PL168015B1 - Przetwornica przeplywowa jednotaktowa z transformatorem i zabezpieczonymi przelacznikami elektronicznymi PL - Google Patents

Abstract

1. Przetwornica przeplywowa jednotaktowa z transformatorem i zabezpieczanymi przelacznikami ele- ktronicznymi, w której transformator ma uzwojenie pierwotne w glównym obwodzie przetwornicy, po stronie pierwotnej i co najmniej jedno uzwojenie wtórne w obwodzie wyjsciowym, przy czym uzwojenie pierwotne transformatora jest dolaczone do zródla napiecia we- jsciowego poprzez dwa przelaczniki elektroniczne dola- czone do ukladu zabezpieczajacego i poprzez dwie galezie z diodami spolaryzowanymi w kierunku zaporo- wym wzgledem napiecia wejsciowego, do co najmniej jednego uzwojenia wtórnego transformatora jest dola- czony obwód wyjsciowy z dioda prostownicza, dioda pracujaca bez obciazenia i dlawikiem, znamienna tym, ze uklad zabezpieczajacy (3) przelaczniki elektroniczne (41, 42) zawiera indukcyjnosc szeregowa dlawika (35) po stronie pierwotnej transformatora (5) i dwa obwody szeregowe, z których pierwszy sklada sie z kondensatora (33) i diody (34) i jest dolaczony równolegle do uzwojenia pierwotnego (51) transformatora (5), a drugi obwód szeregowy sklada sie z diody (32) i dlawika (31) i jest wlaczony pomiedzy wezlem laczacym diode (34) i ko- ndensatorem (33) pierwszego obwodu szeregowego a polaczona ze zródlem (1) napiecia wejsciowego (UE) koncówka przelacznika elektronicznego (42, 41) pola- czonego z kondensatorem (33) oraz diody (32, 34) obu obwodów szeregowych sa spolaryzowane zaporowo wzgledem stalego napiecia wejsciowego (UE). FIG 1 PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest przetwornica przepływowa jednotaktowa z transformatorem i zabezpieczanymi przełącznikami elektronicznymi, stosowana w modułach służących do zasilania elementów w układach przesyłania informacji lub do przemiany dużych mocy uzyskiwanych z napięcia zasilaczy sieciowych prostowników ładujących i innych urządzeń.

Znana przetwornica przepływowa tego rodzaju jest opisana na przykład w pracy Valvo, podanej w Serii Raportów, dotyczących przełączanych zasilaczy sieciowych, w rozdziale:

Własności i zasady działania, listopad 1976, strona 11. Ta przetwornica przepływowa może nie posiadać uzwojenia odmagnesowującego, ponieważ transformator jest odmagnesowywany przez uzwojenie pierwotne i diody ograniczające. Układ ten nie wymaga często zastosowania żadnego albo wymaga zastosowania tylko stosunkowo wysokoomowego obwodu zabezpieczającego dla tranzystora, dzięki czemu jego sprawność jest wysoka. Układ tego rodzaju, zawierający rezystory, kondensatory i diody może wprawdzie eliminować obciążenie tranzystora przełączającego, jednak przenosi on straty mocy z jednego elementu na inne.

Znane są także rozwiązania pokonujące problemy techniki przełączania przy pomocy przetwornic rezonansowych i quasirezonansowych, przy czym elementy przełączające są poddawane działaniu stosunkowo dużych prądów i napięć, ponieważ duża moc bierna jest przenoszona w sposób ciągły tam i z powrotem. Moc bierna może być rzędu wielkości mocy rzeczywistej lub nawet większa, w wyniku czego sprawność maleje.

168 015

Przy zastosowaniu wielkich częstotliwości przełączania można wykorzystywać elementy o s^^si^nkowo małych wymiarach. Jednak straty przełączania w elementach przełączających wzrastają wraz z częstotliwością. Prowadzi to do znacznego obciążenia elementów przełączających i niepożądanego wpływu na sprawność.

Znany jest z polskiego opisu patentowego nr 155 654 układ przetwornicy napięcia stałego, zawierający transformator z co najmniej dwoma uzwojeniami wtórnymi, tranzystor przełączający oraz układ sterujący z powszechnie stosowanym układem scalonym do sterowania zasilaczy impulsowych. Układ przetwornicy zawiera ogranicznik czasu trwania impulsów sterujących, który jest włączony pomiędzy wyjściem układu sterującego a bazą tranzystora przełączającego, przy czym wejście powolnego startu w układzie jest zablokowane poprzez połączenie z masą tego układu. Ogranicznik czasu trwania impulsów jest wykonany w postaci wzmacniacza wyposażonego w rezystancyjno-pojemnościowy człon opóźnienia czoła impulsów, który jest włączony na wyjściu pierwszego stopnia wzmocnienia tego wzmacniacza.

Znany jest z polskiego opisu patentowego nr 151 500 układ przetwornicy, posiadający pierwotny obwód z uzwojeniem pierwotnym transformatora i kluczującym tranzystorem, obwód wyjściowy z uzwojeniem obciążenia transformatora, diodą prostowniczą i kondensatorem wyjściowym oraz obwód bazy z połączonymi szeregowo dwoma rezystorami polaryzującymi, rezystorem bazowym i uzwojeniem bazowym, połączonym z bazą tranzystora kluczującego oraz posiadający kondensator między rezystorami polaryzującymi i rezystorem bazowym a ujemnym zaciskiem zasilania, z którym jest także połączony blok źródła napięcia proporcjonalnego do napięcia wyjściowego, połączony szeregowo z blokiem napięcia odniesienia, które ma charakter napięcia wzorcowego. Do wspólnego punktu połączonych szeregowo dwóch rezystorów polaryzujących jest dołączony kolektor drugiego tranzystora, którego emiter jest połączony z ujemnym zaciskiem napięcia zasilania.

Znanajest przetwornica przepływowajednotaktowa z transformatorem i zabezpieczanymi przełącznikami elektronicznymi, w której transformator ma uzwojenie pierwotne w głównym obwodzie przetwornicy, po stronie pierwotnej i co najmniej jedno uzwojenie wtórne w obwodzie wyjściowym. Uzwojenie pierwotne transformatora jest dołączone do źródła napięcia wejściowego poprzez dwa przełączniki elektroniczne dołączone do układu zabezpieczającego i poprzez dwie gałęzie z diodami spolaryzowanymi w kierunku zaporowym względem napięcia wejściowego. Do co najmniej jednego uzwojenia wtórnego transformatora jest dołączony obwód wyjściowy z diodą prostowniczą, diodą pracującą bez obciążenia i dławikiem.

W przetwornicy przepływowej jednotaktowej według wynalazku układ zabezpieczający przełączniki elektroniczne zawiera indukcyjność szeregową dławika po stronie pierwotnej transformatora i dwa obwody szeregowe, z których pierwszy składa się z kondensatora i diody i jest dołączony równolegle do uzwojenia pierwotnego transformatora, a drugi obwód szeregowy składa się z diody i dławika i jest włączony pomiędzy węzłem łączącym diodę i kondensatorem pierwszego obwodu szeregowego a połączoną ze źródłem napięcia wejściowego końcówką przełącznika elektronicznego połączonego z kondensatorem. Diody obu obwodów szeregowych są spolaryzowane zaporowo względem stałego napięcia wejściowego.

Korzystnym jest, że indukcyjność szeregowa dławika jest połączona szeregowo z uzwojeniem pierwotnym transformatora.

Korzystnym jest, że wejścia sterujące przełączników elektronicznych są połączone z co najmniej jednym układem regulacyjnym do dostarczania impulsów włączających przełączniki elektroniczne.

Korzystnym jest, że do wejść układu regulacyjnego jest dołączony regulator prądu i regulator napięcia.

Zaletą wynalazku jest zapewnienie jednotaktowej przetwornicy przepływowej w takim układzie, że do obu przełączników elektronicznych uzyskuje się możliwie bezstratne obciążenie przełączania, zarówno w procesie włączania jak i wyłączania. Przetwornica przepływowa pracuje bez znacznych strat sprawności, z zabezpieczeniem elementów w całym zakresie roboczym i ma możliwie dużą częstotliwość przełączania. Przy pomocy prostego układu zabezpieczającego uzyskuje się skuteczne zabezpieczenie przełączników elektronicznych, zarówno w procesie włączania jak i wyłączania. W przypadku, gdy nie występuje małe rozprasza4

168 015 nie, korzystne jest zastosowanie transformatora przy wykorzystaniu indukcyjności jako indukcyjności rozproszenia. Przy zastosowaniu transformatora ze stosunkowo małą liczbą warstw uzwojeń, można nawet całkowicie zrezygnować z uwarstwienia uzwojenia pierwotnego i wtórnego. Częstotliwość powtarzania impulsów włączających jest ustawiana korzystnie przy pomocy regulatora w zależności od co najmniej jednego parametru regulacji.

Częstotliwość robocza zmienia się tylko nieznacznie w szerokim zakresie obciążeń i jest przestawiana w sposób ciągły, bez zakłóceń i skoków także w ekstremalnych warunkach pracy. W całym zakresie roboczym zapewnione jest praktycznie jednakowo dobre zabezpieczenie przełącznika elektronicznego. Maksymalna częstotliwość robocza może być znacznie podwyższona w porównaniu z przetwornicą z modulacją szerokości impulsu o tej samej technice przełączania. Przy zmianie czasu włączania możliwe jest uwzględnienie wielkości zakłóceń dominujących w danym przypadku zastosowania, na przykład napięcia wejściowego przetwornicy przepływowej.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia jednotaktową przetwornicę przepływową z układem zabezpieczającym, fig. 2 - inny przykład wykonania części przetwornicy z fig. 1, fig. 3 - przebiegi impulsowe przetwornicy z fig. 1, fig. 4 - układ regulacyjny przetwornicy z fig. 1, fig. 5 przebiegi impulsowe dla układu z fig. 4, fig. 6 - drugi przykład wykonania układu regulacyjnego, fig. 7 - przebiegi impulsowe dla układu z fig. 6 i fig. 8 - trzeci przykład wykonania układu regulacyjnego.

Figura 1 przedstawia jednotaktową przetwornicę przepływową z dwoma tranzystorami polowymi pracującymi jako przełączniki elektroniczne 41 i 42. Napięcie wejściowe Ue podawane przez źródło 1 napięcia stałego jest doprowadzane do kondensatora 2, napięcie wyjściowe Ua1 występuje na kondensatorze 91. Do kondensatora 2, włączonego w głównym obwodzie po stronie pierwotnej, jest dołączony równolegle obwód szeregowy złożony ze złącza dren-źródło tranzystora polowego tworzącego przełącznik elektroniczny 42, uzwojenia pierwotnego 51 transformatora 5, dławika 35, złącza dren-źródło tranzystora polowego tworzącego przełącznik elektroniczny 41 i rezystora pomiarowego 100.

Uzwojenie pierwotne 51 transformatora 5 jest dołączone przez oba przełączniki elektroniczne 41, 42 do źródła 1 napięcia stałego. Określony kierunek przewodzenia otrzymuje się w wyniku połączenia końcówki uzwojenia pierwotnego 51, oznaczonej kropką z zaciskiem dodatnim źródła 1 napięcia stałego. Ponadto uzwojenie pierwotne 51 jest połączone w przeciwnym kierunku przewodzenia ze źródłem 1 napięcia stałego poprzez dwie gałęzie zawierające diody 43,44 spolaryzowane w kierunku zaporowym względem napięcia wejściowego Ue. Końcówka uzwojenia pierwotnego 51, oznaczona kropką, jest połączona poprzez diodę 43 z biegunem ujemnym źródła 1 napięcia stałego.

Pomiędzy uzwojeniem wtórnym 52 transformatora 5 i kondensatorem 91 jest włączona dioda prostownicza 61. W gałęzi poprzecznej za diodą prostowniczą 61 jest włączona dioda 71 pracująca bez obciążenia. W gałęzi podłużnej, pomiędzy diodą 71 i kondensatorem 91, jest włączony dławik 81. Na kondensatorze 91 występuje napięcie wyjściowe Ua1. W nie przedstawionym odbiorniku, zasilanym napięciem wyjściowym Ua1, przepływa prąd zasilania Ia.

Transformator 5 posiada także uzwojenie wtórne 53 połączone z następnym obwodem wyjściowym przetwornicy, dostarczającym napięcie wyjściowe Ua2. Ten obwód wyjściowy zawiera diodę prostowniczą 62, diodę 72 pracującą bez obciążenia, dławik 82 i kondensator 92 i jest zbudowany w taki sam sposób, jak obwód wyjściowy połączony z uzwojeniem wtórnym 52.

Elektrody sterujące tranzystorów polowych tworzących przełączniki elektroniczne 41 i 42 są połączone z wyjściami generatora wzbudzającego 11, który jest sterowany przez generator 19 sterowany napięciowo. Oba tranzystory polowe charakteryzują się tym samym typem przewodnictwa i są jednocześnie włączane i wyłączane impulsami wyzwalającymi o tej samej fazie.

Układ zabezpieczający 3 przełączniki elektroniczne 41, 42, skutecznie odciążający przy włączaniu i wyłączaniu, zawiera indukcyjność szeregową działającą po stronie pierwotnej transformatora 5 i dwa obwody szeregowe. Pierwszy obwód szeregowy składa się z kondensatora 33 i diody 34 i jest dołączony równolegle do uzwojenia pierwotnego 51 transformatora 5. Drugi

168 015 obwód szeregowy składa się z diody 32 i dławika 31 i jest włączony pomiędzy węzłem łączącym diodę 34 i kondensator 33 a drenem tranzystora polowego tworzącego przełącznik elektroniczny 42, połączonym z dodatnim biegunem źródła 1 napięcia stałego. Przełącznik elektroniczny 42 jest połączony także z kondensatorem 33. Diody 32, 34 obu obwodów szeregowych są spolaryzowane w kierunku zaporowym względem stałego napięcia wejściowego Ue.

Z rezystorem pomiarowym 100 jest połączony regulator 10 prądu, a z wyjściem przetwornicy-regulator 15 napięcia. Oba regulatory 10 i 15 są połączone poprzez diody 16 i 17 z wejściem generatora 19 sterowanego prądowo. Uzyskuje się regulację z odłączeniem w wyniku tego, że wejście sterujące generatora 19jest wzbudzane przez większe z napięć wyjściowych regulatorów 10 i 15. Generator 19 wytwarza ciąg impulsów Up, pokazanych na fig. 5, których częstotliwość powtarzania jest określona przez regulatory 10 i 15. Impulsy Up umożliwiają podanie przez generator wzbudzający 11 impulsu włączającego o danym czasie trwania do układu przełącznika elektronicznego.

Figura 2 przedstawia część jednotaktowej przetwornicy przepływowej z fig. 1 z układem zabezpieczającym 3. Różnica polega na tym, że w obwodzie szeregowym kondensator 33 i dioda 34 są wzajemnie zamienione miejscami, a drugi obwód szeregowy zawierający rezystor 31 i diodę 32 jest połączony ze źródłem przełącznika elektronicznego 41 zamiast z drenem przełącznika elektronicznego 42. Sposób działania jest taki sam, pominąwszy zamienione role obu przełączników elektronicznych 41 i 42.

W przetwornicy z fig. 1 i 2 oba przełączniki elektroniczne 41 i 42 są włączane i wyłączane równocześnie, to znaczy sterowane synchronicznie. W czasie trwania impulsu włączającego są one wysterowane w kierunku przewodzenia.

Figura 3 przedstawia przebiegi impulsowe podczas cyklu przełączania zachodzącego w przetwornicy.

W przedziale czasowym t1--2 straty przy włączaniu są praktycznie wyeliminowane przez indukcyjność zabezpieczającą!^ realizowaną przez dławik 35 i działającąpo stronie wejściowej obwodu głównego, ponieważ prąd i1 w obu przełącznikach elektronicznych 41 i 42 może wzrastać tylko z określoną szybkością narastania di/dt=U/L,35.

W tym przykładzie wykonania indukcyjność zabezpieczająca 1^35 jest zrealizowana przez dławik 35 jako podzespół dyskretny. W miejscu włączenia dławika 35 może wystąpić indukcyjność rozproszenia transformatora 5 wystarczająco duża do wymaganego odciążenia przy włączaniu przełączników elektronicznych 41, 42. Można także zastosować dławik o małej indukcyjności w połączeniu z odpowiednią mierzoną indukcyjnością rozproszenia.

Indukcyjność zabezpieczająca wynosi w przybliżeniu:

L3₅=Ue ·ΔΔ ΔΙ gdzie At jest czasem zwłoki tm blokowania diody 71 pracującej bez obciążenia i ΔΙ jest skokiem prądu w obu przełącznikach 41 i 42, występującym w przebiegu załączania.

W przedziale czasowym t2-t3 kondensator zabezpieczający 33, naładowany ujemnie w poprzednim cyklu w kierunku strzałki U33, zostaje naładowany odwrotnie przez diodę 32 i przewodzący przełącznik elektroniczny 42. Proces zmiany naładowania kończy się w czasie t3. Przebieg czasowy prądu i.31 i napięcia U33 na fig. 3 wykazuje, że dioda 32 zmniejsza ładowanie odwrotne kondensatora 33. W kolejnym przedziale czasowym t.3-t^4 nie występuje żadna zmiana stanu, poza narastaniem prądu magnesującego i_m w transformatorze 5. W kolejnym przedziale czasowym t4-t5 oba przełączniki elektroniczne 41 i 42 zostają zablokowane. Jak wynika z przebiegu prądu i33, pojemność C33 kondensatora 33 przejmuje całkowicie, poprzez diodę 34, prąd obciążenia wywołany przez indukcyjność zabezpieczającą L35. Przełączniki elektroniczne 41 i 42 są przez to pozbawione przepływu prądu i odciążone. Narastanie prądu jest określone przez równanie:

du/dt = il/C.33

Po osiągnięciu maksymalnego ujemnego napięcia na kondensatorze 33, które odpowiada napięciu wejściowemu Ue, energia nadmiarowajest oddawana z indukcyjności zabezpieczającej L 35 poprzez diody 43 i 44, działające jako diody ograniczające, do źródła 1 napięcia stałego na wejściu. Jak wynika z przebiegu prądu i1 i napięcia U41, straty przy wyłączaniu w elek6

168 015 tronicznych przełącznikach 41 i 42 zostają praktycznie wyeliminowane. Proces komutacji w diodach 6171 lub 62,72 jest całkowicie zakończony. Dioda 71 względnie dioda 72 przejmuje prąd wyjściowy. W kolejnym przedziale czasowym t5-t6 transformator 5 może być odmagnesowany przez diody 43, 44, dając napięcie wejściowe Ue, jak pokazuje przebieg czasowy prądu magnesującego i_m.

W końcu zaczyna się nowy cykl czasowy.

Z opisanego sposobu działania przetwornicy i układu zabezpieczającego 3 wynika, że zarówno proces włączania, jak i proces wyłączania, przełączników elektronicznych 41 i 42 przebiega praktycznie bez strat. Energia magnetyczna magazynowana w indukcyjności zabezpieczającej L35 w fazie załączaniajest dostarczana w fazie wyłączania bezstratnie do pojemności C33 kondensatora 33 względnie do źródła 1 napięcia wejściowego Ue. Ładunek elektryczny zmagazynowany w kondensatorze 33 w procesie wyłączania zostaje praktycznie całkowicie i bezstratnie rozładowany przez obwód rezonansowy. Prąd w przełączniku elektrycznym 42 w wyniku oscylacji jest nieco większy niż w przełączniku elektronicznym 41, posiada on także charakter indukcyjny i dodatkowe straty w przełączniku elektronicznym 42 są minimalne. W stanie zaporowym suma napięć U41 i U42 na tranzystorach 41 i 42 nie może być większa niż napięcie wejściowe Ue. W przeciwieństwie do przetwornic rezonansowych w tym przypadku tylko mała część mocyjest przenoszona tam i z powrotemjako moc bierna. Dzięki temu elementy nie są poddawane niekorzystnym wpływom.

Elementy układu zabezpieczającego 3 w powiązaniu z przetwornicą przepływową są dobrane tak, żeby uzyskać przedstawione działanie. Przykładowy dobór wartości elementów w przypadku, gdy na fig. 1 nie występuje drugi obwód wyjściowy, jest następujący: L35 - 20 gH, C33 - 1,8 nF, L31 - 56 μΗ, Lq - 980 gH, n - 1, Ue -40 V, Ua - 8,4 V, Ia - 0,5 A, L₈₎ - 660 gH, f - 300 kHz oraz γ -0,5, gdzie współczynnik impulsowania γ = tWEj/T, Lq oznacza indukcyjność poprzeczną, n oznacza przekładnię transformatora 5 i L₈1 oznacza indukcyjność dławika 81.

Przetwornica przepływowa z fig. 1 zawiera układ regulacyjny R1, przy pomocy którego jest zmieniana częstotliwość powtarzania impulsów włączających o stałym czasie trwania. W innym przypadku można zastosować modulację szerokości impulsu, zwłaszcza w połączeniu ze zmianą częstotliwości powtarzania impulsów. Przy wyłącznej modulacji szerokości impulsów może wystąpić w pewnych warunkach tak silne skrócenie czasu włączania, że określenie parametrów obwodu rezonansowego dla zmiany naładowania kondensatora 33, służącego jako kondensator zabezpieczający, napotyka na trudności, ponieważ zarówno częstotliwość rezonansowa jak i amplituda prądu musiałyby mieć bardzo duże wartości.

Można temu zapobiec dzięki zastosowaniu układu regulacyjnego względnie sterującego, który zmienia zarówno czas trwania, jak i częstotliwość powtarzania impulsów włączających. Układ regulacyjny z fig. 4 zawiera generator impulsowy 18 z włączonym przed nim generatorem 19 sterowanym napięciowo. Generator impulsowy 18 ma wejście połączone z wejściem przetwornicy, to znaczy z napięciem wejściowym Ue. Do drugiego wejścia generatora impulsowego 18 jest dołączony generator 19 sterowany napięciowo, dostarczający na wyjściu napięcie synchronizacji Ut o zmiennej częstotliwości. Generator impulsowy 18 dostarcza na wyjściu C ciąg impulsów Up, których częstotliwość powtarzania jest określona przez generator 19 sterowany napięciowo i których czas włączeniajest odwrotnie proporcjonalny do napięcia wejściowego.

Figura 5 przedstawia przebiegi impulsowe dla układu z fig. 4. Impulsy Up mają określony czas włączenia tE. Częstotliwość powtarzania jest określana przez generator 19 sterowany napięciowo zgodnie z punktem pracy regulatora 10 prądu lub regulatora 15 napięcia, przedstawionych na fig. 1, dzięki czemu odpada konieczność dalszego skrócenia impulsu. W granicznym przypadku maksymalna częstotliwość odpowiadająca minimalnemu okresowi T_mi_n (fig. 5) może być określona przez minimalny, możliwy do realizacji czas włączenia i wymagany współczynnik impulsowania, zgodnie z równaniem:

f=Yt m tE gdzie f jest częstotliwością powtarzania impulsów włączających, γ jest współczynnikiem impulsowania i tE jest czasem trwania impulsu włączającego.

168 015

W przypadku impulsu włączającego o czasie włączenia tE=0,5 gs i współczynniku impulsowania γ=0,5, otrzymuje się częstotliwość 1 MHz. Czas włączenia tE zależy od napięcia wejściowego Ue i jest odwrotnie proporcjonalny do napięcia wejściowego, zgodnie z równaniem:

tE

U_B /2/

Zmiana napięcia wejściowego Ue jest dominującą wielkością zakłócającą w przetwornicy przepływowej.

W przypadku idealnej przetwornicy bezstratnej ważne jest równanie:

Ua = Ue · γ - = Ue · tE · fη n /3/

Jeżeli po wprowadzeniu zależności /2/, iloczyn Ue · tE pozostaje stały, to przy zmianie napięcia wejściowego, częstotliwość nie musi być zmieniana, aby utrzymać stałe napięcie wyjściowe Ua. Sterowanie czasem włączenia tE w zależności od samego napięcia wejściowego jest sterowaniem łatwym do realizacji i dlatego również przy dużych częstotliwościach nie stwarza problemów typowych dla techniki przełączania. Oznacza to, że przetwornica z fig. 4 pracuje zasadniczo bez większych przesunięć częstotliwości.

Przebiegi impulsowe z fig. 5 przedstawiają podstawowe rodzaje zachowania przetwornicy w różnych stanach pracy: a) W fazie rozruchu, względnie przy małym napięciu wyjściowym, generator 19 sterowany napięciowo określa maksymalną częstotliwość, co odpowiada minimalnemu okresowi T_mjn impulsu synchronizacji Ut. b) Przy minimalnym napięciu wejściowym generator impulsowy 18 dostarcza impuls Up o maksymalnym czasie włączenia tEmax. c) Zwiększenie napięcia wejściowego powoduje skrócenie czasu włączenia do nowej wartości czasu włączenia tEx bez równoczesnej zmiany częstotliwości, d) i e) Oba wykresy przedstawiają zmniejszenie częstotliwości przy silnym odciążeniu lub przy przeciążeniu i niezmienionym napięciu wejściowym Ue, przy czym jest ustawiony dłuższy okres Ty przy tym samym czasie włączenia tEx.

Figura 6 przedstawia drugi przykład wykonania układu regulacyjnego z generatorem impulsowym 18 w przetwornicy z fig. 4. Do wejścia przetwornicy, to znaczy do napięcia wejściowego Ue jest dołączony obwód szeregowy składający się z rezystora 20 i kondensatora 22. Równolegle do kondensatora 22 jest dołączony sterowany przełącznik 21, który jest sterowany przez napięcie wyjściowe Ut generatora 19 sterowanego napięciowo. Komparator 23 ma wejście nieodwracające dołączone poprzez źródło 24 napięcia odniesienia do bieguna ujemnego wejścia przetwornicy i wejścia odwracające połączone z węzłem łączącym rezystancję 20 i kondensator 22. Do wyjścia komparatora 23 jest dołączony generator wzbudzający 11.

Figura 7 przedstawia wykresy impulsowe dla układu z fig. 6. Generator impulsowy 18 ma czas wejściowy zależny od napięcia. Generator 19 sterowany napięciowo dostarcza na wyjściu ciąg impulsów synchronizacji Ut. Napięcie Uc na kondensatorze 22 ma przebieg piłokształtny, przy czym narastanie zbocza impulsu jest proporcjonalne do napięcia wejściowego Ue. Na wyjściu komparatora 23 jest wytwarzane napięcie Uk, które składa się z ciągu impulsów prostokątnych. Zbocze narastające impulsu prostokątnego odpowiada włączeniu komparatora w czasie t1, a zbocze opadające odpowiada wyłączeniu komparatora w czasie t2. Czas trwania impulsu prostokątnego odpowiada czasowi włączenia tE przełącznika elektronicznego w obwodzie główym. Napięcie wyjściowe Uk komparatora 23 charakteryzuje się krótszym czasem włączenia tE przy wzroście napięcia wejściowego od napięcia wejściowego Ue do napięcia wejściowego Ue’.

Figura 8 przedstawia układ regulacyjny, który różni się od układu regulacyjnego R1 przetwornicy przepływowej z fig. 1 tym, że zamiast układu modulacji częstotliwości jest zastosowany dowód logiczny 12, do którego jest dołączony modulator 13 szerokości impulsu z

168 015 dołączonym generatorem synchronizującym 14. Dzięki czasom włączenia stałym lub mało zmiennym, uzyskanym w wyniku sterowania, w powyższych rozwiązaniach możliwe jest bezproblemowe określenie obwodu rezonansowego L31/C 33 dla wszystkich stanów pracy. Czas włączenia elektronicznego przełącznika 42 może być wykorzystywany optymalnie w procesie zmiany naładowania kondensatora. Działanie elementu zabezpieczającego można zaprojektować w wysokim stopniu niezależnie od innych funkcji przetwornicy.

168 015

168 015

FIGA

FIG8

FIG 5

». ii Γ^'Ίι_η_n_i

Ψ rnJiŁTTJ-LnLr ϊ n^dttz2jin>

η_π.

a b

c d

e

168 015

FIG 7

J'E

168 015

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 1,50 zł

Claims (4)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Przetwornica przepływowa jednotaktowa z transformatorem i zabezpieczanymi przełącznikami elektronicznymi, w której transformator ma uzwojenie pierwotne w głównym obwodzie przetwornicy, po stronie pierwotnej i co najmniej jedno uzwojenie wtórne w obwodzie wyjściowym, przy czym uzwojenie pierwotne transformatora jest dołączone do źródła napięcia wejściowego poprzez dwa przełączniki elektroniczne dołączone do układu zabezpieczającego i poprzez dwie gałęzie z diodami spolaryzowanymi w kierunku zaporowym względem napięcia wejściowego, do co najmniej jednego uzwojenia wtórnego transformatorajest dołączony obwód wyjściowy z diodą prostowniczą, diodą pracującą bez obciążenia i dławikiem, znamienna tym, że układ zabezpieczający (3) przełączniki elektroniczne (41,42) zawiera indukcyjność szeregową dławika (35) po stronie pierwotnej transformatora (5) i dwa obwody szeregowe, z których pierwszy składa się z kondensatora (33) i diody (34) i jest dołączony równolegle do uzwojenia pierwotnego (51) transformatora (5), a drugi obwód szeregowy składa się z diody (32) i dławika (31) i jest włączony pomiędzy węzłem łączącym diodę (34) i kondensatorem (33) pierwszego obwodu szeregowego a połączoną ze źródłem (1) napięcia wejściowego (Ue) końcówką przełącznika elektronicznego (42, 41) połączonego z kondensatorem (33) oraz diody (32, 34) obu obwodów szeregowych są spolaryzowane zaporowo względem stałego napięcia wejściowego (Ue).
2. 2. Przetwornica według zastrz. 1, znamienna tym, że indukcyjność szeregowa dławika (35) jest połączona szeregowo z uzwojeniem pierwotnym (51) transformatora (5).
3. 3. Przetwornica według zastrz. 1 albo 2, znamienna tym, że wejścia sterujące przełączników elektronicznych (41, 42) są połączone z co najmniej jednym układem regulacyjnym (R1, 19,11) do dostarczania impulsów włączających przełączniki elektroniczne (41,42).
4. 4. Przetwornica według zastrz. 3, znamienna tym, że do wejść układu regulacyjnego (R1) jest dołączony regulator (10) prądu i regulator (15) napięcia.