Перетворювач постійної напруги в постійну

Реферат: Перетворювач постійної напруги в постійну містить інверторні комірки, регулюючий транзистор, трансформатор з первинними й вторинними обмотками, рекупераційні і випрямні діоди, DLCфільтр, ємнісний дільник напруги, обмотка та ШІМ-контролер. UA 82735 U (12) UA 82735 U UA 82735 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до електротехніки і може бути використана в джерелах вторинного електроживлення пристроїв радіотехніки, автоматики й обчислювальної техніки. Відомий пристрій, що містить два однотактні перетворювачі, здвоєні на спільний вихідний діодно-індуктивно-ємнісний фільтр, кожен з яких складається з комутуючого транзистора, силового трансформатора з обмоткою, що розмагнічується, і діода рекуперації, причому входи перетворювачів підключені паралельно до джерела живлення (А.с. СРСР № 576647, МПК Н02М7/537, 15.06.76). Недоліком цього пристрою є складність конструкції, низька надійність і ККД, великі габарити і вага. Найбільш близьким за технічною суттю і результатом, що досягається, є перетворювач постійної напруги в постійну, що містить дві послідовно приєднані до вхідних виводів інверторні комірки, кожна з яких містить ключовий елемент, приєднаний до первинної обмотки вихідного трансформатора, вторинна обмотка якого через відповідний випрямляч приєднана до спільного LCD-фільтра, вихід якого приєднаний до вихідних виводів, причому точка приєднання ключового елементу з одним із виводів первинної обмотки відповідного вихідного трансформатора підключена до відповідного першого електрода діода рекуперації, паралельно вхідним виводам приєднаний ємнісний дільник напруги, середня точка якого з'єднана з іншими виводами первинних обмоток вихідних трансформаторів, а кожна з крайніх точок цього дільника підключена до відповідних других електродів діодів рекуперацій. (А.с. СРСР № 978293, МПК Н02М3/335, 17.01.80) Недоліком цього перетворювача є нижчий ККД через недовикористання частини періоду перетворення (паузи у відборі або в передачі потужності), також призводить до збільшення габаритних розмірів накопичувальних ємностей і значних струмів в активних елементах, комутатор має бути розрахований на напругу, що перевищує вхідну. В основу корисної моделі поставлена задача створення перетворювача постійної напруги в постійну з релейним способом керування, що дозволить підвищити ККД і надійність роботи, поліпшити масо габаритні показники. Перевагами однотактних перетворювачів напруги, побудованих за релейним способом керування, є те, що амплітудні й діючі значення струму при релейному способі керування менші, ніж при широко-імпульсної модуляції (ШІМ), оскільки в релейному режимі відношення тривалості імпульсу керування до періоду дотримання цих імпульсів постійне і прагне до 50 % періоду, отже, менше втрати в напівпровідникових приладах перетворювача, зменшуються розміри вхідних і вихідних фільтрів, при цьому втрати в магнітопроводі трансформатора при однакових розмірах і матеріалі менше, оскільки індукція в цьому випадку нижче. Збільшення частоти роботи перетворювача знижує масо габаритні параметри трансформаторів, дроселів і ємностей. Поставлена задача вирішується тим, що на відміну від відомого перетворювача постійної напруги в постійну, що містить дві послідовно приєднані до вхідних виводів інверторні комірки, кожна з яких містить регулюючий транзистор, трансформатор з первинними й вторинними обмотками, рекуперацію і випрямні діоди, спільний для обох комірок DLC-фільтр, вхід якого через випрямні діоди підключений до виводів вторинної обмотки трансформатора кожної комірки, причому точка приєднання регулюючого транзистора з одним із виводів первинної обмотки відповідного вихідного трансформатора підключена до відповідного першого електрода діода рекуперації, паралельно вхідним виводам приєднаний ємнісний дільник напруги, середня точка якого з'єднана з іншими виводами первинних обмоток трансформатора, а кожна з крайніх точок цього дільника підключена до відповідних других електродів рекупераційних діодів, згідно з корисною моделлю, в кожен трансформатор введена додаткова обмотка, причому один вивід додаткової обмотки трансформатора однієї комірки через синхронізуючий ланцюжок підключений до ШІМ-контролера іншої комірки, а другі виводи додаткових обмоток - до спільних виводів відповідного ШІМ-контролера. Пошук за джерелами науково-технічної і патентної інформації показав, що сукупність істотних ознак заявленого технічного рішення невідома. Таким чином, технічне рішення відповідає критерію новизни, тому що воно не виявлене в інших галузях техніки. За результатами проведеного пошуку у відомих рішеннях не було виявлено ознак, які дозволяють створити перетворювач постійної напруги в постійну з високим ККД, поліпшити надійність роботи перетворювача і його ваго габаритні показники На фіг. 1 приведена схема пристрою, на фіг. 2 - тимчасові діаграми його роботи при прямому увімкненні діода; на фіг. 3 - тимчасові діаграми його роботи при зворотному увімкненні діода. 1 UA 82735 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 У цьому перетворювачі напруги до джерела живлення підключені два послідовно з'єднаних однотактних перетворювача напруги. Перший перетворювач складається з комутуючого транзистора 1, вхідного конденсатора 2, силового трансформатора 3, рекупериційного діода 4 і однотактного випрямляча 5, що працює на спільний діодно-індуктивно-ємнісний фільтр 6-7-8, ШІМ-контролера 9, додаткової обмотки 10, ланцюжка синхронізації, що складається з випрямного діода 11, резистора навантаження 12, прохідної ємності 13, резистора 14, частозадавальної ємності 15, резистора 16. Другий перетворювач складається з комутуючого транзистора 17, вхідного конденсатора 18, силового трансформатора 19, діода рекуперації 20, однотактного випрямляча 21, що працює на спільний діодно-індуктивно-ємнісний фільтр 6-7-8, ШІМ-контролера 22, додаткової обмотки 23, ланцюжка синхронізації, що складається з випрямного діода 24, резистора навантаження 25, прохідної ємності 26, резистора 27, частозадавальної ємності 28, резистора 29. Завдяки додатковим обмоткам 10 і 23, що запускають ШІМ-контролери 9, 22 по черзі, також по черзі працюють транзистори 1, 17 і керуються імпульсами напруги, зсунутими на половину періоду комутації пристрою. Припустимо, що транзистор 1 відкритий, а транзистор 9 закритий. Контур протікання струму замикається по колу 2-1-3-2. При цьому до первинної обмотки трансформатора 3 прикладається напруга з вхідного конденсатора 2 рівна Uп. До закритого діода 4 прикладена зворотна напруга Uвх. При досягненні на виході перетворювача напруги, рівної заданій, ШІМконтролер 9 закриває транзистор 1, при цьому в колі додаткової обмотки 10 і ланцюжка синхронізації 24-29 виробляється короткий імпульс, що запускає через частозадавальну ємність 28 ШІМ-контролер 22, який відкриває транзистор 17. При закриванні транзистора 1 на первинній обмотці трансформатора 3 виникає ЕРС самоіндукції, під впливом якої відкривається діод 4 і енергія розсіювання трансформатора рекуперується на конденсатор 18. Процес закривання й відкривання транзистора 9 протікає аналогічно. Введення двох додаткових обмоток 10, 23 в трансформатори 3, 19 і підключення їх через випрямні діоди 11, 24 на входи синхронізації ШІМ-контролерів переводять роботу перетворювача в релейний режим. ШІМ-контролери виробляють імпульси, що керують, шириною, пропорційною потужності навантаження і завдяки введенню додаткових обмоток вимкнення ключа однієї комірки перетворювача викликає увімкнення ключа другої комірки, і навпаки. Релейний спосіб регулювання характеризується зміною відношення тривалості імпульсів до періоду в сукупності із зміною частот їх дотримання. При будь-якому із способів побудови релейного однотактного перетворювача напруги вузол керування визначає закінчення етапу передачі енергії в навантаження і вмикає комутуючий транзистор. Тривалість його увімкненого стану залежить від вихідної напруги: якщо вона менше за задану, тривалість імпульсу збільшується, і навпаки. Ще одна особливість релейного керування - підвищення частоти перетворювача із зменшенням струму навантаження. Досягнувши мінімальної тривалості імпульсу (частота максимальна), вихідна напруга може зрости відносно номінального рівня. Щоб уникнути цього явища вузол керування повинен забезпечувати пропуск імпульсів при зменшенні струму навантаження нижче певного значення. У перетворювачів з широко-імпульсною модуляцією частота дотримання імпульсів керування постійна. Вихідну напругу стабілізують зміною відношення тривалості імпульсів до періоду їх дотримання. Використання корисної моделі дозволить значно спростити схему керування перетворювачем, підвищити ККД і надійність роботи, знизити масогабаритні параметри. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 50 55 60 Перетворювач постійної напруги в постійну, що містить дві послідовно приєднані до вхідних виводів інверторні комірки, кожна з яких містить регулюючий транзистор, трансформатор з первинними й вторинними обмотками, рекуперацію і випрямні діоди, спільний для обох комірок DLC-фільтр, вхід якого через випрямні діоди підключений до виводів вторинної обмотки трансформатора кожної комірки, причому точка приєднання регулюючого транзистора з одним із виводів первинної обмотки відповідного вихідного трансформатора підключена до відповідного першого електрода діода рекуперації, паралельно вхідним виводам приєднаний ємнісний дільник напруги, середня точка якого з'єднана з іншими виводами первинних обмоток трансформатора, а кожна з крайніх точок цього дільника підключена до відповідних других електродів рекупераційних діодів, який відрізняється тим, що в кожен трансформатор введена додаткова обмотка, причому один вивід додаткової обмотки трансформатора однієї комірки 2 UA 82735 U через синхронізуючий ланцюжок підключений до ШІМ-контролера іншої комірки, а другі виводи додаткових обмоток - до спільних виводів відповідного ШІМ-контролера. 3 UA 82735 U Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4