SU612366A1 - Регулируемый двухтактный преобразователь - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к преобразоватегаь ной технике и может быть использовано в системах электропитани  дл  прео азовани  посто нного напр жени  в регулируемое пере менное ИНН посто нное напр жение. Изв естны регулируемые двухтактные преобразователи, содержащие выходной тран форматор, первична  обмотка которого имеет отвод от средней точки соединений через щэоссель с первым входным вьтодом преобразоватеи , а вторична  обмотка через выпр митель соединена с нагрузкой, шунтированной конденсатором, | ос овиь1есиповы& ключи, соедин ющие Концы первичной обмотки со вторым. входным вьгоодом прео разовател . Недостатком такого преобразоватен   вл ютс  повышенные потери в ключах и трансформаторах и большие габариты дроосел  и конденсатора, вследствие того, что в течение времени, при котором одиовременно открыты оба основных ключа, энерги потребл етс  от источника питани , но не передаетс  в нагрузку. Известен также преофазователь, в введены дополнительные силовые ключи с вентигшиым характером проводимости, шунтирующие щ)оссепь вместе с секцией первичной обмотки выходного трансформатора в течение времени, при котором оба основных ключа закрыты. Дл  коммутации основных к дополнительных ключей этого преобразовател  необходим блоц управлени  со сложным многоканальным выходом. Цель изобретени  - упростить преобразо ватепь и повысить его надежность. Это достигаетс  тем, что в предложенном преобразователе управл юща  цепь дополнительных ключей соединена Hi nocpeqciw венно с nepBbJM входным выводом преобразовател  и подключена к выходу узпа автоматической коммутации, соединенного с об мотками выходаого трансформатора. Схема узла автоматической ксж мутации может быть выполнена различной в зависимости от количества дополнительных кпочей и их вида.I

Принципиальна  схема предпоженного регулируемого преобрааоватеп  предотавлена на фиг. 1.

Первый входной вьгеод 1 преобразовател  через обмотку 2 ароссвпц 3 подключен к .общей точке секций 4 и 5 первичной обмотки выходного трансформатора 6. Коиец секции 4 и начало второй секции 5 через основные силовые ключи 7 и 8 подключены ко второму входному выводу 9 преобразовател . Конец первой секции 4 4ef рез допого1ительный силовой ключ Ю, измен ющий вентильный характер проводимое ти (такой ключ выполнен, например, в виде соединенных последовательно диода и коллекторно-эмиттерной цепи транзистора) подключен к первому вьдаоду 1. Управл ющий электрод дополнительного ключа 10 (база транзистора) соединен с выходом узла 11 автоматической коммутации, получающего энергию от преобразовател . Узел коммутации 11 выполнен в виде поопедовательвой K-D D- Я- цепи, включенной параллельно секции 5 первичной обмотки , причем диоды этой цепи включены согласно, а их обша  точка  вл етс  вььходом узла коммутации. Силовые ключи 7 и 8 коммутируютс  (т. е. отпираютс  и запираютс ) энергией сигналов управлени , вырабатьгоаемых блоком управлени  12. На вторичной стороне трансформатора включена нагрузка (или совокупность нагрузок).

Устройство управлени  выполнено по такой схеме, котора  обеспечивает открытое состо ние основного силового ключа 7 в течение регулируемой части первого полупериода и обеспечивает открытое состо ние второго основного ключа 8 во врем  второго полупериода работы двухтактного преобразовател . Во врем  открытого состо ни  любого из основных силовых ключей (7 или 8) в щроссепе фильтра накапливае1 с  энерги  и потенциал обшей точки секций 4 и 5 первичной обмотки ниже потенциала вывода 1 (ниже напр жени  источника литани  Е). Потенциал, общей точки секций определ етс  напр жением на нагрузке, приведенным к первичной обмотке.

Более низкий.чем на выводе 1 потенциал обшей то«оси сек1Шй 4 и 5 обуславливает отсутствие тока по цепи 11, св зывающей указанную точку с управл ющим электродов дополнитегаьного силового 1О, По&тому, когда открыт хот  бы о и из основных силовых ключей, на управл к щий эпектрод донолнительного ключа не поступает сигнапа отпирани . Когда замкну силовой ключ 7, дополни1 пьный силовой ключ не проврдиг ток в силу вентильного характера его проводимости. Когда замкнут

силовой ключ 8, дополнительный силовой ключ 10 находитс  под пр мым напр жением , но он заперт по управл ющему электроду током смешени  и цепью 11, включенной-между началом секции В пчрзичной обмотки и управл5пощим алектрппом дополнительного силового ключа. Если одновремен. но заперты оба ocHomibix силовых ключа 7 и 8, дроссель отдает накопленную энергию. При этом на дросселе возникает напр жение такой пол рности, что отпираетс  диод цепи И, св ;%1ваюшей обшую точку секций 4 и 5 первичной обмотки с электродом управлени  дополнительного силового ключа, и на указанном электроде по вл етс  отпирающий сигнал. Ключ 10 переходит во включенное состо ние, и дроссель проводит ток через секцию 4 первичной обмотки и ключ 10.

Поддержание в открытом состо нии ооновного силового ключа 8 в течение половины периода работы двухтактного преобразовател  означает, что независимо от продолжительности открытого состо ни  другого основного ключа 7, ток щюссел  замыкаетс  через секции 4 и 5 силового трансформатора в течение одинакового времени . Этим обуславливаетс  отсутствие потоков подмагничивани  силового трансформатора 6.

Если шунтировать резистором. ЦВ-цепь, св зывавошую начало секции 5 с управл к шим электродом дополнительного силового кпюча 1О, в интервале, когда открыт осно&ной ключ 7, а силова  цепь дополните еьного ключа находитс  под офатным напр жением (что искл1Очает отпирание допол нительного ключа) на его управл к ций электрод задаетс  отпирающий сигнал через щун- тирук ций резнете. В результате отпнраепс  дополнительный кпюч 1О, который лерб- ходит в открытое состо ние после запвранн  ключа 7.

Claims (4)

1. Если в качестве дополнительного ключа с вентиш ным характером проводимости используют ключ типа тиристора, вклкэчаемый коротким сигналом и запираемый при смене направлени  тока, протекающего через ключ, узел коммутации 11 выполн ют в виде последовательной КС- цепи, св зывающей начало секции 5 с управл квдим электродом дополнительного ключа 10. Дл  нормальной работы преобразовател  напр жени  в этом случае устройство управлени  12, обеспечивающее регулирование длительности замкнутого состо ни  ключа 7 и работу ключа 8 в замкнутом состо нии в течение полупериода работы, должно обеспечивать также отпирание ключа 8 непс)средственно пооле запиранн  ключа 7. При отпирании ключа 8 допопнитепьный Хпюч 1О окаэьюаетс  под пр мым напр жв нием, но одновременно на управл ющий sneK род допопнитепьного ключа через Цс - чепь прохопит запирающий сигнал. Это способст-i вует повьгшению надежности сохранени  запертого состо ни  дополнительным ключом 10. При запирании основного ключе. 8  а Нй-шле секции 5 первичной обмотки ив точке соединени  секций 4 и 5 возникает потенциал более высокий, чем потенциал вьгеода 1, что обусловлено по влением ЭДС самоиндукции на обмотке 2 дроссел  3. Положительный скачок напр жени  в начале секции 5 первичной обмбтки передаемс  на управл ющий эпектр - дополнительно- го ключа 1О, вызьгаа  его отпирание, и тор да ток обмотки дроссел  замьшаетс  по кой туру, образованному секцией 4 первичной обмотки трансформатора 6 и силовой цепью открывающегос  дополнительного ключа 10 типа тиристора. Замкнутое состо ние дополнительного кл ча 1О мсйкет сохран тьс  долго, пока не рассеетс  энерги , накоплени  в дросселе 3 и ток его обмотки 2 не снизитс  до нул . Но сигналом от устройства управлени  12 отпираетс  основной силовой ключ 7, тогда дополнительный ключ 1О оказьшаетСИ под обратньп напр жением. Это приводи к запиранию дополнительного ключа, но ток продолжает протекать по секции 4 первичной обмотки, замыка сь через источник питани , секцию 4 и силовую цепь основного ключа 7, перешедшего в замкнутое состо ние . С момента отпирани  ключа 7 прекращаетс  отдача энергии из гфоссел  и начинаетс  процесс накоплени  энергии. Затем -энергией сигнала от блока управлени  12 запираетс  основной ключ 7 и одгпираетс  ключ 8. С этого момента начинаетс  новый цикл работы. В цепь расширени  диапазона регулиро- 1вани  ввод т второй допопнитепьный кпюч. Регулируемый преобразователь напр женна с двум  допопнитепьными ключами показан на фиг. 2., Начало второй секшш 5 первичной об мотки трансформатора 6 подключено к выводу 1 через второй дополнительный ключ 13, обладающий вентильным характером проводимости . Узел автоматической коммутации 1 содержит дополнительные обмотки 14 и 15 трансформатора 6. Вьшоды обмотки 14 под ключены к средним точкам двух диодных цепочек кажда  из которых вьшопнена из двух последовательно и согласно включенных диодов 16 и 17, 18 и 19. Диоды 16 и 17, принадлежащие различным цепочкам объединены в одной точке одноименньП1 и ыводами (анодами) а эта точка св зана с общей точкой секции 4 и 5 первичной обмотки трансформатора 6 через резистор 20 вободные вьтоды диодных цепочек (катоды диодов 17 и 19) непосредственно соединены с выходами узла коммутации 11. Втора  дополнительна  обмотка 15 через резистор 21 включена между средними точками двух конденсатсфно-диодных цепочек, кажда  из которых выполнена в виде последовательно соединенных конденсатора 22 и диода 23. Вторые выводы конденсаторов 22 и 24 объединены, а точка их соединениА св зана с выводами обмотки 2 дроссел  3 через диоды 24 и 26 подключенные к указанной точке одноименными выводами (като дами). Свободные вьгооды конденсаторно- диодных цепей диоды 23 и 24 подключены непосредственно к выходам узла коммутации 11. Управл ющие электроды -дополнительных ключей 10 и 13, непосредственно соединен- ные с выходами узла коммутации 11, через резисторы 28 и 29 подключены к выводу 9, потенциал которого  вл етс  запирающим по отношению к управл ющим электродам силовых ключей 1О и 13. Работает устройство следующим образом, Блок управпвнв  12 выпотен по схеме, обеспечивающей отпиран е снповьлс кточвй 7 и 8 на регулируемую часть соответстввн но первого и второго полупериодов работы двухтактного преобразоватепв, причем тик, что открытое состо ние ключа 7 заканчивав етс  вместе с завершением первого попу- периода, а открытое состо ние сипового ключа 8 - вместе с завершением второго полупериода. При замкнутом состо нии любого из основных силовых ключей (7 и и 8i) в дросселе 3 накап иваетсв энерги  мап нитного пол  и потенциал о&цей точки секции 4 и 5 первичной обмотки трансформатора вгНиже потенциала вывода 1. Коэффициент трансформации допопнитепьнсЛ обмотки 14 выбирают таким при котором напр жение н« этой обмотке, сложенное с напр жением в точке подключени  редастс а 2О, ниже потенциала вывода 1. Диоды 16-19 и 18-17 заперты, и через цепь,соавржа111ую эпемевгы 14, 16, 17, 18, 19 и 20, не передаетЦс  отпирающий сигнал на алект оды управление Зюпопнительных силовых кпючев 1О, 13, есю открыт хот  бы один из основных силовых ключей(7 игаа 8). В соответствии с изложенным принципом построени  блока управление 12 до окончани  очередного цикла открываетс  основной снповой ключ 8, на концах всех обмо .ток трансформатора 6 имеетс  попож теи ный потенциал. Током обмотки 15,аамыка шимс  по контуру: диод25 конденсатор22. резистор 21 обмотка 15 диод 27 управшноша  цепь ключа 1О, конденсатор зар жаетс  до напр жени , действующего на. обмотке 15, под рность напр жени  на конденсатор© показана на фиг. 2. Цепь запирающего смещени  (резистор 28 Бьюод 9) создает на /правп юцем элек роде сииоБОГО кпюча Ю неботшшсй отрицательный потенциап по отношению к вьтоду 1, определ емый падением напр51жени  на диоде, шунтирующем цепь управлени  допоп нитеиьного силового кпюча 1О. Поэтому по тенциап в точке соединени  диода 27 и ко денсатора 24 незначительно отличаетс  от потенциала вьдаода 1, и конденсатор 24 oK зьгоаетс  практически разр женным. В момент начапа нового цикла, когда запираетс  силовой ключ 8, на общей точке секций 4 и 5 возникает потенциал, бопее высокий, чем на выводе 1, что обусповпено по влением ЭДС самоиндукции на обмотке 2 щэоссеп  3, Повышение потенциала на аноде диода 26 вызьгеает его отпирание, и через этот диод начинает зар жатьс  кон денсатор 24, При этом на электрод управлени  дополнительного силового ключа 1О передаетс  через конденсатор 24 и диод 27 сигнал отпирани . Через конденсатор 22 и диод 23 сигнал отпирани  на управшкииий электрод допоините ьного ключа 13 не передаетс , так ка диод 23 остаетс  в запертом состо нии, что обусловлено напр жением, до которого был зар жен конденсатор 22. Таким образом отпираетс  дополнительный силсвой кгаоч 10, а дополнительный силовой ключ 13 остаетс  в запертом состо нии . Отпирание силового ключа 10 озна чает, что ток дроссел  замыкаетс  через секции 4 первичной обмотки силового транс форматора 6, и на началах всех обмоток трансформатора по вл етс  положительное напр жение. Напр жение на секции 4 первичной мотки трансформатора поддерживаетс  за счет ЗДС самоиидукции на обмотке 2 дроссел  3. В течение времени открытого состо ни  ключа 10 дроссель отдает часть накопленной энергии. Положительный потенциал на начале обмотки 14 трансформатора обеспечивает передачу сигнала отпирани  на управл ющий электрод силового ключа 10 через цепь: резистор 2О - диод 16 и обмотка 14 - диод 19, Этот сигнал поддерживаетс  на управл к дем электроде ключа 10, пока на обмотке 2 дроссел  3 действует ЭДС самоиндукции, т. е. пока в дросселе имеетс  накопленна  энерги . Если ключ 10 обладает тиристорным принципом управлени , т. е. способен переходить в открытое cocTosniHe под действием короткого импульсного сигнала, узел комму, тации 11 может быть упрощен. Он может быть выполнен в виде цепи, содержащей элементы 15 и 21-27. Перемена пол рности напр жени  на обмотках трансформатора вызьгеает перезар д конденсаторов 22 и 24, Теперь ток обмотки 15 вызьгеает разр д конденсатора 22 и зар д конденсатора 24. При отпирании основного силового ключа 7 потенциал на конце секции 4 первичной обмотки трансформатора 6 снижаетс  до нул  (до потенциала вьтода 9), и дополнительный ключ 10 запираетс . На обмотках трансформатора при этом остаетс  напр жение прежней величины и пол5фности, но потенциал общей точки секций 4 и 5 первичной обмотки трансформатора становитс  меньще потенциала вьгоода 1. В дросселе начинаетс  накопление энергии, продолжак цеес  пока открыт силовой ключ 7, К моменту окончани  первого такта работы (первого полупериода) конденсатор 22 оказываетс  разр женным, а конденсатор 24 зар женным, причем отрицательный потен циал присутствует на обкладке конденсато ра 24, соединенной с диодом 27. После запирани  основного ключа 7 процессы повтор ютс  с той только разницей , что в начале второго полупериода работы двухтактного преобразовател  отпираете с  второй дополнительный ключ 13, а в течение некотороговремени после начала вто рого полупериода отпираетс  основной ключ 8.. Формула изобретени  Регулируемый двухтактный преобразователь , содержащий выходной трансформатор первична  обмотка которого имеет отвод от средней точки, раздел ющий ее на две секции и соединенный через фильтрующий дроссель с первым входным вьгоодом пре образовател , основные силовые ключи, сое« дин к цие концы секций первичной обмотки со вторым входным вьгеодом преобразовате- л , и по крайней мере один дополнительный силовой вентильный ключ, шунтирующие пробсель вместе с секцией первичной обмотки трансформатора. Отличающийс  тем, что, с целью упрощени  и повьпиени  надежности,од снабжен св занным с обмотками выходного трансформатора узлом автоматичео Kdfl коммутаиии,к которому подключены упра п юшие -цепи дополнительных кшочей.
2. 2.Преобразоватепь по п, 1, о т п ичаюшийс  тем, что дополнительный вентильный кгноч подсоединен: параппепьно дросселю и одной из секции первичной о&мотки выходного трансформатора, а узел автоматической коммутации вьтолиен в вид последовательной R-D DR цепочки, вкпи ченной параллельно второй секции первичной обмотки выходного трансформатора, причем диоды этой цепи включены согласно а их обща  точка соединена с управл ющим электродом дополнительного ключа.
3. 3.Преобразоватепь по п. 1, о т п ичающийс  тем, что допопнитепьный ключ выполнен в виде тиристора,шунтирующего дроссель вместе с одной из секций первичной обмотки выходного трансформато узел автоматической коммутации выполнен в виде последовательной ие1Гочки, шунтирующ дроссель вместе с другой секцией первичной обмотки выходного трансформатора, а точка соединени  конденсатора и диода этой цепочки подключена к управл ющему электроду тиристора 1
4. 4. Преобразоватепь по п. 1, отличающийс  тем, что он содержит .два дополнительных ключа, имеющих точку, соединенную с одним из входных вьгеодов и шунтирующих дроссель вь1есте С каждой из секций первичной обмотки выходного трансформатора, а узел автоматической коммутации подключен к двум допоп нительным обмоткам трансформатора, одной из которых подключены к средним точкам двух диодных цепочек, выполненных в виде двух последовательно и согласно включенных диодов, обе цепочки объединены в одной точке одноименными выводами диодов , указанна  точка через резистор св з на с общей точкой секций первичной обмотки трансформатора а свободные выводы указа ных двух диодных цепочек подключены непосредственно к выходам узла автоматической коммутации, щзуга  дополнительна  о мотка через вторсЛ резистор вкточена ду средними точками даух конденсаторнодиодных цепочек, вторые выводы конденсатбров этих цепочек объединены в одной точке, и эта точка св зана с вьшодами обмотки дроссел  через два циода, объединенных в указанной точк одноименными вьтодами, а свободные вьтоды диодов упом нутых конденсаторно-диодных цепочек подключены к выходам узла автоматической коммутации , причем параллельно управп юшим цеп м дополнительных ключей встречно включены шунтирующие диоды, а управл ющие электроды дополнительных ключей соединены через резисторы -с щ)угим входным выводом преобразовател . Htit