SU1163434A1 - Преобразователь посто нного напр жени - Google Patents

Abstract

1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий ключевой транзистор, диод, подключенный через ЬС-фильтр, начинающийс  с дроссел , к выходным выводам, и систему управлени , отличающийс  тем, что, с целью увеличени  КПД, повышени  надежности и улучшени  массогабаритных показателей, между выходом ключевого транзистора и дросселем LC-фильтра включен дополнительно введенный конденсатор, к общей точке соединени  ключевого транзистора и конденсатора подключен силовой электрод дополнительно введенного второго ключевого транзистора , второй силовой электрод которого подключен к точке соединени  дополнительно введенных второго диода, соединенного свободным выводом с общим выходным выводом , и второго фильтра, начинающегос  с дроссел , а выходы обоих фильтров соединены параллельно. (О о со Nj: оо 4

Description

2.Преобразователь по п. 1, отличающийс  тем, что последовательно в выходную цепь каждого ключевого транзистора включены один из дополнительно введенных дросселей .

3.Преобразователь по п. 2, отличающийс  тем, что дополнительные дроссели снабжены вторичными обмотками, кажда  из которых через дополнительно введенный диод подключена к выходному выводу.

4.Преобразователь по п. 2, отличающийс  тем, что последовательно в выходную цепь каждого ключевого транзистора включен дополнительно введенный вспомогательный диод.

5.Преобразователь по п. 2, отличающийс  тем, что. дополнительно введены вспомогательные диоды, каждый из которых подключен обратной пол рностью параллельно одному из ключевых транзисторов.

Изобретение относитс  к источникам электропитани  и элементам электролривода , в частности к преобразовател м посто нного напр жени .

Цель изобретени  - увеличение КПД, улучшение массогабаритных показателей и повышение надежности преобразовател .

На фиг. 1-4 приведены принципиальные электрические схемы примеров конкретного выполнени  преобразовател  и его модификаций; на фиг. 5 - эпюры напр жений, иллюстрирующие работу преобразовател  на фиг. 1.

Преобразователь посто нного напр жени  (фиг. 1) содержит ключевой транзистор 1, диод 2 и фильтр, начинаюшийс  с дроссел  3. Последовательно с ключевым транзистором 1 включен конденсатор 4. К точке соединени  ключевого транзистора 1 и конденсатора 4 подключен коллектор второго ключевого транзистора 5, эмиттер которого подключен к точке соединени  второго диода 6 и второго фильтра, начинающегос  с дроссел  7. Выходы обоих фильтров соединены параллельно - общий конденсатор 8. Система управлени  силовой частью преобразовател  содержит задающий генератор пр моугольных импульсов двойной частоты работы преобразовател , например мультивибратор , содержащий интегральную микросхему мультивибратора 9 с навесными элементами-конденсаторами 10 и 11 и резисторами 12 и 13, определ ющими длительности интервалов работы мультивибратора, к выходу мультивибратора подключен вход счетного триггера, дел щего частоту мультивибратора на 2 и симметрирующего длительности -нечетного и четного интервалов работы преобразовател  - выполнен, например, на интегральной микросхеме счетного триггера 14. К двум выходам счетного триггера подключены входы транзисторов 15 и 16 двухтактного ключевого усилител  мощности, содержащего трансформатор 17. К вторичным

обмоткам 18 и 19 трансформатора 17 подключены входы управлени  транзисторов 1 и 5 силовой части преобразовател . Дл  стабилизации выходного напр жени  преобразовател  при изменении входного напр жени  и тока нагрузки к выходу преобразовател  может быть подключена цепь обратной св зи , содержаща  стабилитрон 20 и усилительный транзистор 21, который через резистор

22 подключен к конденсатору одной из врем задающих цепей мультивибратора. Система управлени  питаетс  либо от входного напр жени  через резистор 23 и стабилитрон 24, Либо от другого источника стабилизированногс ) напр жени .

Преобразователь работает следующим образом .

При подаче входного напр жени  (фиг. 5а) на выходе мультивибратора по вл ютс  пр моугольные импульсы напр жени  двойной частоты (фиг. 56), на каждом из выходов счетного триггера - импульсы одинарной частоты (фиг. 5в, г). Аналогичные импульсы (фиг. 5в, г) имеют место на

выходах усилител  мощности, открыва  по базе транзистор 1 в интервале С, транзистор 5 - в интервале f z

При по влении открывающего сигнала на базе транзистора I проходит ток через транзистор 1 (фиг. 5д), конденсатор 4

(фиг. 5е), дроссель 3 (фиг. 5ж) и нагрузку (фиг. 5з) (показан установившийс  режим работь преобразовател , индуктивности дросселей 3 и 7 достаточно велики и токи через них в течение периода практически не мен ютс ). Этот ток зар жает конденсатор 4 и напр жение на нем возрастает от нул  практически до входного напр жени  преобразовател  (фиг. 5и). Если емкость конденсатора 4 достаточна мала, то его зар д заканчиваетс  раньще окончани  интервала tTj (момент t) и коллекторный ток транзистора I обрываетс  после окончани  зар да конденсатора 4 при сохранении отпирающего напр жени  на базе. Поскольку обрыв коллекторного тока транзистора 1 происходит практически при нулевом коллекторном напр жении транзистора (фиг. 5к), то потери мощности в нем в течение длительности фронта запирани  практически равны нулю. В интервале времени tg-tj ток дроссел  3 проходит через диод 2 (фиг. 5л) напр жение на конденсаторе 4 (фиг. 5и) равно сумме входного напр жени  и напр жени  на открытом диоде 2 (фиг. 5м), напр жение на транзисторе 1 (фиг. 5к) практически равно нулю.

В момент tj снимаетс  отпирающее напр жение с транзистора 1 и подаетс  на транзистор 5. При этом ток разр да конденсатора 4 (фиг. 5е) протекает через открытый транзистор 5 (фиг. 5н), дроссель 7 фиг. 5о) и нагрузку (фиг. 5з). Знак напр жени  на конденсаторе 4 в момент t показан на фиг. 1. Этот ток разр жает конденсатор 4 практически до нул  к моменту t4 и в этот момент коллекторный ток транзистора 5 обрываетс , так как конденсатор 4 полностью разр жаетс . Транзистор 1 заперт, начина  с момента tj, и ток через него не протекает. Поэтому с момента t ток дроссел  7 (фиг. 5о) переходит с транзистора 5 на диод 6 (фиг. 5п). Ток через транзистор 5 прекращаетс  практически при нулевом напр жении на нем, так как конденсатор практически полностью разр жен, и потери при запирании транзистора 5 практически равны нулю. Напр жение на транзисторе 5 показано на фиг. 5р, на диоде 6 - на фиг. 5с.

В момент is открываетс  транзистор 1 и процесс повтор етс .

Таким образом, в преобразователе (фиг. 1) отсутствуют потери мощности на фронтах при выключении ключевых транзисторов и св занные с этим низкий КПД,, увеличенные масса и габариты, пониженна  надежность. Однако в нем остаютс  потери мощности на фронтах при включении транзисторов 1 и 5 и запирании диодов 2 и 6. Эти потери пренебрежимо малы при использовании в качестве диодов 2 и 6 высокочастотных диодов, например, с тонкой базой или с эффектом Шоттки, однако при использовании щироко распространенных и дешевых среднечастотных диодов, например КД 213, эти потери мощности могут быть достаточно велики. Дл  исключени  этих потерь последовательно с ключевыми транзисторами 25 и 26 могут быть включены дроссели 27 и 28 (фиг. 2). Схема управлени  преобразователем на фиг. 3-4 не показана; она така  же, как и на фиг. 1. В этом преобразователе (фиг. 2) при открывании транзисторов 25 и 26 и запирании диодов 29 и 30 отсутствуют сквозные токи и происходит плавное нарастание тока через эти дроссели до величины коллекторного тока (в течение 1-3 мк-с). Энерги , накопленна  в этих дроссел х, вызывает зар д конденсатора 31 до напр жени , превышающего напр жение питани , в нечетных полупериодах и до обратного напр жени  в четных . Этот перезар д и уменьщение тока в дроссел х до нул  заканчиваютс  до окончани  полупериода, что обеспечиваетс  малой индуктивностью дросселей 27 и 28. Недостатком преобразовател  на фиг. 2  вл етс  то, что после уменьщени  тока в дросселе 27 (28) до нул  к транзистору 25 (26) прикладываетс  небольщое обратное напр жение. Поэтому преобразователь (фиг. 2) целесообразно использовать либо при малых токах, где обратное напр жение невелико (0,5-1 В), либо если вместо транзисторов 25 и 26 использованы тиристоры, которые не бо тс  обратного напр жени .

Дл  уменьщени  обратного напр жени  на транзисторах до 0,5-1 В при больщих токах в дроссели 32 и 33 (фиг. 3) введены вторичные обмотки 34 и 35, которые через введенные диоды 36 и 37 подключены к конденсатору фильтра 38. Отношение числа витков вторичной обмотки к первичной дросселей 32 и 33 выбрано таким образом, что при уменьшении тока первичной обмотки (коллекторного тока) происходит увеличение перезар да конденсатора 39 до 0,5-1 В по сравнению с преобразователем на фиг. I. Дальнейшее увеличение напр жени  на конденсаторе невозможно, так как при напр жении 0,5-1 В на первичных обмотках показанной на фиг. 3 пол рностью напр жени  на вторичных обмотках 34 и 35 превышают напр жение на конденсаторе 38, и энерги  дроссел  32 (33) через вторичную обмотку и диод переходит в конденсатор 38, дозар жа  его. Уменьшение энергии дроссел  32 (33) до нул  происходит до окончани  полупериода, что обеспечиваетс  малой индуктивностью дросселей 32 (33).

В высоковольтных преобразоват х (входное напр жение свыше 50 В) устранение обратного напр жени  на транзисторах может быть осуществлено включением диодов 40 и 41 последовательно с ключевыми транзисторами 42 и 43. Пр мое падение напр жени  на этих диодах (0,8-1,6 В) практически не снижает КПД преобразовател  при высоких входных напр жени х.

В низковольтных преобразовател х уменьшение обратного напр жени  на ключевых транзисторах до 0,7-1 В может быть осуществлено включением параллельно ключевым транзисторам дополнительно введенных диодов 44 и 45, обратной пол рностью (фиг. 2). Однако это допустимо только в достаточно низкочастотных преобразовател х (20-30 кГц), так как возможный колебательный характер уменьшени  тока в дросселе до нул  должен закончит;ьс  до конца полупериода. Обратные диоды параллельно ключевым транзисторам целесообразно включать также и в цреобразовател х (фиг. 1, 3 и 4) дл  исключени  попадани  обратного напр жени  на транзисторы при переходных режимах (включение, выключение, сброс и наброс нагрузки).

Поскольку в преобразовател х (фиг. 2- 4) коллекторные токи и токи силовых диодов имеют не пр моугольный, а колоколообразный характер, то резко уменьшаетс  уровень высокочастотных электромагнитных помех от преобразовател . Это позвол ет существенно уменьшить массу и габариты экранирующих конструкций и дополнительно уменьшить массу и габариты преобразовател .

Технические преимущества изобретени  в сравнении с базовым объектом заключаютс  в том, что предложенное устройство позвол ет существенно повысить КПД, уменьщить массу и габариты преобразовател .Вход -г ФигЛ Вшод

Claims (5)

1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ., содержащий ключевой транзистор, диод, подключенный через ЬС-фильтр, начинающийся с дросселя, к выходным выводам, и систему управления, отличающийся тем, что, с целью увеличения КПД, повышения надежности и улучшения массогабаритных показателей, между выходом ключевого транзистора и дросселем LC-фильтра включен дополнительно введенный конденсатор, к общей точке соединения ключевого транзистора и конденсатора подключен силовой электрод дополнительно введенного второго ключевого транзистора, второй силовой электрод которого подключен к точке соединения дополнитедьно введенных второго диода, соединенного свободным выводом с общим выходным выводом, и второго фильтра, начинающегося с дросселя, а выходы обоих фильтров соединены параллельно.

2. Преобразователь по π. 1, отличающийся тем, что последовательно в выходную цепь каждого ключевого транзистора включены один из дополнительно введенных дросселей.

3. Преобразователь по п. 2, отличающийся тем, что дополнительные дроссели снабжены вторичными обмотками, каждая из которых через дополнительно введенный диод подключена к выходному выводу.

4. Преобразователь по п. 2, отличающийся тем, что последовательно в выходную цепь каждого ключевого транзистора включен дополнительно введенный вспомогательный диод.

5. Преобразователь по п. 2, отличающийся тем, что. дополнительно введены вспомогательные диоды, каждый из которых подключен обратной полярностью параллельно одному из ключевых транзисторов.