КОММУТАТОР ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

КОММУТАТОР ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ


RU (11) 2095927 (13) C1

(51) 6 H02M3/155 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 20.11.2007 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 95102239/07 
(22) Дата подачи заявки: 1995.02.17 
(45) Опубликовано: 1997.11.10 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: Ромаш Э.М. и др. Высокочастотные транзисторные преобразователи. - М.: Радио и связь, 1988, с.60, рис.3.3а, с.160, рис.5.19а, с.162, рис.5.21. Моин В.С., Лаптев Н.Н. Стабилизированные транзисторные преобразователи. - М.: Энергия, 1972, с.346, рис.9-18г. 
(71) Заявитель(и): Щукин Андрей Васильевич 
(72) Автор(ы): Щукин Андрей Васильевич 
(73) Патентообладатель(и): Щукин Андрей Васильевич 

(54) КОММУТАТОР ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ 

Сущность: коммутатор для преобразователя постоянного напряжения, содержащий транзистор, обратный диод и нелинейный задерживающий дроссель, цепь коллектор-эмиттер транзистора, нелинейный задерживающий дроссель и первичная обмотка нелинейного коммутирующего трансформатора соединены последовательно, один вывод коммутирующего диода соединен с одноименным выводом обратного диода, второй вывод коммутирующего диода соединен с одним выводом вторичной обмотки коммутирующего трансформатора, другой вывод которой соединен со вторым выводом обратного диода, выводы обмоток нелинейного коммутирующего трансформатора подключены к остальным элементам устройства таким образом, что разрешенное направление тока через транзистор и первичную обмотку соответствует прямому направлению тока через коммутирующий диод и вторичную обмотку. 2 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к преобразовательной технике, в частности к преобразователям постоянного напряжения понижающего, повышающего и реверсивного типов.

Известен коммутатор для преобразователей постоянного напряжения понижающего, повышающего и реверсивного типов, содержащий транзистор и обратный диод [1]

Недостатками такого коммутатора являются низкие КПД и надежность, что связано с тем, что режим включения транзистора в таком коммутаторе не является оптимальным. Во-первых, из-за отсутствия в схеме элементов, ограничивающих скорость нарастания тока через транзистор, при включении транзистора ток коллектора оказывается слишком большим в то время, когда напряжение на коллекторном переходе не успело снизиться до достаточно малого значения. Мгновенная мощность на коллекторном переходе транзистора оказывается слишком большой, что увеличивает нагрев транзистора и повышает вероятность его отказа. Во-вторых, в момент времени, следующий за моментом включения, транзистор оказывается замкнутым на контур короткого замыкания, который в схеме преобразователя включает в себя источник питания, транзистор и еще незапертый обратный диод, в схеме преобразователя повышающего типа нагрузку (нагрузка, в частности, может представлять собой источник ЭДС), транзистор и еще незапертый обратный диод, в схеме преобразователя реверсивного типа источник питания, нагрузку (нагрузка, в частности, может представлять собой источник ЭДС или цепь короткого замыкания), транзистор и еще незапертый обратный диод. Этот фактор также снижает КПД и повышает вероятность отказа транзистора.

Известен также коммутатор, содержащий кроме транзистора и обратного диода нелинейный задерживающий дроссель, а также цепь рассеивания или рекуперации его реактивной мощности [2]

В таком коммутаторе скорость нарастания тока через транзистор при его включении ограничивается задерживающим дросселем, благодаря чему уменьшается мгновения мощность на коллекторном переходе в момент включения. Это, однако, не приводит к замкнутому повышению надежности коммутатора, т.к. от момента насыщения задерживающего дросселя до моменты запирания обратного диода через транзистор протекает ток короткого замыкания по цепи, включающей в себя в преобразователе понижающего типа источник питания, открытый транзистор, насыщенный задерживающий дроссель и еще незапертый обратный диод, в преобразователе повышающего типа нагрузку (возможно, представляющую собой источник ЭДС), открытый транзистор, насыщенный задерживающий дроссель и еще незапертый обратный диод, в преобразователе реверсивного типа источник питания, нагрузку (возможно, представляющую собой источник ЭДС или цепь короткого замыкания), открытый транзистор, насыщенный задерживающий дроссель и еще незапертый обратный диод.

Основной задачей изобретения является повышение надежности коммутатора путем исключения тока короткого замыкания через транзистор. Решение основной задачи изобретения достигается введением в схему коммутатора нелинейного коммутирующего трансформатора, коммутирующего диода и цепей рассеяния или рекуперации энергии, накопленной остаточными индуктивностями задерживающего дросселя и коммутирующего трансформатора.

На фиг.1а,б,в представлены схемы коммутатора, включенные в состав преобразователей постоянного напряжения соответственно понижающего, повышающего и реверсивного типов; на фиг.2 а,б,в,г,д,е,ж,и диаграммы, поясняющие принцип работы коммутатора.

Коммутатор 1 (см. фиг.1а, б, в) содержит транзистор 2, обратный диод 3, нелинейный задерживающий дроссель 4, нелинейный коммутирующий трансформатор 5, имеющий первичную 6 и вторичную 7 обмотки, коммутирующий диод 8, а также цепь рассеивания или рекуперации реактивной мощности остаточных индуктивностей задерживающего дросселя и коммутирующего трансформатора (на схемах не показана). Преобразователи постоянного напряжения понижающего (фиг.1а), повышающего (фиг. 1б) и реверсивного (фиг.1в) типов содержат также входные 9, 10 и выходные 11, 12 клеммы, линейный дроссель 13 и устройство управления 14.

Поясним принцип работы коммутатора в составе преобразователя постоянного напряжения понижающего типа (фиг.1а).

Импульсы управления (см.фиг.2а) транзистором 2 генерируются устройством управления 14. В интервалы времени t<t и t>t4 (см. фиг.2) транзистор 2 закрыт, ток нагрузки замыкается через линейный дроссель 13 и обратный диод 3.

Начиная с момента времени t1, когда в базу транзистора 2 подается импульс управления и направления и напряжение между базой и эмиттером Uбэ (см. фиг. 2а) становится положительным, напряжение между коллектором и эмиттером Uкэ (см. фиг.2б) быстро снижается до значения, близкого к нулю. В то же время ток нагрузки iн (см. фиг.2и) продолжает протекать через обратный диод 3 (ток iд на фиг.2е), и напряжение на нем близко к нулю. Ток намагничивая задерживающего дросселя 4, являющийся одновременно током коллектора iк транзистора 2, замыкается через первичную обмотку 6 коммутирующего трансформатора 5 и открытый обратный диод 3 встречно току нагрузки и трансформируется во вторичную обмотку 7. Ток вторичной обмотки 7 протекает через коммутирующий диод 8 и открытый обратный диод 3 встречно току нагрузки. Напряжение на вторичной 7, а, следовательно, и на первичной 6 обмотках коммутирующего трансформатора 5 при этом близко к нулю (напряжение Uк на фиг. 2г). Следовательно, после отпирания транзистора 2 напряжение источника питания Uвх целиком прикладывается к задерживающему дросселю 4 (напряжение U3 на фиг. 2в). Ток коллектора (он же ток намагничивания задерживающего дросселя 4) при этом нарастает линейно (см фиг.2ж). Через обратный диод 3 протекает ток

iд iн iк iкд

где iкд ток вторичной обмотки 7 коммутирующего трансформатора 5. Коэффициент трансформации коммутирующего трансформатора целесообразно выбрать меньшим 1. Диаграммы фиг.2 построены для случая, когда коэффициент трансформации равен 1/2. В момент времени t2, когда сумма токов iк и iкд сравнивается с iн, ток iд через обратный диод 3 прекращается. В тот же момент напряжение Uк на коммутирующем трансформаторе 5 становится отличным от нуля (см. фиг. 2г), а напряжение U3 на задерживающем дросселе 4 становится равным разности напряжений источника питания Uвх и Uк (см. фиг. 2в). В течение промежутка времени t2<t ток нагрузки iн, протекающий через линейный дроссель 13, складывается из токов коллектора транзистора iк и коммутирующего диода iкд, сходящихся в одном узле. Линейный дроссель 13 имеет очень большую индуктивность и является параметрическим источником тока несоизмеримо большей мощности, чем нелинейные задерживающий дроссель 4 и коммутирующий трансформатор 5, поэтому в некоторый момент времени t3 задерживающий дроссель 4 и коммутирующий трансформатор 5 насыщаются током линейного дросселя 13, их индуктивности уменьшаются практически до нуля, трансформация тока во вторичную обмотку 7 коммутирующего трансформатора 5 прекращается, и весь ток нагрузки iн замыкается через его первичную обмотку 6, задерживающий дроссель 4 и транзистор 2.

Таким образом, после отпирания транзистора благодаря наличию нелинейного коммутирующего трансформатора и коммутирующего диода до тех пор, пока обратный диод не заперт, через транзистор протекает лишь медленно нарастающий ток намагничивания нелинейного задерживающего дросселя, нелинейный задерживающий дроссель насыщается и транзистор принимает на себя ток нагрузки только после запирания обратного диода, чем исключается возможность протекания тока короткого замыкания через транзистор и незапертый обратный диод, следовательно достигается цель изобретения.

В момент времени t4 устройство управления 14 запирает транзистор 2, после чего энергия, накопленная остаточными индуктивностями задерживающего дросселя 4 и коммутирующего трансформатора 5, рассеивается или рекуперируется предназначенными для этого цепями, которые на схемах фиг.1а, б, в не показаны.

Подобным же образом коммутатор работает в схемах преобразователей постоянного напряжения повышающего (фиг.1б) и реверсивного (фиг.1в) типов. Следует лишь учесть, что в схеме преобразователя повышающего типа напряжения Uкэ на интервале времени t<t и U3 на интервале времени t1<t равны ЭДС нагрузки, а в схеме преобразователя реверсивного типа разности напряжения источника питания и ЭДС нагрузки. Следует также иметь в виду, что диаграммы токов нагрузки в этих схемах будут другими. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



Коммутатор для преобразователя постоянного напряжения, содержащий транзистор, обратный диод и нелинейный задерживающий дроссель, отличающийся тем, что в него введены нелинейный коммутирующий трансформатор, коммутирующий диод и цепи рассеяния или рекуперации энергии, накопленной остаточными индуктивностями задерживающего дросселя и коммутирующего трансформатора, причем цепь коллектор-эмиттер транзистора, нелинейный задерживающий дроссель и первичная обмотка нелинейного коммутирующего трансформатора соединены последовательно, один вывод коммутирующего диода соединен с одноименным выводом обратного диода, второй вывод коммутирующего диода соединен с одним выводом вторичной обмотки коммутирующего трансформатора, другой вывод которой соединен с вторым выводом обратного диода, выводы обмоток нелинейного коммутирующего трансформатора подключены к остальным элементам устройства таким образом, что разрешенное направление тока через транзистор и первичную обмотку соответствует прямому направлению тока через коммутирующий диод и вторичную обмотку.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал

Подборка патентов изобретений и технологий относящихся к ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ:
Гелиоэнергетика - Солнечные электростанции, Солнечные батареи. Солнечные коллекторы;
Ветроэнергетика - Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели;
Волновые электростанции. Гидроэлектростанции;
Термоэлектрические источники тока;
Химические источники тока;
Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ;
Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии;
Генераторы постоянного электрического тока. Электрические машины.



Устройства и способы получения, преобразования, передачи, экономии и сохранения электрической энергии




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+электрический -генератор".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "генератор" будут найдены слова "генераторы", "ренераторов" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("генератор!").


Солнечные электростанции. Гелиоэнергетика | Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели. Ветрогенераторы | Волновые, геотермальные и гидроэлектростанции | Термоэлектрические источники тока | Химические источники тока. Накопители электроэнергии. Батареи и аккумуляторы | Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи электрической энергии | Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии | Генераторы постоянного и переменного электрического тока. Электрические машины


Рейтинг@Mail.ru