Преобразователь напряжения постоянного тока

 

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА, содержащий коммутирующий транзистор, эмргттер которого соединен с nepBi-iM входным выводом, а коллектор через первичную обмотку трансформатора - с вторым входным выводом, вторичная обмотка трансформатора через вбзвратный диод соединена с входными выводами, а выходная обмотка через выпрямитель - с выходными выводами, соединенными с входом блока управления, выход которого подключен к базе коммутирующего транзистора , вывода соединены с соответствующими входами блока управления , и демпферную RC-цепь, первьи вывод которой соедг1нен с коллектором коммутирующего транзистора, отличающийся тем, что, с целью повышения КГЩ и надежности, в него введена цепочка из двух последовательно и согласно соединенных диодов, подключенная к входным выводам, при (О чем точка соеди1гения диодов подключе (Л на к второму выводу демпферной RC цепи . О) 00 со QD

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 G 05 Г 1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

К ABT0PCHOMV СВИДЕТЕЛЬСВ ВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

tlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3699967/24-07 (22) 14.02.84 (46) 23.07.85. Г>юл. ¹ 27 (72) В.П. Крылов, В.В. Долгов и.Л.Н. Сорокоумова (53) 62 1.316.722.1(088.8) (56) "Электроника", 198 I, № 12, с. 103, рис. За.

"Электроника", 1978, № 26, с.43-51 (54) (57) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ

ПОСТОЯННОГО ТОКА, содержащий коммутирующий транзистор, эмиттер которого соединен с первым входным выводом, а коллектор через первичную обмотку трансформатора — с вторым входным выводом, вторичная обмотка трансформатора через возвратный диод соединена с входными выводами, а выходная обмотка через выпрямитель — с выходными выводами, соединенными с входом блока управления, выход которого подключен к базе коммутирующего транзистора, входные выводы соединены с соответствующими входами блока управления, и демпферную RC-цепь, первый вывод которой соединен с. коллектором коммутирующего транзистора, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения КПД и надежности, в него введена цепочка из двух последовательно и согласно соединенных диодов, подключенная к входным выводам, причем точка соединения диодов подключена к второму выводу демпферной RC— цепи.

919

3 1168

Изобретение относится к электротехнике и может найти применение в импульсных преобразователях электрической энергии.

Цель изобретения - повышение КПД и надежности.

На фиг. 1 приведена принципиальная электрическая схема предлагаемого преобразователя напряжения; на . фиг.2 - блок-схема блока управления; 10 на фиг.3 — график изменения коллекторного наиряжения; на фиг.4 - график изменения коллекторного напряжения известного устройства, Преобразователь содержит транс- 15 форматор 1, первичная обмотка 2 которого включена между положительным выводом питания и коллектором коммутирующего.транзистора 3, эмиттером соединенного с отрицательным. выводом 20 питания, возвратный диод 4, соединенный анодом с отрицательным выводом питания, а катодом через вторичную обмотку 5 трансформатора 1 — с положительным выводом питания, демпфи" 25 рующую Яс-цепь 6, одним выводом подключенную к коллектору транзистора 3, а другим — к общей точке соединения диодов 7 и 8, каждый иэ которых соединен с одним иэ выводов питания, выходную обмотку 9 трансформатора 1, соединенную через выходной выпрямитель и фильтр 10 с выходными выводами и входом блока 11 управления, выход которого соединен с базой тран- 35 зистора 3 и входными выводами питания.

Блок 11 управления (фиг.2) содержит генератор 12 импульсов, управляющий работой транзистора 3, и узел 13 обратной связи, представляющий собой оптронную систему и служащий для поддержания постоянным напряжения на выходных клеммах за счет изменения скважности импульсов, выра. 45 батываемых генератором 12.

Устройство работает следующим образом.

В процессе преобразования напряжения на базу транзистора 3 из бло- 50 ка 11 управления периодически поступают управляющие импульсы, приводящие к его поочередному отпиранию и эапиранию. Прерывистый характер питания трансформатора 1, включенного 55 последовательно с транзистором 3, создает в пем переменное магнитное поле, обусловленное попеременным накоплением энергии во время открывания транзистора 3 и высвобождения ее в нагрузку, через выходную обмотку 9 трансформатора 1, выходной выпрямитель и фильтр 10, когда этот транзистор заперт. Однако не вся энергия, запасаемая за один цикл генерации напряжения в трансформаторе 1, является полезной. Часть ее, накопленная в индуктивности рассеяния, неизбежно присутствующей во всех реальных трансформаторах иэ-за конструктивного несовершенства, остается в контуре, образованном названной индуктивкостью и емкостью, слагающейся иэ паразиткой емкости обмоток трансформатора 1 и емкости коллектора транзистора 3. Сама по себе величина этой энергии может быть невелика, но вполне достаточна для того, чтобы обусловленные ею коммутационные выбросы превысили предельно допустимые значения для коллектора транзистора 3 и нарушили электрическую прочность трансформатора 1, резко снизив тем самым надежность устройства в целом. При включении транзистора 3 происходит полный разряд конденсатора цепи 6 через диод 8.

После выключения транзистора 3 напряжение на обмотках трансформатора 1 начнет резко уменьшаться, стараясь сменить знак, но пока этого не произойдет, цепь 6 обратного смещения на диоде 8 будет отключена,от коллектора транзистора 3 и не окажет влияния на характер переключения. При дальнейшем росте коллекторного напряжения в момент перехода через нуль напряжения .на обмотках трансформатора 1 подключится цепь 6 через диод 7, которая начнет тормозить скорость нарастания напряжения, забирая в себя избыточную энергию, тем самым будет сглажен выброс на фронте импульса переключения. Максимальная амплитуда коллекторного напряжения при этом не превысит значения, определяемого иэ соотношения между первичной и вторичной обмотками трансформатора 1. Как правило (а в данном случае это обязательное условие), указанное соотношение составляет 1;I с целью обеспечения максимального магнитного потокосцепления между обмотками 2 и 5. и (+-) 1лодУ лишаиия ф

4 ф

„ф ф

И has

Ю (— ) Бод пиманиЯ

3 1168

Таким образом, для наиболее критического случая, когда из-за неполной нагруженности преобразователя не вся накопленная энергия поступает на его выход, а оставшаяся ее часть возвращается (рекуперируется) обратно в источник через вторичную обмотку

5 и диод 4, напряжение на коллекторе транзистора 3 достигает удвоенного напряжения питания Ц . Очевидно, что 1б

n при этом конденсатор демпфера 6 заряжается до значения Uä. После того, как энергия в трансформаторе 1 полностью высвободится, напряжение на его обмотках начнет спадать и снова (за счет энергии паразитного контура) будет менять знак. При достижении коллекторным напряжением величины, равной напряжению заряда конденсатора демпфера 6 (т.е. Uä ), 2О последний, находившийся перед этим в отключенном состоянии, за счет обратного смещения на диоде 7 будет снова подключен к коллектору транзистора 3 через диод 8 и приведет к быст- 25 рому затуханию колебаний в контуре (фиг.З).

Введение любого демпферного устройства в колебательную систему, к которой относится и предлагаемый преобразователь, всегда связано с увеличением .потерь энергии. Эти потери при сравнительном анализе могут быть оценены через энергию конденсатора

9!9 4 демпфера, которую ок получает или отдает каждый раз при смене напряжения на трансформаторе преобразователя .С0

®с где С- емкость конденсатора, Lt- напряжение заряда»

Для предлагаемого устройства максимальные потери в демпфере будут соответствовать напряжению заряда конденсатора, равйамуЦд, s то время как для известного устройства, в котором демпфер не развязан, диодами, это напряжение будет равно 2 U (фиг.4). Следуя приведенной формуле, получим соотношение потерь в демпФере 1:4 в пользу предлагаемого устройства. Реальное же соотношение потерь будет еще больше, так как работая на полноценную нагрузку, предлагаемый преобразователь не будет создавать импульсов переключения максимальной амплитуды, и доля участия демпфера в общем цикле генерации напряжения будет существенно снижена (для известного же устройства режим нагружения преобразователя всегда находится в равном отношении с нагружением демпфера).

Таким образом, предлагаемое техническое решение является более эф" фективным по сравнению с известным> . имеет меньшие потери н более надежно.

1168919

Составитель В. Иосин

Редактор В. Данко Техред С.Йовжий Корректор A. 0<>ручар

Заказ 4613/41 Тираж 710 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Пр актii.. ÷, 4