Регулируемый двухтактный преобразователь

Союз Советскил Социалистимескил РеспубликОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДИТ 1 вЛЬСТВУ 01), 612366(21) 232957 явкиооудвоотвенный кометеСоввтв Мнннотров СССРоо делам нэооретеннйн открытей ллетень23 21.314.58 88.8) 3) У Дата опубликования описания 3 8) Авторы нзобретени Ленина энерге овский о ий ипстит 1) Заявитель 4) РЕГУЛИРУЕМЫЙ ВВУХТАКТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬкото,- кпючи иейрматэ баацииоговпения 11 епьватель разо тить изобретения - уп повысить его на 43) Опубликовано 25.06 1Изобретение относится к преобразоватепьной технике и может быть испопьзовано в системах эпектропитания дпя преобразовании постоянного напряжения в регупируемое пере менное идн постоянное напряжение. Известны регулируемые двухтактные преобразователи, содержащие выходной трансформатор, первичная обмотка которого имеет отвод от средней точки соединений через дроссепь с первым входным выводом преобразоватепя, а вторичная обмотка через выпрямитепь соединена с нагрузкой, шунти, рованной конденсатором, иосновные синовыми ключи, соединякнцие Концы первичной обмотки со вторым, входным выводом преоб разовате пя.Недостатком такого преобразоватепя являются повышенные потери в кпючах и трансформаторах и бопьшие габариты дросселя и конденсатора, вследствие того, что в течение времени, при котором одновременно открыты оба основных кпюча, энергии потребпяется от источника питания, но не передается в нагрузку. Известен также преобраэоватепь, в рый введены допопнитепьные сиповые с вентипьным характером проводимост цтунтирующие дроссепь вместе с секци первичной обмотки выходного трансфо ра в течение времени, при котором о основных ключа закрыты, 5 пя коммут основных и допопнитепьнътх кпючей эт преобраэоватепя необходим бпог, упра со спожным многоканальным выходом Это достигается тем, что в предпоженном преобраэоватепе управпякщая цепь дэпопнитепьных ключей соединена нпосредсз венно с первым входным выводом преобразоватепя и подключена к выходу уэна авто матической коммутации, соединенного с обмотками выходного трансформатора. Схема узда автоматической коммутации может быть выпопнена разпичной в зависимости от копичества допопннтепьных кпюфвй и ил вида.612366 Принципиальная схема предпоженногорегулируемого преобраэоватепя представленаа иа фиг, 1.Первый входной вывод 1 преобразователя через обмотку 2 дроссепя 3 подкпюченк,общей точке секций 4 и 5 первичнойобмотки выходного трансформатора 6, Конец секции 4 и начало второй секции 5через основные сиповые ключи 7 и 8 подкпючены ко второму входному выводу 9 гОпреобразователя, Конец первой секции 4 чу.рез допопнительный снповой кпюч 10, изменяющий вентильньгй характер проводимоотн (такой кпюч выполнен, например, в видесоединенных последовательно диода и коплекторно-эмиттерной цепи транзистора)подкпючен к первому выводу 1, Управпяющий эпектрод допопнитепьного кпюча 10(база транзистора) соединен с выходомузла 1 1 автоматической коммутации, попучаюшего энергию от преобразователя.Уэеп коммутации 11 выпоннен в вице поопедоввтепьной.Я- Э - 2- Я- цепи, вкпюченной паралпепьно секции 5 первичной обмотки, причем диоды этой цепи вкпгочены 25согпасно, а их общая точка явпяется выходом уэпа коммутации. Силовые кпючи 7и 8 коммутируются (т. е. отпираются и запираются) энергией сигналов управпения, вырабатываемых бпоком управпения 12. На ЗО вторичной стороне трансформатора вкпючена нагрузка (ипи совокупность нагрузок).Устройство управления выполнено потакой схеме, которая обеспечивает открытое состояние основного силового ключа 7 35 в теч.ние регупнруемой части первого полупериодв и обеспечивает открытое состояние второго основного ключа 8 во. время второго полупериода работы двухтактного преобразоватепя. Во время открытого состоя 40 ния пюбого иэ основных силовых ключей(7 или 8) в дроссепе фильтра накаппиваегъся энергия и потенциал обшей точки секций 4 и 5 первичной обмотки ниже потенциала вывода 1 (ниже напрюкения источника пита ния Е), Потеициап. общей точки секций опредепяется напряжением на нагрузке, приведенным к первичной обмотке.Более низкий.чем на выводе 1 потенЮ циап обшей точки секций 4 и 5 обуспавпивает отсутствие тока по цепи 11, связывающей указанную точку с управпяяхцим эпектродом дополиитеггьного силового кпго ча 10. Поэтому, когда открыт хотя бы одиц из основных синовых ключей, иа управляющий эпектрод дояолнитеньного кпюча не поступает сигнапа отпирания. Когда замкнут силовой ключ 7, дополни льный сиповой кпюч не проводит ток в силу вентильного характера его проводимости. Когда замкнут 4силовой ключ 8, дополнительный силовой ягюч 10 находится под прямым напряжением, но он заперт по управлягсцгему электроду током смещения и цепью 11, включенной.между началом секции 5 пе.вичной обмотки и управляющим электролом дополнительного силового ключа. Если одновремен- но заперты оба основных силовых ключа 7 и 8, дроссепь отдает накопленную энергию.При этом на дросселе возникает напряжение такой полярности, что отпирается диод цепи 11, связывакхцей общую точку секций 4 и 5 первичной обмотки с электродом управления дополнительного силового ключа, и на укаэанном электроде появляется отпирающий сигнал. Ключ 10 переходит во включенное состояние, и дроссель проводит ток через секцию 4 первичной обмотки и кпюч 10.Поддержание в открытом состоянии ооновного сипового ключа 8 в течение половины периода работы двухтактного преобразователя означает, что независимо от продопжитепьности открытого состояния другого основного ключа 7, ток дросселя замыкается через секции 4 и 5 силовоготрансформатора в течение одинакового време 1ни. Этим обуспавпивается отсутствие потоков подмагничивания силового трансформатора 6.Если шунтировать резистором. Я 3-цепь,связываюгцую начапо секции 5 с управпяюшим эпектродом дополнительного силовогокпюча 10, в интервапе, когда открыт основной ключ 7, а сиповая цепь допопнитепьного кпюча находится под обратным напряжением (что искпючает отпирание допопнитепьного ключа) на его управляющий электрод задается отпирающий сигнал через шунтирующий резистор. В результате отпирается допопнитецьный ключ 10, который переходит. в открытое состояниепосле задираниякпюча 7.Если в качестве дополнительного кпючас вентипьнйм характером проводимости используют кпюч типа тиристора, вкпючаемыйкоротким сигнапом и запираемый при смененанравпения тока, протекакхцего через кпюч,узеп коммутации 11 выполняют в виде последоватепьной ЯС- цепи, связьгваккпей начало секции 5 с управляющим электродомдополнитепьного ключа 10. Йця нормальнойработы преобразоватепя напрюкения в этомспучае устройство управления 12, обеспечивающее регулирование дпитепьности замкнутого состояния ключа 7 и работу кпюча8 в замкнутом состоянии в течение полупериода работы, допжно обеспечивать также отпирание кшоча 8 непосредственно после запирання впоча 7, 612366При отпирании кпюча 8 допопнитепьныйхпюч 10 оказывается под прямым напряжением, но одновременно на управпяющий элеглрод допопнитепьного ключа через Щ- цепь,проходит запирающий сигнап. Это способсъвует повышению надежности сохранения запертого состояния допопнитепьным кпючом10,При запирании основного ключа 8 наМямле секции 5 первичной обмотки и в оточке соединения секций 4 и 5 возникаетпотенциап бопее высокий, чем потенциацвывода 1, что обусловлено появпением ЭОСсамоиндукции на обмотке 2 дросселя 3,Положительный скачок напряжения в начапе секции 5 первичной обмбтки передается на управляющий электр -:.":,.допопнитепьно-го ключа 10, вызывая его отпирание, и тогда ток обмотки дроссепя замыкается по контуру, образованному секцией 4 первичной 20обмотки трансформатора 6 и сиповой цепьюоткрывающегося допопнитепьного ключа 10типа тиристора.Замкнутое состояние допопнитепьного кпйча 10 может сохраняться долго, пока нерассеется энергия, накопления в дроссепе3 и ток его обмотки 2 не снизится до нуля. Но сигналом от устройства управпения12 отпирается основной силовой ключ 7,тогда дополнительный кпюч 10 оказываег- Ося под обратным напряжением. Это приводитк запиранию дополнительного кпюча, но токпродопжает протекать по секции 4 первичной обмотки, замыкаясь через источник питания, секцию 4 и силовую цепь основногоключа 7, перешедшего в замкнутое состояние. С момента отпирания кпюча 7 прекращается отдача энергии иэ дросселя и начинается процесс накопления энергии. Затем-энергией сигнала от бпока управления 12запирается основной ключ 7 и отпираетсяключ 8, С этого момента начинается новыйцикл работы.В цепь расширения диапазона регуниро 4:вания вводят второй допопнитепьный ключ,Регупируемый преобразоватепь напряженияс двумя допопнитепьными кпючами показанна фиг. 2.Начало второй секции 5 первичной обмотки трансформатора 6 подключено к выводу1 через второй дополнительный ключ 13, обладающий вентипьным характером провошммости. Уэеп .автоматической коммутации 11содержит дополнительные обмотки 14 и 15трансформатора 6, Выводы обмотки 14 подкпючены к средним точкам двух диодныхцепочек каждая из которых выполнена издвух последовательно и согласно вкпюченных диодов 16 и 17, 18 и 19. диоды 16и 17, принадпежащие различным цепочкам объединены в одной точке одноименными выводами (анодами), а эта точка связана с общей точкой секции 4 и 5 первичной об мотки трансформатора 6 через резистор 20 Свободные выводы диодных цепочек (катоды диодов.17 и 19) непосредственно сое динены с выходами узла коммутации 11.Вторая дополнительная обмотка 15 через резистор 21 вкпючена между средними точками двух конденсаторно-диодных цепочек, каждая иэ которых выполнена в виде поспедоватепьно соединенных конденсатора 22 и диода 23. Вторые выводы конденсаторов 22 и 24 объединены, а точка их соединений связана с выводами обмотки 2 дросселя 3 через диоды 24 и 26 подкпюченные к укаФзанной точке одноименными выводами (катодами), Свободные выводы конденсаторнодиодных цепей диоды 23 и 24 подкпючены непосредственно к выходам узла коммутацию 11.Управпянхцие эпектроды допопнитепьных ключей 10 и 13, непосредственно сординен ные с выходами узла коммутации 11, через резисторы 28 и 29 подкпючены к выводу 9, потенциал которого является запираквцим по отношению к управпякхцим эпектродам силовых ключей 10 и 13.Работает устройство спедуквцим образом.Бпок управпения 12 выпопнен по схеме, обеспечивающей отпирание синовых кпючэй 7 и 8 на регулируемую часть соответственно первого и второго попупериодов работы двухтактного преобразователя, причем так, что открытое. состояние кпючв 7 эакаичнва ется вместе с завершением первого поду- периода, а открытое состояние сипоеого ключа 8 - вместе с завераеиием второго полупериода. При замкнутом состоянии пзъбого из основных силовых юпочей (7 яии 8) в дроссепе 3 накапливается энергия ма- нитного попя и потенциап общей точки секция 4 и 5 первичной обмотки трансформатора 5. ниже потеыцяапа вьвода 1. Коэффяцкеат трансформация допопмятепьиой обмотки 14 выбирают таким,при котором напряжение н 41 этой обмотке, сложенное с напряжением в точке подключения резистора 20, напэ ко тенциапа вывода 1. Оводы 16-19 и 18-17 заперты, и через цепь,содержашую эпементы 14, 16, 17, 18, 19 и 20,не передаеФ- ся отпирающий сигнац на электроды управления юпопнитепьных силовых кпючей 10, 13, есин открыт хотя бы один из основных силовых кпючей(7 ипи 8).В соответствии с изпоженным принципоц построения бпока управпения 12 до окончания очередного цикла открывается основ ной сиповой кпюч 8,на концах всех обмо .ток трансформатора 6 имеется попожитеад.7ный потенциал. Током обмотки 15,замыкающимся по контуру: диод 25 конденсатор 22. резистор 21обмотка 15 - диод 27 - управпяющая цепь кпюча 10, конденсатор заряжается до напряжения, действующего на. обмотке 15, попярность напряжения на конденсаторе показана на фиг. 2. Цепь запирающего смешения (резистор28 вывод 9) создает на управляющем электр )Ороде сипового кпюча 10 небольшой отрицательный потенциап по отношению к выводу1, определяемый падением напряжения надиоде, шунтирующем цепь управпения допопнитепъного силового кпюча 10, Поэтому потенциап в точке соединения диода 27 и конденсатора 24 незначительно отличается отпотенциаиа вывода 1, и конденсатор 24 оказывается практически разряженным.В момент качала нового цикла, когда 1 фзапирается силовой кпюч 8, на обшей точкесекций 4 и 5 возникает потенциал бопеевысокий, чем на выводе 1, чтэ обусловленопоявлением ЗЙС самоиндукции на обмотке2 дросселя 3, Повьпиение потенциапа нааноде диода 26 вызывает его отпирание,и через этот диод начинает заряжаться конденсатор 24. При этом на электрод управпения дополнительного .силового ключа 10передается через конденсатор 24 и диод27 сигнап отпирания.Через конденсатор 22 и диод 23 сигналотпирания на управдяющий эпектрод допопнительного ключа 13 не передается, так какдиод 23 остается в запертом состояниичто обусловлено напряжением, до которогобып заряжен конденсатор 22,Таким образом, отпирается допопнитепьный сиповой кпюч 10, а дополнительный40силовой ключ 13 остается в запертом состоянии, Отпирание снпового клича 10 означает, что ток дроссепя замыкается черезсекции 4 первичной обмотки силового трансформатора 6, и на началах всех обмоток4трансформатора появляется положите пьноенапряжение.Напряжение на секции 4 первичноймотки трансформатора поддерживается засчет ЭИС самоинщкции на обмотке 2 дросселя 3. В течение времени открытэгэ состояния кпюча 10 дроссепь отдает часть накопленной энергии,Попожитеньный потенциап на начале обмотки 14 трансформатора обеспечиваетпередачу сигнапа отпирания на управляющийэпектрод силового ключа 10 через цепь:резистор 20 - диод 16 и обмотка 14 -диод 19, Этот сигнал поддерживается науправляющем эпектроде ключа 10, покана обмотке 2 дросселя 3 действует ЭПС самоиндукции, т. е. пока в дроссепе имеепся накоппенная энергия,Если ключ 10 обладает тиристорным принципом управления, т. е, способен переходить в открытое состояние под действием короткого импульсного сигнала, узед комму тации 11 может быть упрощен. Он может быть выполнен в вице цепи, содержащей элементы 15 и 21-27.Перемена полярности напряжения на обмотках трансформатора вызывает перезаряд конденсаторов 22 и 24, Теперь ток обмотки 15 вызывает разряд конденсатора 22 и заряд конденсатора 24.При отпирании основного силового кпюча 7 потенциал на конце секции 4 первичной обмотки трансформатора 6 снижается до нуля (до потенциала вывода 9), и допопнитепьный ключ 10 запирается. На обмотках трансформатора при этом остается напряжение прежней вепичины и полярности, но потенциал общей точки секций 4 и 5 первичной обмотки трансформатора становится меньше потенциапа вывода 1, В дроссепе начинается накопление энергии, продолжающееся пока открыт силовой кпюч 7.К моменту окончания первого такта работы (первого попупернода) конденсатор 22 оказывается разряженным, а кэнденсатэр 24- заряженным причем этрицательный потен, циап присутствует на обкладке конденсатора 24, соединенной с диодом 27.После запнрания основного ключа 7 процессы повторяются с той топько разницей, что в начале второго попупериода работы двухтактного преобразователя отпираевся второй дополнительный ключ 13, а в течение некоторого времени после нача па второго попупериода отпирается основной кщоч 8.формула изобретенияРегулируемый двухтактный преобразоватепь содержащий выходной трансформатор первичная обмотка которого имеет отвод от средней точки, раздепякяций ее на две секции и соединенный через фильтруюший дроссепь с первым входным выводом преобразоватепя, основные силовые ключи, соединяющие концы секций первичной обмотки со вторым входным выводом преобразователя, и по крайней мере один дополнительный силовой вентипьный кпюч, шунтирующие дрос- сель вместе с секцией первичной обмотки трансформатора, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью упрощения и повышения надежнэсти,эн снабжен связанным с эбмэтками выходного трансформатора узлом автоматичес 612366кой коммутации, к которому подключены управ ляюшие цепи дополнительных ключей.2. Преобразователь по и. 1, о т л ич а ю ш и й с я тем, что дополнительный вентильный ключ подсоединен. параллельно дросселю и одной из секции первичной обмотки вы .одного трансформатора, а узел автоматической коммутации выполнен в виде последовательной Д-Д -Д-Д цепочки, вклюьченной параллельно второй секции первич о ной обмотки выходного трансформатора, причем диоды этой цепи вкпючЕны согласно, а их общая точка соединена с управляющим электродом дополнительного ключа.3. Преобразователь по и. 1 о т п и ч а ю ш и й с я тем, что дополнительный ключ выполнен в виде тиристора,шунтирующего дроссель вместе с одной из секций первичной обмотки выходного трансформатора узел автоматической коммутации выполнен 20 в виде последовательной цепочки, щунтируквцей дроссепь вместе с другой секцией первичной обмотки выходного трансформатора, а точка соединения конденсатора и диода этой цепочки подключена к управапацему 2 электроду тиристора,4. Преобразователь по п. 1, о т п ич а ю ш и й с я тем, что он содержит два дополнительных ключа, имеющих общую точку, соединенную с одним из входных ЗО выводов и шунтирукяцих дроссель вместе с каждой из секций первичной обмотки выходного трансформатора, а узел автоматической коммутации подключен к двум дополнительным обмоткам трансформатора, концы одной из которых подключены к средниМточкам двух диодных цепочек, выполненныхв виде двух последовательно и согласновключенных диодов, обе цепочки объединеныв одной точке одноименными выводами диодов, указанная точка через резистор связвна с обшей точкой секций первичной обмоткитрансформатораа свободные выводы указан 1 ных двух диодных цепочек подключены непосредственно к выходам узла автоматичеокой коммутации, другая дополнительная оЬмотка через второй резистор включена мезду средними точками двух конденсаторнодиодных цепочек, вторые выводы конденсатаров этих цепочек объединены в одной точке,и эта точка связана с выводами обмоткидросселя через два диода, объединенныхв указанной точке одноименными выводами,а свободные выводы диодов упомянутыхконденсаторно-диодных цепочек подключены к выходам узла автоматической коммутации, причем параллельно управляихцимцепям дополнительных ключей встречновключены шунтируюшие диоды, а управляющие электроды дополнительных ключей соединены через резисторы с другим входнымвыводом преобразователя.612366 ф" г тавитель В, Мои едактор Е. Кравцо Э, Чужик Коррек Яма лова ССС пиал ППП Патент, г. Ужгород, ул, Проектная, 4 каз 3474/50 Тираж 892 ЦЯИИПИ Государственного комите по делам изобретений 113035, Москва, Ж 35, Подписное Совета Министров ткрытий ушская наб., д, 4