диод - с первым входным выводом преобразователя, По сравнению с прототипом предлагаемое устройство отличается тем, что с целью повышения надежности путем уменьшения перенапряжения на транзисторах и увеличения выходной мощности, введены Ь" дополнительных ячеек, каждая из которых выполнена идентично основной ячейке, Х дополнительных транзисторов, Л дополнительных диодов и один блокирующий диод, причем первый вы 5 1/721 вод каждой дополнительной ячейки по/первому Выводу ОсновнОЙ ячейки, второй Выгод каждой дополнительной ячейки ерез эоответствую 5 щий дополнительный транзистор под - ключен к второму входному выводу преОбразователя и через соответствующий дополнительньй диод - к первому Входному вьволу преобразователя, а блокирующий диод включен между первым выводом основной ячейки и вторым входным выводом преобразователя.Таким образом, изобретение соответствует критерию новизна. Анализ 15 известных техических Решений в данной области техники показывает, что совокупность перечисленных выше отлицительньх признаков позволяет увеличить мощность преооразовзтеля и 20 повысить надежность его работы.Схема предлагаемого преобразователя приведена на слг.1. Б его состав входят 1-; дроссельно-трансформаторных ячеек, каждая из которых содержит трансорматор 1.1 с двумя первицными обмотками 1.1,1 и 1.1.2. К вторичной обмотке 1.1.3 трансборматора через мостовой вь;прямитель 1.2 подключен емкостой бипьтр 1.3 К на- ЗО чалам и концам обмоток транс 3 ормсэтора 1,1 подключены дроссели 1,Ч и 1.5, К точке соединения обмотки 1.1,2 и дросселя 1,- присоединен диод 1.ц, ВторОЙ Вывод этОГО диода через транзистор 1,7 подкгюцен к точке соединения оомотки 1,1,1 и дросселя 1.5. Точки соединения дросселя 1,Ч и обмотки 1.1.1 ооразуют первый вывод ячейки, а точки соединения обмотки 1.1.2 и дросселя 1.5- второй. Первье выводы всех ячеек объединенц и к ним подключены выводы транзистора 1.0 и диода 20 второй вывод этого транзистора соедйнен с первым выводом источника литания, 3.0, а диода - с вторым выво-. дом истоцника питания, К второму выводу каждой яцейки подклицены соответственно выводы тран- ц эисторов 1.8-,8 и диодов 1,9-,9. Бторые Выводы этих транзисторов объединены и подклюцень к второму выводу источника питания 3,0, а Вторые выводы диодов также объединень; и под- р ключены к первому выводу источника питания. Выходы яцеек соединены последовательно и к ним лодклюцена общая нагрузка ч.0. са ,иг,2 лриведенц диаграммы измененс; напРЯжс.ний и токс.в. 1 эпРЯжениемежду лерВь;и и вторым вьвр;,ами ДГОССЕЛЬНО-ТРВНСсОРМатОРНОЙ ЯЧЕЙКИ, токчерез одну из сбмоток транс Форлаторсэ и напряжение на этой обмотке в мсэс,.тсэбе 1;2, 1 а слеДУюЩих двух диаграммах лриведсны форм, тока 1,4, и напряжения с . на однои иэ дросселей яцейки в масштабе 1:2.Работа преобразователя в установившемся режие Рассмотрим Г момента(см.фиг.2) отпирания транзисторов 1.0, 1,Г:.6.,ло этого момента ток через первичные обмотки трансОорматоров ячеек протекал от конца к началу, обозначенному тоцкой на фиг,1, замыкаясь в каждой ячейке через транзисторы 1, и дроссели 1,Ч, 1.5, которые отдают энергию в нагрузку. Б момент ., напряжение на Обмотках всех электромагнитных элелентов меняет знак и становится равным положение напряжения источника эитания 3.0. Под действием этого напряжения начинают нарастать токи всех дросселей. Одновременно начинает меяться направг,"ние тока в обмотКа тоссСГрмсЭТОросэ, ОКСРОГТЬ ЭТОГ из енения определяется инлуктивностью рассеяния транс.Орлать ог В, Б момент ; токи дросселей и транс 1 орматоров становятся рваньи 1, транзисторы 1,ячеек запираются. Напряжение на первичных обмотках тра.".сФОрматора устанавливается равным пересчитанному иэ вторлцнОЙ цели напряжению на конденсаторе 1,3. К дросселям прикладывается разность напряжений источника литания и пересчитанного. По цепям: дроссель 1.ч, обмотка 1.2 и обмотка 1,1.1, дроссель 1,5 нарастает ток.Б момент с,. запираются транзисторы 1,8-,8 яцеек преобразователя . Б данном слуцае одновременность запирания указанных транзисторов при ята для простоты изложения, Б общем случае возможно изменения этого момента в каждой яцейке индивидуально, При запирании 1.8-Х.8 налряжелие а дросселях скацком меняет знак и становится равным напряжению на обмотках, которое остается неизменным. Ток дросселей и трансОорматоров, ранее эамыкаВшиЙся через транзисторыл1,Ь-Б,8 начинает спадать и замыкается через диоды 1.9-К,9.17,г 721)В момент г. запирается гранзистор 1,0 и о 1 пираются транзисторы1,7 всех. ячеек. Напряжение на обмотках трансФорматоров меняет знак истановится равным половине питающего,а ток начинает менять знак, замыкаясь по прежней цепи через диоды1,9-М.9, через источник питания 3.0и блокирующий диод 2,0 общий для 1 Овсех ячеек. В момент Г. токи обмотоктрансформаторов и дросселей становятся равными, диоды 1.9-1 г,9 и 2.0 запираются, Напряжение на обмоткахтрансформаторов и дросселях становится равным и пересчи 1 анному из вторичной цепи напряжению на конденсаторе 1.3. В момент г:- процессы повторяются,Техническим преимуществом предлагаемого устройства по сравнению с прототипом является увеличенная в Б раз выходная мощность, причем без увеличения в Ь раз числа его элементов. Введение одного блокирующего диода создает путь тока в момент смены знака напряжения на трансформаторах, поэтому напряжение на всехЗО ключах предлагаемого устройства не превышает питающего, что увеличивает его надежность. Наличие нескольких ячеек расширяет Функциональные возможности преобразователя, так как путем параллельно-пос.педовательного 35 соединения выходов ячеек проще обеспечить заданный уровень выходного напряжения или тока, используя для стабилизации лишь одну ячейку, в то время как другие могут быть нестабилизированными.Формула и з о б р е т е н и яПреобразователь постоянного напря жения, содержащий основную ячейку, в которую входят трансформатор с первичной обмоткой, состоящей из двуходинаковых секций, и с вторичнойля.1777214 ктор: Н.Р а Т рственного комитета по 113035, Москва, Ж вееет 4 е еею а еюе аавюаронзводственно-издательский комбинат "Патент", г.Ужго ул. Гагарина, 101 Составитель И.1;ви И.Кузнецов Техред И.ИоргентаЗаказ 4126 ВНИИПИ Гос Подписноебретениям н открытиям при ГКНТ СССаушская наб., д. 4/5