SU1192065A1

SU1192065A1 - ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ, содержащий трансформатор, первичная обмдтка которого через управляемый ключ соединена с одним из входных выводов

Info

Publication number: SU1192065A1
Application number: SU843685308A
Authority: SU
Inventors: Anatolij G Polikarpov; Evgenij F Sergienko; Vladimir M Titkin
Original assignee: Mo Energeticheskij Institut
Priority date: 1984-01-04
Filing date: 1984-01-04
Publication date: 1985-11-15

Description

Изобретение относится к электротехнике, в .частности к преобразовате- : лям напряжения, позволяющим получить в нагрузке постоянное напряжение, гальванически отделенное трансформа- 5 тором от цепи источника входного напряжения. , ·

Цель изобретения - повышение КПД за счет уменьшения влияния потоков рассеяния, увеличение коэффициента 10 передачи, упрощение и уменьшение, потерь мощности.

На чертеже представлена электрическая схем.а преобразователя постоянного напряжения в достоянное. <5

Преобразователь ^содержит включенную между положительной 1 и отрицательной 2 шинами источника входного напряжения последовательную цепь, состоящую из первичной обмотки 3 20

дополнительного трансформатора 4, первичной обмотки 5 основного трансформатора 6 и регулирующего ключа 7, причем общая точка обмотки 3 и начало обмотки 5 соединены с началом 25 вторичной обмотки 8 трансформатора

4. Конец обмотки 8 подключен к общей точке соединения обмотки 5 и регулирующего ключа 7. Начало вторичной обмотки 9 и конец вторичной обмотки 10 трансформатора 6 объединены. К противоположным выводам обмоток 9 и 10 подключены анодами выпрямительные диоды 11 и 12 соответственно, а катоды диоДов 11 и 12 связаны между · собой и с одним из выводов дросселя фильтра 13, второй вывод которого через нагрузку 14, шунтированную конденсатором фильтра 15, подключен к общей точке соединения обмоток 9 и 10. Между началом и концом обмот• ки 5 трансформатора 6 включена последовательная цепь, состоящая из конденсатора 16 и блокирующего диода 17, шунтированного вспомогательным ключом 18, причем анод диода 17

связан с концом обмотки 5.

I ,

Преобразователь постоянного напряжения в постоянное при условии установившегося режима, непрерывное- 50 ти изменения магнитных потоков в сердечниках трансформаторов и дросселя фильтра и идеальности всех элементов работает следующим образом.

Регулирующий 7 и вспомогательный 55 18 ключи переключаются синхронно и противофазно так, что во включенном состоянии ключа 7 ключ 18 разом¹

кнут и наоборот. Полярность напряжения на конденсаторе 16 такова, что положительные заряды накапливаются на его обкладке, соединенной с катодом блокирующего диода 17. Поэтому во включенном состоянии регулирующего ключа 7 диод 17 оказывается под обратным смещением, равным сумме .напряжений на конденсаторе 16 и первичной обмотке 5 основного трансформатора 6. Это последнее, очевидно, равно напряжению на вторичной обмотке 8 дополнительного трансформатора

4. Полярность напряжения такова, что открыт выпрямительный-диод 12, подключенный к вторичной обмотке 10. трансформатора 6, а диод 11 закрыт., Таким образом, во включенном состоянии регулирующего ключа 7 энергия от входного источника напряжение через 'трансформаторы 4 и 6 и ЬС-фильтр 13 и 15 передается в нагрузку и увеличивается энергия в магнитном поле сердечников трансформаторов. После выключения регулирующего ключа 7 полярность напряжений на всех обмотках изменяется на противоположную. Это приводит к запиранию диода 12 и отпиранию диодов 11 и 17. При этом энергия, запасенная в магнитном поле сердечника трансформатора 4, передается в нагрузку через вторичную обмотку 8 трансформатора 4 и'трансформатор 6. Напряжение на обмотках трансформаторов определяется на этом этапе величиной напряжения на конденсаторе 16, пересчитанной через соответствующие коэффициенты трансформации. .

Постоянная составляющая тока намагничивания трансформатора 4, приведенная к вторичной обмотке 8, равна постоянной составляющей тока . дросселя фильтра 13, приведенной к первичной обмотке 5 трансформатора 6, т.е. сердечник трансформатора 6 перемагничивается по симметричному циклу, а через конденсатор 16 протекает ток, представляющий собой разность пульсаций токов намагничивания трансформаторов и тока дросселя фильтра, приведенных к соответствующим обмоткам. Этот ток имеет различную полярность на полуэтапах выключенного состояния регулирующего ключа 7. Поэтому блокирующий диод 17 шунтирован вспомогательным ключом 18. Следует отметить, что наличие вспомогательного ключа

1192065.

не является обязательным, если последовательная цепь, состоящая из бло· кирующего диода 17 и конденсатора 16, подключена к вторичной обмотке 9 трансформатора 6.

Напряжение на нагрузке преобразователя определяется средней за период работы Т величиной напряжения, действующего на входе ЬС -фильтра 13 и 15. Если обозначить через у от носительную (к периоду Т ) длительность проводящего состояния регулирующего ключа 7, (] ₅ напряжение на . обмотке 5 трансформатора 6, среднее напряжение на конденсаторе 16, Ц ~ коэффициент трансформации по обмоткам 9 и 10 трансформатора 6, то напряжение на нагрузке определяется равенством - И₅< п-у + О ,₆ п(1 .

Из равенства нулю вольтсекундного интеграла на обмотке 5 вытекает равенство 11₍₆= и₅ /((- у) . Для определения напряжения 11$ отметим, что во включенном состоянии ключа 7 оно равно напряжению на обмотке 8 допол- 25 нительного трансформатора 4. Если обозначить через η4 отношение числа витков обмотки 8 к числу витков обмотки 3 и учесть, что во включенном состоянии ключа 7 сумма напряжений . на обмотках 5 и 3 равна величине входного напряжения Е

ь₅ * /η₄μ Е , ет равенство 6,-=п₄//4-й₄) довательно, окончательное выражение . для выходного напряжения преобразовав теля можно записать в виде 11ц =

^{= 2 Е} Уп.Пч / (Ьпч)·. _ \

Пусть, например, (1_Н =5 В, Е =

г- 10

15

20

30

, то получим . откуда следу. Сле-.

= 150 В, у =0,5. Если преобразовательно т.е. 1_Е ~ 1/6 · При выполнении обмоне имеет дополнительного трансформатора, т.е4 обмотка 5 подключена непосредственно к положительному полюсу 1 источника, входного напряжения, то' выходное напряжение определяется 45 выражением 11 ц » £ Е _м у , из которого для принятых нами значений следует П =1/30. При таком существенном различии витков первичной и вторичной обмоток в трансформаторе имеются 50 значительные потоки рассеяния, которые могут достигать 10-15% от основного потока. Это приводит к значительному уменьшению коэффициента

ний. В преобразователе для выбранных значений необходимо выполнить уело- , вие П-гц/( <+ п₄) =1/30. Оно легко'

реализуется если η = п₄ =1/5. При этом существенно уменьшаются потоки рассеяния, что приводит к увеличению коэффициента передачи.

.Поскольку в предложенном преобразователе на вторичной обмотке 8 дополнительного трансформатора 4 и . на первичной обмотке 5 основного трансформатора 6 действует одно и то же напряжение, то две эти обмотки можно выполнить в виде одной, охватывающей одновременно магнитопроводы трансформаторов 4 и 6. При этом помимо упрощения, обусловленного устранением одной обмотки, достигается и увеличение коэффициента полезного действия. Последнее объясняется следующим.. При наличии обмоток 8 и 5 во включенном состоянии регулирующего ключа 7 в контуре, образованном этими обмотками, протекает ток Г , равный приведенному к обмотке 5 току дросселя фильтра 13. Если пренебречь пульсациями тока

дросселя, то

По обмотке

5 помимо этого также протекает ток 1_Е , потребляемый от источника входного напряжения Е и протекающий по первичной обмотке 3 дополнительного трансформатора. Величину Гр можно связать с током 1ц, воспользовавшись уравнением энергетическо. го баланса ,из

которого следует, что = 1_Η·η·η₄./ /(1+П4). Для выбранного нами примера 1_Е= ч/30, в то время как 1 = Iц /5,

ток 8 и 5 в виде одной обмотки, охватывающей магнитопроводы трансформаторов 4 и 6, ток в ней во включенном состоянии регулирующего ключа 7 совпадает с током . При этом исключается контур протекания тока И 1ц и, следовательно, уменьшаются потери мощности и увеличивается КПД. При преобразовании низкого напряжения в высокое первичная обмотка 3 дополнительного трансформатора 4 и первичная обмотка 5 трансформатора 6 включаются встречно. В этом случае 'в приведенных выше выражениях в знапередачи, уменьшению допустимой час- 55 Менатепе стоит· член (1-П₄). Выходная тоты переключения и к необходимости часть преобразователя (выпрямитель, принимать специальные меры по защите фильтр) может быть выполнена и иным, регулирующего ключа от перенапряже- чем показано на схеме, образом.

1192065

Claims

1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ, содержащий трансформатор, первичная обмдтка которого через управляемый ключ соединена с одним из входных выводов для подключения источника постоянного напряжения, а его вторичная обмотка через выпрямитель и фильтр соединена с выходными выводами для подклю-. чения нагрузки, причем параллельно первичной обмотке включена последовательная цепь из конденсатора и дополнительного ключевого элемента,зашунтированного диодом, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД за счет уменьшения .влияния потоков рассеяния и увеличения коэффициента передачи, в него введен дополнительный трансформатор, первичная обмотка которого соединена последовательно с первичной обмоткой основного трансформатора, а его рторичная обмотка включена параллельно первичной обмотке основного трансформатора, причем начало вторичной обмотки дополнительного трансформатора подключено к общей точке соединения первичных обмоток указанных трансформаторов, а свободный вывод первичной обмотки дополнительного трансформатора соединен с другим входным выводом.

2. Преобразователь по п.1, о т личающййся тем, что, с целью Упрощения и уменьшения потерь мощности, первичная обмотка основного трансформатора и вторичная обмотка дополнительного трансформатора выполнены в виде одной обмотки, охватывающей магнитопроводы основного и дополнительного трансформаторов.

,,, 1192065

>

1 1192065 2