КОНВЕРТОР Российский патент 2003 года по МПК H02M3/08 H02M3/335 

Изобретение относится к области преобразования электрической энергии и может быть использовано в устройствах для преобразования постоянного напряжения.

Известен конвертор, в котором выходное напряжение формируется на накопительном конденсаторе путем коммутации силовым транзистором дросселя накачки, подключенного к входному и через первый диод - к выходному выводам конвертора, а для снижения коммутационных потерь силовой транзистор шунтирован DC цепочкой, для разряда конденсатора которой, служит цепь из последовательно соединенных второй обмотки дросселя накачки, диода и дросселя, подключенная к выходному выводу конвертора [А. с. СССР 1775815, МПК 5 Н 02 М 3/335].

Недостатком этого устройства при преобразовании входного напряжения, в 4-5 и более раз превышающего его выходное напряжение, является высокое напряжение U, формируемое второй обмоткой дросселя накачки и рассчитываемое по формуле:
U=(U2-U1)•N,
N=(0,5...0,7)•U2/U1,
U≈(0,5...0,7)•U2•U2/U1,
где U1 - напряжение на входном выводе конвертора,
U2 - напряжение на выходном выводе конвертора,
N - коэффициент трансформации второй обмотки дросселя накачки, т.е. в 2 и более раз превышающее выходное напряжение; при этом повышаются требования к прочности изоляции обмоток дросселя накачки и обратному напряжению указанного диода, усложняется конструкция дросселя накачки, что ограничивает область применения данного устройства.

Изобретение направлено на упрощение конструкции дросселя накачки и расширение области применения конвертора за счет снижения требований к прочности изоляции обмоток дросселя накачки и обратному напряжению используемых диодов путем схемной реализации дополнительного источника постоянного напряжения и изменения обмоточных данных дросселя накачки.

Сущность изобретения состоит в том, что в конверторе, содержащем первую обмотку дросселя накачки, подключенную одним выводом к входному выводу конвертора, а другим через силовой транзистор - к общему выводу конвертора, накопительный конденсатор, включенный между выходным и общим выводами конвертора, первый диод, подключенный к выходному выводу конвертора и через первую обмотку дросселя накачки - к входному выводу конвертора, последовательно соединенные второй диод и первый конденсатор, шунтирующие силовой транзистор, последовательно соединенные третий диод и вторая обмотка дросселя накачки, подключенные к общей точке соединения второго диода и первого конденсатора, и четвертый диод, отличающуюся тем, что вторая обмотка дросселя накачки подключена через второй конденсатор к общему выводу, пятый диод подключен одним выводом к точке соединения третьего диода и второй обмотки дросселя накачки, а другим - к выходному выводу конвертора, а силовой транзистор шунтирован четвертым диодом.

На чертеже представлена схема электрическая принципиальная конвертора.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения с получением указанного выше результата, заключаются в следующем. Конвертор содержит первую обмотку дросселя накачки 1, подключенную одним выводом к входному выводу конвертора 2, а другим - через силовой транзистор 3, шунтированный четвертым диодом 4, к общему выводу конвертора 5, накопительный конденсатор 6, включенный между выходным выводом конвертора 7 и общим выводом конвертора 5, первый диод 8, подключенный к выходному выводу конвертора 7 и через первую обмотку дросселя накачки 1 - к входному выводу конвертора 2, последовательно соединенные второй диод 9 и первый конденсатор 10, шунтирующие силовой транзистор 3, цепочку из последовательно соединенных третьего диода 11, второй обмотки дросселя накачки 12 и второго конденсатора 13, включенную между точкой соединения второго диода 9 и первого конденсатора 10 и общим выводом конвертора 5; пятый диод 14 подключен одним выводом к точке соединения третьего диода 11 и второй обмотки дросселя накачки 12, а другим - к выходному выводу конвертора 7.

Конвертор работает следующим образом. В открытом состоянии силового транзистора 3 происходит увеличение электромагнитной энергии, запасаемой в дросселе накачки 1. При закрытии силового транзистора 3 часть тока дросселя накачки 1 замыкается через второй диод 9 и первый конденсатор 10 на общий вывод конвертора 5, способствуя уменьшению коммутационных потерь в силовом транзисторе 3. При достижении напряжения на первом конденсаторе 10 уровня напряжения на накопительном конденсаторе 6 пробивается первый диод 8 и ток дросселя накачки 1 начинает протекать через первый диод 8, накопительный конденсатор 6 и общий вывод 5. При этом накопительный конденсатор 6 заряжается, компенсируя снижение напряжения на выходном выводе 7 ниже требуемого значения, а уровень электромагнитной энергии, запасенной в дросселе накачки 1, уменьшается. Ток, протекавший через второй диод 9 и первый конденсатор 10, в это время прекращается. ЭДС второй обмотки дросселя накачки 12 пробивает пятый диод 14 и формирует напряжение U3 дополнительного источника постоянного напряжения, реализованного на втором конденсаторе 13, которое рассчитывается по формуле:
U3=U2-(U2-U1)•N,
N≈0,7,
U3≈0,7•U1+0,3•U2,
В открытом состоянии силового транзистора 3 напряжение U4 в точке соединения третьего диода 11 и второй обмотки дросселя накачки 12, равное:
U4=U3-U1•N=U2•(1-N)≈0,3•U2,
обеспечивает резонансный разряд первого конденсатора 10 через третий диод 11, вторую обмотку дросселя накачки 12 и второй конденсатор 13 благодаря индуктивности рассеяния второй обмотки дросселя накачки 12, которая также ограничивает ток разряда первого конденсатора 10. Четвертый диод 4 при этом защищает силовой транзистор 3 от обратного напряжения. Таким образом, в отличие от прототипа, вторая обмотка дросселя накачки 12 является понижающей, а ее ЭДС не превышает значения:
U=(U2-U1)•N≈0,7•(U2-U1),
что в (U2/U1) раз меньше по сравнению с прототипом. В результате снижаются требования по прочности изоляции обмоток дросселя накачки 1 и 12 и обратному напряжению диода 11, что упрощает конструкцию дросселя накачки и способствует расширению области применения данного устройства.

Описанная схема конвертора испытана в составе преобразователя напряжения ВМИЖ. 435331.003.

Изобретение относится к преобразованию электрической энергии и может быть использовано в устройствах для преобразования постоянного напряжения (конверторах). Техническим результатом является упрощение конструкции дросселя накачки и расширение области применения конвертора за счет снижения требований к прочности изоляции обмоток дросселя накачки и обратному напряжению изолируемых диодов путем схемной реализации дополнительного источника постоянного напряжения и изменения обмоточных данных дросселя накачки. В конверторе вторая обмотка дросселя накачки подключена к общему выводу через второй конденсатор для поддержания постоянного напряжения и введен пятый диод, существенно уменьшено количество витков во вторичной обмотке дросселя накачки, индуктивность рассеяния которого используется для резонансного разряда первого конденсатора. 1 ил.

Конвертор, содержащий первую обмотку дросселя накачки, подключенную одним выводом к входному выводу конвертора, а другим через силовой транзистор - к общему выводу конвертора, накопительный конденсатор, включенный между выходным и общим выводами конвертора, первый диод, подключенный к выходному выводу конвертора и через первую обмотку дросселя накачки - к входному выводу конвертора, последовательно соединенные второй диод и первый конденсатор, шунтирующие силовой транзистор, последовательно соединенные третий диод и вторая обмотка дросселя накачки, подключенные к общей точке соединения второго диода и первого конденсатора, и четвертый диод, отличающийся тем, что вторая обмотка дросселя накачки подключена через второй конденсатор к общему выводу, пятый диод подключен одним выводом к точке соединения третьего диода и второй обмотки дросселя накачки, а другая - к выходному выводу конвертора, а силовой транзистор шунтирован четвертым диодом.