ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ


RU (11) 2007831 (13) C1

(51) 5 H02M7/538 

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

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

(21) Заявка: 4936518/07 
(22) Дата подачи заявки: 1991.05.15 
(45) Опубликовано: 1994.02.15 
(71) Заявитель(и): Центральный научно-исследовательский радиотехнически институт 
(72) Автор(ы): Стуковнин Н.И.; Хандогин В.И.; Якушкин А.Н. 
(73) Патентообладатель(и): Центральный научно-исследовательский радиотехнически институт 

(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ 

Использование: в источниках вторичного электропитания, выполненных на трансформаторе и переключающих транзисторах, включенных по мостовой или полумостовой схеме. Сущность изобретения: в преобразователе достигается повышение КПД и расширение области применения за счет введения в стойку трансформаторов тока, двух цепочек из последовательно включенных диодов, двух дополнительных транзисторных ключей и четырех диодов. Введенные элементы включены таким образом, что в статическом преобразователе реализуется эмиттерная коммутация и пропорционально - токовое управление силовыми транзисторами, работающими по схеме с общей базой. Траектории переключения силовых транзисторов не выходят за пределы безопасной работы и устраняются "сквозные" токи. Кроме того, вышеуказанный принцип функционирования одновременно позволяет использовать транзисторы с меньшим быстродействием. 1 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к источникам вторичного электропитания и может быть использовано для питания различных радиотехнических устройств.

Известны преобразователи постоянного напряжения, содержащие выполненный по двухтактной схеме ключевой усилитель на транзисторах и трансформатор [1] .

К недостаткам этих преобразователей относится: трудность формирования необходимой траектории переключения (в области безопасной работы) транзисторов при сравнительно высоких питающих напряжениях, сравнительно большие потери мощности, необходимость использования (при высоких питающих напряжениях) специальных транзисторов с высоким быстродействием и большим допустимым граничным напряжением между коллектором и эмиттером. Все это ограничивает КПД и надежность преобразователей, приводит к увеличению их стоимости, массы и габаритов.

Известны также преобразователи постоянного напряжения, содержащие выполненный по двухтактной схеме ключевой усилитель на транзисторах и управляющий каскад, выполненный по двухтактной схеме на управляющих транзисторах [2] .

В известных преобразователях возникают трудности с формированием необходимой траектории переключения транзисторов (в области безопасной работы) при сравнительно высоких питающих напряжениях. К транзисторам преобразователей предъявляются специальные требования по быстродействию и к допустимому граничному напряжению между коллектором и эмиттером, что приводит к повышению стоимости схемы. Кроме того, в известных преобразователях сравнительно велики потери мощности. Все это ограничивает КПД и надежность преобразователей, увеличивает их массу и габариты, ограничивает область их применения.

Наиболее близким к предложенному является преобразователь постоянного напряжения, содержащий выполненный по двухтактной схеме ключевой усилитель на транзисторах, трансформатор тока с первичной обмоткой, включенной в цепь выходных выводов, вторичными и дополнительными обмотками и управляющий каскад, выполненный по двухтактной схеме на управляющих транзисторах, входы которых являются управляющими входами, управляющий трансформатор, последовательные цепочки диодов и коммутирующие ключи, причем транзисторы двухтактного ключевого усилителя включены по схеме с общей базой, вторичные обмотки трансформатора тока зашунтированы последовательными цепочками диодов и включены параллельно базо-эмиттерным переходам транзисторов ключевого усилителя через коммутирующие ключи, входы которых соединены соответственно со второй и третьей обмоткой управляющего трансформатора, первичная обмотка которого подключена к выходу управляющего каскада, а четвертая обмотка управляющего трансформатора соединена с дополнительной обмоткой трансформатора тока [3] .

Недостатком известного преобразователя является возникновение "сквозных" токов, особенно при работе в режиме холостого хода, что приводит к снижению надежности работы преобразователя и повышению потерь мощности в транзисторах ключевого усилителя.

Целью изобретения является повышение надежности путем исключения "сквозных" токов при работе в режиме холостого хода.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователе постоянного напряжения, содержащем выполненный по двухтактной схеме ключевой усилитель на транзисторах, трансформатор тока с первичной обмоткой, включенной в цепь выходных выводов, вторичными и дополнительными обмотками и управляющий каскад, выполненный по двухтактной схеме на управляющих транзисторах, входы которых являются управляющими входами, управляющий трансформатор, последовательные цепочки диодов и коммутирующие ключи, причем транзисторы двухтактного ключевого усилителя включены по схеме с общей базой, вторичные обмотки трансформатора тока зашунтированы последовательными цепочками диодов и включены параллельно базо-эмиттерным переходам транзисторов ключевого усилителя через коммутирующие ключи, входы которых соединены соответственно со второй и третьей обмоткой управляющего трансформатора, первичная обмотка которого подключена к выходу управляющего каскада, а четвертая обмотка управляющего трансформатора соединена с дополнительной обмоткой трансформатора тока, выходные выводы ключевого усилителя подсоединены к первичной обмотке введенного выходного трансформатора, каждая из дополнительных обмоток которого через введенные диоды подсоединена к управляющему переходу соответствующего коммутирующего ключа.

На чертеже приведен предлагаемый преобразователь постоянного напряжения.

Преобразователь постоянного напряжения содержит выполненный по двухтактной (полумостовой) схеме ключевой усилитель на транзисторах 1 и 2, трансформатор тока 3 с первичной обмоткой 4, включенной в цепь выходных выводов 5 и 6, вторичными 7 и 8 и дополнительной 9 обмотками, и управляющий каскад, выполненный по двухтактной схеме на управляющих транзисторах 10 и 11, входы которых являются управляющими входами 12 и 13, управляющий трансформатор 14, последовательные цепочки диодов 15,16 и 17,18 и коммутирующие ключи 19 и 20. Причем транзисторы 1 и 2 двухтактного ключевого усилителя включены по схеме с общей базой, вторичные обмотки 7 и 8 трансформатора тока 3 зашунтированы последовательными цепочками диодов 15, 16 и 17, 18 и включены параллельно базо-эмиттерным переходам транзисторов 1 и 2 ключевого усилителя через коммутирующие ключи 19 и 20, входы которых соединены соответственно со второй 21 и третьей 22 обмоткой управляющего трансформатора 14, первичная обмотка 23 которого подключена к выходу управляющего каскада, а четвертая 24 обмотка управляющего трансформатора 14 соединена с дополнительной обмоткой 9 трансформатора тока 3. Выходные выводы 5 и 6 ключевого усилителя подсоединены к первичной обмотке 25 выходного трансформатора 26, каждая из дополнительных обмоток 27 и 28 которого через диоды 29 и 30 подсоединена к управляющему переходу соответствующего коммутирующего ключа 19 и 20. Вторая стойка полумостовой схемы ключевого усилителя образована конденсаторами 31 и 32. Диоды 33 и 34 являются рекуперационными.

Преобразователь постоянного напряжения работает следующим образом.

При подаче постоянного напряжения на цепи питания и переменного напряжения прямоугольной формы на управляющие входы 12 и 13 управляющих транзисторов 10 и 11 на первичной обмотке 23 управляющего трансформатора 14 формируется переменное напряжение, которое со второй 21 и третьей 22 обмоток поступает на управляющие переходы коммутирующих ключей 19 и 20, а с обмотки 24 на обмотку 9 трансформатора тока 3. Транзисторы 19 и 20 начинают попеременно открываться и закрываться. Например, при открывающем напряжении на коммутирующем транзисторе 19 через транзистор 1, обмотку 7 трансформатора тока 3, коммутирующий ключ 19, обмотку 4 трансформатора тока 3, выходные выводы 5,6 и первичную обмотку 25 трансформатора 26 начинает протекать ток. Далее в первый полупериод управляющего напряжения этот ток протекает через конденсатор 32. Ток в обмотке 7 трансформатора тока 3 больше тока в обмотке 4 на величину тока базы. При использовании биполярных транзисторов 1 и 2 с коэффициентом насыщения 1,5-2 соотношение токов в обмотках 7 и 4 будет 1,2: 1, при этом соотношение витков в обмотках 7 и 4 должно быть 1: 1,2. Т. е. трансформатор тока 3 имеет по коллекторным и базовым обмоткам коэффициент трансформации, близкий к 1, что позволяет обеспечить наилучшую магнитную связь для реализации блокинг-процесса (процесса-переключения). Протекание тока нагрузки на обмотке 4 трансформатора тока 3 обеспечивает надежный режим насыщения транзистора 1 через обмотку 7 и коммутирующий ключ 19.

При смене полярности управляющего напряжения на управляющих входах 12 и 13 во втором полупериоде коммутирующие ключи 19 и 20 переключаются: ключ 19 закрывается, а ключ 20 открывается. При этом эмиттерный ток транзистора 1 устремляется через коллекторно-базовый переход транзистора 1, обмотку 4 трансформатора тока 3 и нагрузку (первичную обмотку 25 трансформатора 26). При этом ток, наводимый в обмотке 7 трансформатора тока 3, закорачивается через диоды 15,16. На другой обмотке 8 трансформатора тока 3 фиксируется запирающее напряжение, равное прямому падению напряжения на диодах 15, 16, для транзистора 2, которое передается на базо-эмиттерный переход транзистора 2 через коммутирующий ключ 20. В течение времени рассасывания коллекторного перехода транзистора 1 транзистор 2 блокируется отрицательным напряжением на обмотке 8 трансформатора тока 3. После запирания транзистора 1 ток через обмотку 7 трансформатора тока 3 прекращается. Начинается циркуляция (рекуперация) реактивного тока нагрузки через диод 34. Транзистор 2 открывается по базо-эмиттерному переходу положительным потенциалом напряжения, передаваемым обмоткой 9 трансформатора тока 3 в обмотку 8. После запирания рекуперационного диода 34 начинается увеличение тока нагрузки и развитие блокинг-процесса, при котором транзистор 2 насыщается и поддерживается в этом состоянии током, протекающим через обмотку 4 трансформатора тока 3. Далее в элементах 2,8,17,18,20,31,33 происходят процессы, аналогичные тем, которые происходили в предыдущий полупериод в элементах 1,7,15,16,19,32,34. При смене полярности напряжения на управляющих входах 12 и 13 от периода к периоду управляющего напряжения все процессы повторяются и происходят аналогично.

Транзисторы 1 и 2 включены по схеме с общей базой, что повышает их быстродействие и надежность в динамических режимах (в режимах переключения). В преобразователе реализуется режим эмиттерной коммутации и пропорционально-токового управления транзисторами 1 и 2, что позволяет обеспечить необходимую траекторию переключения транзисторов, снизить потери мощности и повысить надежность преобразователя.

Дополнительные диоды 29 и 30 и дополнительные обмотки 27 и 28 трансформатора 26 служат для исключения режима "сквозного" тока. Происходит это следующим образом. Если, например, в предыдущий полупериод управляющего напряжения был открыт транзистор 1, а транзистор 2 был закрыт, то после смены полярности управляющего напряжения, поступающего на управляющие входы 12 и 13, коммутирующий ключ 19 закрывается и начинается процесс рассасывания коллекторного перехода транзистора 1, как описано выше. При этом, в соответствии с фазностью напряжений на обмотках 27 и 28 трансформатора 26 на обмотке 28 присутствует отпирающее напряжение для диода 30, через который шунтируется (блокируется) управляющий переход коммутирующего ключа 20 и он, как и транзистор 2, поддерживается в закрытом состоянии до тех пор, пока не закроется транзистор 1 и не изменится полярность напряжения на обмотках трансформатора 26, в данном случае на обмотке 28. На обмотке 28 появляется запирающее напряжение для диода 30 на всю оставшуюся часть периода. В другой полупериод управляющего напряжения происходят аналогичные процессы в обмотке 27 и диоде 29.

Таким образом, в преобразователе постоянного напряжения исключен режим "сквозного" тока, что повышает КПД и надежность преобразователя. (56) 1. В. Моин и др. Стабилизированные транзисторные преобразователи. М. , Энергия, 1972, с. 112, рис. 5-5 б, г.

2. Источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры/Под ред. г. Г. Найвельта, М. , "Радио и связь", 1985, с. 407, р. 10.4.

3. Авторское свидетельство СССР N 1821883, кл. H 02 M 7/538, 1990. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий выполненный по двухтактной схеме ключевой усилитель на транзисторах, трансформатор тока с первичной обмоткой, включенной в цепь выходных выводов, вторичными и дополнительными обмотками и управляющий каскад, выполненный по двухтактной схеме на управляющих транзисторах, входы которых являются управляющими входами, управляющий трансформатор, последовательные цепочки диодов и коммутирующие ключи, причем транзисторы двухтактного ключевого усилителя включены по схеме с общей базой, вторичные обмотки трансформатора тока зашунтированы последовательными цепочками диодов и включены параллельно базоэмиттерным переходам транзисторов ключевого усилителя через коммутирующие ключи, входы которых соединены соответственно с второй и третьей обмотками управляющего трансформатора, первичная обмотка которого подключена к выходу управляющего каскада, а четвертая обмотка управляющего трансформатора соединена с дополнительной обмоткой трансформатора тока, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности путем исключения сквозных токов при работе в режиме холостого хода, выходные выводы ключевого усилителя подсоединены к первичной обмотке введенного выходного трансформатора, каждая из дополнительных обмоток которого через введенные диоды подсоединена к управляющему переходу соответствующего коммутационного ключа.




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