Двухтактный преобразователь напряжения

(19) 2 М 3/3 ГОсудАРстВеннбе ПАтентнОВЕДОМСТВО СССР(71) Запорожский. научно-исследователь- содержит токовый трансформатор 6 с чисский институт радиосвязи, . лом первичных обмоток, равным числу вы(72) И.А, Фокин: . ходных каналов,. причел Эти токовые(56) Авторское свидетельствб СССР обмотки вюючены последовательйо с вто-М 1166247, кл. Н 02 М 7/538; 1983.ричными. полуо 6 мотками Выходного транс-Патент США М 4638420, кл. Н 02 МФорматора 4;выполненными раэдедьныМи,7/537, 1987.между средними выводами первичных обЗаявка.Японий М 56-5109, кл. Н 02 Ммоток токоьйх трансформаторов и объеди 7/537,1981.:- .:,." ненными выводами выпрямйтелЬных(54) ДВУХТАКТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬдиодов вклкиенынагрузки. Базоцые обмотНАПРЯЖЕНИЯ.: китокбвоГотрансформатора подключены ковходным выводам сйловйх транзистоой,аай И1817213 управления токового трансформатора. Точки соединения этих диодов обоих плеч обьединены, Эффективное шунтирование обмотки управления токового трансформатора на промежуток времени запирания силовых транзисторов и запирания выпрямительных диодов," а также раздельное токовое регулирование по каждому из выходных каналов расширяет дйапазон преобразуемых мощностей, уменьшает токовые всплески, снижает уровень радиопомех, 2 с.п. Ф-лы, 3 ил. Средний вывод обмотки управления токового трансформатора б через диод соединен с общим выводом источника управляющего напряжения, парафазные выходы которого подключены через резисторы 22, 23, зашунтированные диодами 24, 25 к крайним выводам обмотки управления тоховогО трансформатора. Выходной трансформатОр содержит две дойолйительные обмотки, подключенные через согласно-последоаа- тельнОвклвченные цепочки йз Двух диодов 31, 30 и 33, 32 к резисторам в цепи обмотки Изобретение относится к электротехни- ки 21 трансформатора 6 через диодные цеке и может быть использовано в системах почки 30,33. Каждая иэдиодныхцепочек 30;вторйчного-электропитанияи автоматики. 31, 32, 33 состоит из нескольких последовацелью изобретения является расшире-тельно включенных диодов дляупрощенияние диапазона преобразуемых мощностей 5- в каждой из этих цепочек условно изобрапри несколькихИ) каналах иуменьшения жен один диод). Точки соединения междурадиопомех путем улучшенияусловйй собой диодных цепочек 30, 31, 32, 33 обьекоммутации силовых транзисторов. ",дйнены,; .На фиг, 1, 2 приведены временные ха-Двухтактный,преобразователь.напря".рактеристики; на фиг.3- вариант электриче жения работает. следующим образом. Пря ской схемы Сэмиттерйымуправлением,: моугольные импульсы напряженияДйухтактный преобразователь-напРя-. - поступают.спарафазньхвыходовисточнижения содержит силовые трайэисторы 1 и 2, ка управляюЩего, напряжения 26 через реЗмиттерц которых обьединены и подключе-зисторй 22 и 23 на крайниЕ-вьйоды обмоткинй к первому входному выводу, коллекторы 15 управления 21 токовоготрансформатора 6;подключены к концам первичной обмотки 3 : Предположим;:что на.верхнем выводе источвыходного грансформатора 4, средний вы-.-, ника управляющего:йапряжения существу- .вод которой подключей ковторому. входно- . ет "+", а на нижнем выходе напряжениему выводу. Баэьгтранэисторов 1. и 2 . рввнонулю,Управляющийтокприэтомпроподключены к концам:базовой обмоткй 5 20 текаетпоцепи; верхний"выходуправляюще-.. выходного трансформатора б, первичные го источника 26 резистор 22; обмотка 21, .обмотки 7 и 8 которых концами подключень 1 трансформатора 6, проводящий диод 25,к разноимЕийым выводам вторичных обмо нижйий выводуправляющего источника на. ток 9, 10 и 11, 12 соответственно; Другие . пряжейия 26.Дйоды 24 и 27 находятся вразноименные. выводы обмоток 9, 10 и 11; 25 нейроводящем состоянии. Суммападейий,12 подкл очены через дйодц 13, 14 и 15, 16наплжений на.цепочках 31 и 32 соответстк одним выводам нагрузок 17 и 18, другйе -вует: а момент начального пуска напряжевыводы которых подключены к средним вы- нию на обмотке,21 трансформатора 6 иводам первичных обмоток 7 и 8 токовоГо " -достаточна для отпирания транзистора 1,трансформатора 6 соответственно. Нагруз Благодаря действию положительной тококи 17 и 18 эашунтированы сглаживающими . вой обратной связи обмоток 9 и 10 трансконденсаторами 19 и 20 соответственно. Уп- форматора 4 и обмотки 7 трансформатора 6,равляющая.обмотка 21 токового трансфор- а также обмоток 11.и 12 трансформатора 4матора б крайними аыводами подключена и обмотки 8 трансформатора 6. происходитчерез резисторы 22, 23, эашунтированные 35 регенеративное открыаайие транэйстора 1,диодами 24, 25 к парафаэным выходам ис- На обмотках трансформатора 4 наводятсяточника однополярных импульсов 26, об- напряжения с полярностью, указанной безщий вывод которого через диод 27 скобок. Соотношения чисел витков обмотокподключен к среднему выводу обмотки 21 3 и 28,29, а также чисел витков обмоток 5 итокового трансформатора 6. Дополнитель 21, трансформатора б,.выходное напряженые обмотки 28 и 29 одними выводами под- ние источника однополярных импульсов упключены к парафаэнйм выходам источника рааления 26 выбираются иэ условий:однополярных импульсов 26, другими выводами соединены к крайним выводам обмот-02102 а-Озо-ОЗ 1=Ц 2 а-Оз 2-Оззв1817213 6где О 26, О 21. Ога, Ог 9, Озо, Оз 1, Оэг, Озз. - Из рассмотрения приведенных соотноНаПряжЕНИя На ВЫХОДЕ уПраВЛяЮщЕГО ИС- ШЕНий СЛЕдуЕт, ЧтО ВЕЛИЧИНа .ЬЗ 21 Зногр, точника,26,.на обмотке 21 трансформэтора что обеспечивает падение напряжения на 6, на обмотках 28 и 29 трансформатора 4 при; обмотке 21 трансформатора 6. равное нулю.максимальных токах нагрузки, напряжения 5 В момент времени 2 транзистор 1 звпира. проводящихдиодныхцепочек 30,31,32,33, ется, однако напряжения нз обмоткахДиодные цепочки 30 и 31 находятся в непро- трансформатора 4.сохраняются неизменны. водящем состоянии,так как падейие напря-ми на период з-тг так как конденсаторы 19жения на резйсторе 22 превышает и 20 оказываются подключенными кобмотнапряжение йа обмотке 28, а диодные.це кам 9 и 11 трансформатора 4 черездиоды 13 почки 32, ЗЗ находятся в непроводящем со-и 15 на период восстановления своих обрат- стоянии из-за запирающей. полярностинйх сопротивлений. После запирания дионзпряжейия обмотки 29, приложенной к: доз 13 и 15(момент времени тз) напряжения этйм диодам после осуществления пуска. В "на облотках трансформатора 4 изменяют момент времени т 1 (фиг. 2) происходит. пе знак. диодные цепочки 30, 31, 33 и 27 переременз полярйости на вйходахисточника;.:.-. ходят в непроводящее состояние, положиуправляющихнапряжений 26(полярностьв: тельное напряжение с нижнего выходаскобках). Вследствие инерционности запи-. управляющего источникб 26 йриклэдцваетрания транзистора 1, он остается в откры-. ся через реэистор 23 кобмотке 21 трансфортом состоянии, поэтому полярности: 20 матора 6, диод 24 переходит в проводящее напряженйй на обмотках трансформаторовсостояние, транзистор 2 отпирается, и ток 4 и 6 сохраняются неизменными; диодные. через него определяется токаминагрузок 17 цепочки 30. 31, 33 переходят в йроводящее - и 18 из-за действия токовых положительных ,состояние иподключают обмотку 28 трайс-.обратных связей обмоток 9, 10 и 7; 11, 12 иформатора 4 к концамобмотки 21 трансфор 8 На обмотках трансформатора 6 полярматора.6. Диод 27 переходит в проводящее. "ность напряжений изменяется (полярность состояние и через половины обмотки 2 Ф: - в скобках). Обмотка 28 трансформатора 4 трансформатора 6 протекают токи, создаю- оказывается отключенной об обмотки 21 щие встречйые напряжения, которые поэто-трансформатора 6, диодные цепочки 30 и 33 му взаимно компенсируются. т;е. обмотка 30 не проводят ток, так как положительное на трансформатора 6 оказывается замкну- пряжейиенаобмотке 28 превышаетповелищй накоротко. Через диод 27 протекает:чине положительноенапряженйе обмотки 21 упомянутый ток короткого замыкания об- трансформатора 6. Величины сопротивлений мотки 21.: резисторов 22 й 23 выбираются из условия35 функционирования преобразователя при маЭкю, +О 28 - Озо - ОЗ 1 - О 27: лых токах нагрузки и надежного первоначаль 0,5 гюного запуска, Числа витков первичныхобмоток 7 и 8 трансформатора б выбираются+ фага - Озо - Озз О 27 . в зависимости от величин рабочих юков на 0,5 г 21 40 груэок 17 и 18, так как вследствие того, чтобазовый ток биполярного транзистора (1 илиОиав - Озо - Оз 1 - О 27, . 2) зависит от напряжения эмиттер-база нели 0,5 г 21 . нейно, причем крутиэйа зависимости базовогде Бага- йапряжение на обмотке 28 транс-го тока от йапряжения Оэьдля малых базовыхформатора 4. 45 токов невысока, а для больших токов сущестгг 1 - активное сопротивление обмотки 21 венно больше, т,е. длЯ одинаковых величинтрансформатора 6. изменения базового тока при малых токах тре Ток нагрузки, приведенный к обмотке 21 буется большее увеличение напряжения, а для "трансформатора 6: больших базовых токов требуется меньшее из 50 менение Озб. Предположим, величины рабочих+ Нтоков нагруэок 17 меньше, чем диапазон рабоЗйагрчих токов нагрузок 18. Тогда числа витков об 77 8 6 6моток должны выбираться из условия:,5 аг 1где 17. 18- токи через обмотки 7, 8 трансформатора 6; 55 в 5 - 1 в 5 - га 7;вэ,в 21-числавитковобмоток 7,8 и 21:.121 э 1,2трансформатора 6;Н 6, Ь - намагничива.ощая сила и длинасредней силовой линии сердечника транс- где щ 5.3, а 5-2, а 7, в 8, Ьгэ 1.2 - числа витков форматора 6.полуобмоток 5; обмоток 7 и 8 трансформа.тора 6, коэффициент усиления по току транзисторов 1 и 2, При выборе указанного соотношения во всех режимах обеспечиваются малые потери мощности,благодаря оптимальному регулированию, В следующий полупериод процессы пратекаат аналогично; отпираются диадные цепочки 32, 33, 31 и 27 и на время запирания транзистора 2 и восстановления обратных сопротивлений выпрямительных диодов 14 10 и 16 происходит блокирование отпирания транзистора 1, благодаря чему уменьшаются токовые всплески через диоды 14 и 16 и связанные с ними радиопомехи (промежуток времени т 5 - т 4). Вследствие эффективно 15 го корочения обмотки 21 трансформатора 6 обеспечиваетсяполноценное запирание силовых транзисторов при больших преабразуемых мощностях, т.е, увеличивается 20 диапазон преобразуемых мощностей в стовключены последовательно с силовь 1 миэлектродами дополнительных транзисторов 41 и 42 и образуют последовательную цепочку, включенную к раэноийенным выво 30 дам первичного источника питания. Точка соединения эмиттера транзистора 41 и коллектора транзистора 40 подключена к одному выводу первичной обмотки 43 выходноготрансформатора 44, Базо-эмиттерные переходы дополнительных транзисторов 41 и 42 35 подключенык обмоткам 45 и 46 первого токового трансформатора 47, обмотка управления 48 которого крайнимй выводами подключена через резисторы 49 и 50, зашун 40 тированные обратныл 1 и диодами 51 и 52 к парафазным выходам источника аднополярных импульсов 53. Средняя точка абмотки 48 подключена через диод 54 к абщел 1 у выводууказаннаго источника управляющих импульсов 53, Между базой транзистора 39 и эмиттером транзистора 42 включены об-. мотки 55 и 56 трансформатора 57, а также диадные цепочки 58 и 59 соответственно. Другой вывод обмотки 43 выходного транс 50 форматора 44 подключен к среднему выводу цепочки из двух конденсаторов 60 и 61,крайние выводы которых падкл 1 ачены к входным выводам. Дополнительные обмотки 62 и 63 выходного трансформатора 44 подключены через диадные цепочки 64 и 65, 66 и 67 к выводам резисторов 49 и 50 соот. ветственно. Диадные цепочки 64, 65, бб и 67 состоят каждая из нескольких последовательно включенных диодов (для упрощения рону увеличения мощностей.Вариант электрической схемы палумастового двухтактного преобразователя с . :.эмиттерным управлением изображен на чертеже фиг. 3, Силовые транзисторы 39, 40 25 в каждой из них изображен один диод). Тачки соединения диодных цепочек 64 и 65, 66 и 67 обьединены, Одни разноименные выводы вторичных обмоток 68 и 69, 70 и 71 подключены к анодам выпрямительных диодов 72 и 73, 74 и 75 соответственно, а другие разноименные выводы обмоток 68 и 69, 70 и 71 подключены через токовые обмотки 76 и 77, 78 и 79 трансформатора 57 к крайним выводам токовых обмоток 80 и 81 трансформатора 47 соответственно. Между средними выводами обмсток 80 и 81 трансФорматора 47 и абьединенными катодами диодов 72 и 73, 74 и 75 включены нагрузки 82 и 83, зашунтированные сглаживающими конденсатарами 84 и 85 соответственно. Обмотка управления 86 токового трансформатора 57 подключена через резистор 87 к парафазным выходам источника однополярных импульсов управления 53.Алгоритм работы полумостовога двУхтактного преобразователя напряжения с эмиттерным управлением отличается от алгоритма" работы преобразователя са средней точкой выходйого трансформатора толька. наличием разрыва цепи змиттера силовых транзйстаров в моменты их выключения с целью обеспечения безопасной траектории работы силовых транзисторов. В начальный момент включения при наличии положительного потенциала на верхнем выходе источника управляющего напряжения 53 открываются диодные цейочки 65 и 67, т.к. напряжения на обмотке 63 трансформатора 44 равно нулю. Сумма падений напряжений на этих диодных цепочках достаточна для отпирания транзистора 41, Транзисторы 39 и 41 отпираются и ток через, нйх начинает определяться величиной тока через нагрузку 82 и 83, соотношением числа витков обмотки 55 к числу витков обмотки 77 трансформатора 57 а также соотношением числа витков обмотки 45 к числу витков палуобматки 80 трансформатора 47 первого канала, а также соотношением числа витков обмотки 55 к числу витков обмотки 78,и соотношением числа витков обмотки 45 к числу витков полуабматки 81 второго выходного канала, При изменении напряжений на выходах источника управляющего напряжения 53 напряжение на верхнем выходе становится равным нулю диадные цепочки 64, 65, бб и диоды 54 переходят в проводящее состояние, обмотка 48 трансформатора 47 оказывается эакараченной, запирается быстродействующий транзистор 41, разрывается цепь эмиттера транзистора 39 и он запирается в безопасном режиме через диодную цепочку 58. переходящую в проводя10 1817213 щее состояние. Перемена полярности напряжений на обмотках трансформатора 44 ходного трансформатора, крайние выводы которых через выпрямительные диоды подключены к другим выходным выводам, припроисходит после запирания транзистора чем количество вторичных обмотоксоответствует числу выходных каналов,39 и восстановления обратных сопротивле-:ний диодов 73 и 75, после чего открываются 5 транзисторы 40 и 42. Процессы в следуЮ 2. Преобразователь по и. 1, имеющий й выходных каналов и содержащий выходной трансформатор с первичной и й вторичныщем полупериоде протекают аналогично; Улучшение условий коммутации силовых транзисторов увелйчивает диапазон ми обмотками, токовые трансформаторы,преобразуемых мощностей с одновремен обмотка управления первого-из которых отводом от средней точки соединена чеРез первый диод с общим выходным выводомисточника управляющего напряжения; а ным уменьшением радиопомех. Формула изобретения каждым крайним выводом связана через со 1, Двухтактный преобразователь напряженил, содержащий выходной. трансформа ответствующий резистор, зашунтированный диодом с парафазными выходами тор, первичные- обмОтки которого выполнены со средней точкой, и вторичные источникауправляющего напряжения, о тл и- обмотки каналов:, силовые транзисторы ичающийся тем,что,сцельюрасширения трансформатортока, каждая базовая обмот- диапазона преобразуемых мощностей при 20 И выходйых"каналах и уменьшения радиока которого подключена к управляющему входу. соответствующего силового транзй-помех путем улучшения коммутации силостора, а обмотка управления.отводомот.вых транзисторов, введены два средней точки соединена через первый ди-дополнительйых транзистора, включенных од с первым входны 4 выводом:и.связана", последовательно в цепи эмиттеров силовых каждым крайним выводом через резисторы; 25 транзисторов; две дополнительные обмотки зашуйтированные диодами с парафаэными .в.выходнойтрансформатор, каждая из котовыходами источника.напряженияуправле-.": .рйх подкл 1 очена к упомянутым резисторам ния, о т ли ч а ю щ и й с я тем,что, с. цельюв цепи обмотки уйравления первого токовоточки"соединейия между собой указанных: трансформатора,. обмотка управления втодиодов обоих плечобьсдинены количество 40 -роготоковоготрансформатора подключена первичных обмоток токовоготрансформа- -через резисторк парафазным выходам исторафавно числу выходных кайалов", причем"точника управляющего напряжения, а базоуказанные первичные обмоткивыполнены. , вые обмотки соединены с базой силового и со средними точкамй, подключеннымик.од-. эмйттером" дополнительного транзистора ному из выходных выводов, а крайними вы каждого плеча и зашунтированы цепочками водами подключень 1 последовательно к." "иэ согласнб последовательно включенных отдельным секциям вторичныхобмоток вы-" диодов.расширения диапазона преобразуемых: ." готрансформатора через цепочки из соглас. мощностей при й. выходных кайалах и ЗО но йоследовательно включенных диодов, уменьшенйяуровйярадиопомехпутемулуч- . " причем общие точки соединения диодных шения условийкоммутацйй-силовых транзи-цейочекобеих плеч обьединены, И первичсторов ввыходнойтрансформат 6 р:введены. ных обмоток первого токового трансформадведополнительные.обмотки, каждаяизкс-" .тора выполнены со ,средними точками, торых подключеначерезсогласно последо подключенными к одному из выходных вывательно включенййедиодные 4 епочки к. водовкаждого иэ Й каналов, а крайними резйсторам в цепях кРайних вь водовобмо-: . выводами соединены последовательно с ток управления токового трайсформатора,-:каждой отдельной секцией второго токового,а Корректор М Куль Заказ 1729Тираж, "Подписное"ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям113035, Москва, Ж-Зб, Раушская наб.4/5 КНТ СССР