RU19232U1 - Преобразователь постоянного напряжения в переменный асимметричный ток - Google Patents

Abstract

Преобразователь постоянного напряжения в переменный асимметричный ток, содержащий четыре силовых транзистора, причем коллектор первого транзистора подключен к первому входному выводу, а эмиттер подключен к началу обмотки дросселя и через второй транзистор соединен со вторым входным выводом, эмиттер третьего транзистора соединен со вторым выходным выводом и через четвертый транзистор соединен со вторым входным выводом, кроме того, содержащий вентильный мост из четырех диодов, диагональ постоянного тока которого подключена к входным выводам, а диагональ переменного тока - к эмиттеру третьего транзистора и к началу обмотки дросселя, конец которой соединен с первым выходным выводом, отличающийся тем, что в преобразователь введены дополнительные входные выводы, первый из которых подключен через дополнительный диод к коллектору третьего транзистора, а второй - ко второму входному выводу.

Description

Преобразователь постоянного напряжения в переменный асимметричный ток

Полезная модель относится к преобразовательной технике и может быть использована в источниках питания для проведения нестационарных электрохимических процессов (заряд аккумуляторов, электрокоагуляция, электродиализ и т.п.), а также в генераторах для формирования в нагрузке тока заданной асимметричной формы.

Известен преобразователь постоянного напряжения Свидетельство РФ №6956 на полезную модель. Преобразователь постоянного напряжения, МПК6Н02МЗ/335, Опубл. 16.06.98, Бюл.№6., содержащий трансформатор, вторичная обмотка которого через выпрямитель с емкостным фильтром подключена к выходным вьшодам, дроссель с двумя обмотками, начало первой из которых подключено к катоду первого диода, а конец первой обмотки дросселя через первый транзистор связан с концом первичной обмотки трансформатора, начало которой через второй транзистор подключено к входному вьшоду, два допо.пнительных диода, дополнительный транзистор начало второй обмотки дросселя соединено с катодом второго диода, анод которого соединяется с концом первичной обмотки трансформатора, а конец второй обмотки дросселя через третий транзистор связан с входным зажимом, при этом другой входной зажим через дополнительный диод соединен с началом первой обмотки дросселя, и через второй дополнительный диод с началом второй обмотки дросселя.

Недостатками преобразователя являются повышенные коммутационные потери в ключах, так как энергия, запасенная в дросселе при выключении всех ключей, не может быть рекуперирована в источник или нагрузку и должна бьггь рассеяна на дополнительных демпфирующих элементах. Кроме того, при формировании полуволны с меньшей амплитудой частота переключений ключа достаточно высока, что приводит к дополнительному увеличению коммутационных потерь.

Известен преобразователь постоянного напряжения Свидетельство РФ №10298 на полезную модель. Преобразователь постоянного напряжения, МПК6Н02МЗ/335, Опубл. 16.06.99, Бюл.№6., содержащий четыре силовых транзистора, дроссель с двумя обмотками, трансформатор, вторичная обмотка которого через мостовой вьшрямитель с емкостным фильтром подключена к выходным вьтодам, а первргчная обмотка подключена к эмиттерам первого и третьего транзисторов, первый входной вывод через переходы первого и второго диодов соединен с катодами четвертого и третьего диодов соответственно, аноды третьего и четвертого диодов через четвертый и второй транзисторы подключены ко второму входному вьшоду, также в преобразователь введен вентильный мост из четырех дополнительных диодов, диагональ постоянного тока которого подключена ко входным вьшодам, а диагональ переменного тока - к выводам первичной обмотки трансформатора, начало первой обмотки дросселя подключено к общей точке первого транзистора и первичной обмотки трансформатора, а конец - к общей точке третьего диода и четвертого транзистора, начало второй обмотки дросселя подключено к общей точке третьего транзистора и первичной обмотки трансформатора, а конец - к общей точке четвертого диода и второго транзистора, коллектор первого транзистора присоединен к общей точке первого и четвертого диодов, а коллектор третьего транзистора присоединен к общей точке второго и третьего диодов.

Недостаток этого преобразователя - высокие коммутационные потери в транзисторах вследствие повьппенной частоты коммутации ключей при формировании полуволны тока с меньщей амплитудой.

Известен преобразователь постоянного напряжения в переменное Алексанян А.А., Бальян Р.Х., Сивере М.А. и др. Мощные транзисторные устройства повьппенной частоты.-Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1989. - 176 с, рис.4.8,а, выбранный в качестве прототипа, содержащий четыре силовых транзистора, коллектор первого и третьего транзисторов подключены к первому входному вьшоду, а эмиттеры подключены к коллекторам второго и четвертого транзисторов соответственно, эмиттеры

которых соединены со вторым входным вьшодом, эмиттер первого транзистора соединен с началом обмотки дросселя, конец которой соединен с первым выходным вьшодом, а эмиттер третьего транзистора со вторым выходным выводом, вентильный мост из четырех диодов, диагональ постоянного тока которого подключена ко входным вьшодам, а диагональ переменного тока - к началу обмотки дросселя и второму выходному вьшоду.

Недостаток прототипа - увеличенные коммутационные потери в транзисторах при формированин полуволны тока с существенно меньшей амплитудой.

Задачей полезной модели является увеличение коэффрщиента полезного действия (КПД) путем снижения коммутационных потерь в ключах в процессе формирования асимметричной полуволны тока с существенно меньщей амплитудой.

Поставленная задача достигается тем, что в преобразователе постоянного напряжения в переме1шый асимметричный ток, содержащем четыре силовых транзистора, коллектор первого транзистора подключен к первому входному вьшоду, а эмиттер подключен к началу обмотки дросселя и через второй транзистор соединен со вторым входным выводом, эмиттер третьего транзистора соединен со вторым выходным выводом и через четвертый транзистор соединен со вторым входным вьшодом, вентильный мост из четьфех диодов, диагональ постоянного тока которого подключена ко входным вьшодам, а диагональ переменного тока к эмиттеру третьего транзистора и к началу обмотки дросселя, конец которой соединен с первым выходным вьшодом, согласно полезной модели, в него введены дополнительные входные вьшоды, первый из которых подключен через дополнительный диод к коллектору третьего транзистора, а второй ко второму входному вьшоду.

На фиг.1 приведена принципиальная схема преобразователя; на фиг.2 - временные диаграммы его работы, где /им- токи и напряжения соответствующих элементов.

Преобразователь содержит первый 1.1 и второй 1.2 входные вьшоды, первый 2.1 и второй 2.2 дополнительные входные выводы, дополнительный диод 3, первый 4, второй 5, третий 6 и четвертый 7 транзисторы, первый 8, второй 9, третий 10 и четвертый 11 диоды, дроссель 12, первый 13.1 и второй 13.2 выходные вьшоды. Входной вывод 1.1 соединен с коллектором транзистора 4 и катодами диодов 8 и 10. Эмиттер транзистора 4 и анод диода 8 подключены к началу обмотки дросселя 12, конец которой соединен с выходным вьшодом 13.1, а анод диода 10 соединен с выходным вьшодом 13.2. Входной дополните.1П.ный вьшод 2.1 через диод 3 подключен к коллектору транзистора 6, эмиттер которого соединен с выходным вьшодом 13.2, который в свою очередь соединен с коллектором транзистора 7 и катодом диода 11. Эмиттер транзистора 7 и анод диода 11, соединены с эмиттером транзистора 5, анодом диода 9, входным вьшодом 1.2 и входным дополнительным вьшодом 2.2. Коллектор транзистора 7 и катод диода 9 подключены к началу обмотки дросселя 12.

Предлагаемый преобразователь работает следующим образом. К выходным зажимам 13 подключается нагрузка, а ко входным выводам 1 и к дополнительным вьшодам 2 подключаются источники с различной величиной напряжения. В момент /о открьшаются транзисторы 4 и 7, и диагональ моста с последовательно соединенными дросселем 12 и нагрузкой подключается к зажимам 1.1 и 1.2, на которых присутствует входное напряжение. При этом начинает протекать ток, замыкающийся через транзисторы 4 и 7, обмотку дросселя 12 и нагрузку. Под действием приложенного напряжения ток в указанной цепи нарастает, и в магнитном поле дросселя 12 происходит накопление энергии, полярность напряжения на дросселе на фиг.1 обозначена без скобок. В момент времени ti транзистор 7 выключается, напряжение на дросселе меняет знак и приобретает полярность, указанную в скобках. Дроссель 12 начинает отдавать накопленную энергию, и ток дросселя замьпсается через открьггый транзистор 4, диод 10 и нагруз. В момент времени 2 вновь открьшается транзистор 7, и все процессы повторяются. На временном интервале /з - /4 все транзисторы вьшлючены, и ток дросселя спадает с большой скоростью.

замыкаясь в источник входиого напряжения (зажимы 1.1 и 1.2) через диоды 9 и 10, дроссель 12 и нагрузку, полярность напряжения на дросселе соответствует указанной в скобках. В момент времени /4 включаются транзисторы 5 и 6, и диагональ моста через дополнительный диод 3 подключается к дополнительным вьшодам 2.1 и 2.2, на дросселе 12 появляется напряжение полярностью, обозначенной в скобках, ток дросселя нарастает и энергия запасается в магнитном поле дросселя, при этом ток замьпсается через дополнительный диод 3, транзисторы 5 и 6, обмотку дросселя 12 и нагрузку. В момент времени /з транзистор 6 выключается, и дроссель начинает отдавать накопленную энергию в нагрузку, полярность напряжения указана без скобок. Ток дросселя 12 замыкается через транзистор 5, диод 11 и нагрузку. В момент времени /6 транзистор 6 вновь включается и процессы повторяются. На интервале 7 - 8 все транзисторы выключены, и ток дросселя, с большой скоростью спадает в источник напряжения, подключенный к зажимам 1.1 и 1.2, замыкаясь через нагрузку и диоды 8 и 11, полярность напряжения на дросселе указана без скобок. Моменты переключения транзисторов 6 и 7 определяются необходимой формой тока нагрузки и допустимой амплитудой пульсаций тока дросселя.

Введение дополнительных входных вьшодов для подключения дополнительного источника напряжения, величина которого меньше в число раз, пропорциональное асимметрии, позволяет снизить частоту коммутации, а, следовательно, коммутационные потери в ключах примерно на порядок и, тем самым, повысить КПД.

Практическая реализация полезной модели на мош,ность 2.5 кВт выполнена на следуюш;их элементах: транзисторные модули 2MBI75N-120 - 2 шт.; диоды HFA30PB120 - 2 шт.; дроссель - МО-пермаллой МП250, К44х28х10.3 - 8 шт., w 8 витков (3 дросселя последовательно).

5 iii-fUC4 X

Claims (1)

1. Преобразователь постоянного напряжения в переменный асимметричный ток, содержащий четыре силовых транзистора, причем коллектор первого транзистора подключен к первому входному выводу, а эмиттер подключен к началу обмотки дросселя и через второй транзистор соединен со вторым входным выводом, эмиттер третьего транзистора соединен со вторым выходным выводом и через четвертый транзистор соединен со вторым входным выводом, кроме того, содержащий вентильный мост из четырех диодов, диагональ постоянного тока которого подключена к входным выводам, а диагональ переменного тока - к эмиттеру третьего транзистора и к началу обмотки дросселя, конец которой соединен с первым выходным выводом, отличающийся тем, что в преобразователь введены дополнительные входные выводы, первый из которых подключен через дополнительный диод к коллектору третьего транзистора, а второй - ко второму входному выводу.