ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ Российский патент 2005 года по МПК H02M1/16 G05F1/56 

Изобретение относится к преобразовательной и импульсной технике и предназначено для питания потребителей импульсной мощности с повышенным выходным напряжением, а также для питания, например, магнитных генераторов импульсов.

Известно большое многообразие преобразователей, но широко распространены однотактные преобразователи постоянного напряжения (ОПН), имеющие один ключевой элемент и обладающие простотой устройства и управления. Простой однотактный преобразователь напряжения содержит выходной трансформатор, первичная обмотка которого включена между шиной питания и коллектором, управляемого от узла управления транзистора, эммитер которого подключен к общей шине, а к вторичной обмотке подключена нагрузка,

Однако недостатками простого однотактного преобразователя являются значительные динамические потери в транзисторе, снижающие к.п.д., и низкая надежность, особенно при высоковольтном выходе.

Известны решения, позволяющие снизить эти недостатки [1, 2]. Однако эффективность таких преобразователей все-таки низка.

Наиболее эффективным из этого типа преобразователей, имеющий тоже один ключевой элемент, выбранный нами за прототип, является преобразователь, описанный в [3], содержащий шины питания с включенными в них диодами в прямом направлении, регулирующий транзистор с блоком управления в цепи базы, первый и второй конденсаторы, первыми выводами подключенные соответственно к диодам первой и второй шин питания, а вторые выводы первого и второго конденсаторов подключены соответственно к эмиттеру и коллектору регулирующего транзистора, выходной трансформатор, входная обмотка которого содержит две секции, каждая из которых соединена в последовательную цепочку с диодом, причем первая цепочка включена согласно (последовательно) между диодом первой шины питания и коллектором транзистора, а вторая последовательно между эмиттером и диодом второй шины питания. Данный преобразователь обладает значительными резервами повышения генерируемой частоты, поскольку из режима его работы следует, что при включении транзистора он отключается от шин питания, это позволяет уменьшить постоянную шин питания и соответственно повысить частоту преобразования.

Однако и в данном преобразователе не устранены коммутационные потери в транзисторе, связанные с режимом работы нагрузки, особенно при высоковольтном выводе, кроме того, узка область применения. Особенность работы преобразователя при высоковольтном выходе заключается в том, что после передачи энергии в нагрузку проиcходит накопление энергии в индуктивности рассеяния трансформатора, связанной с током (потоком) намагничивания, и эта энергия возвращается в цепь, обладающую меньшим сопротивлением или большим шунтирующим действием, т.е. в первичную цепь, а транзистор уже закрыт и цепи для протекания тока нет. На транзисторе возникает напряжение, которое пробивает его.

Основной задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является устранение указанных недостатков и расширение области применения этого преобразователя за счет повышения надежности преобразователя.

Технический результат, достигаемый заявляемым изобретением, является уменьшение коммутационных потерь в транзисторе при высоковольтном выходе и устранение всплесков напряжения на нем.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном преобразователе, содержащем шины питания с включенными в них диодами в прямом направлении, регулирующий транзистор с блоком управления в цепи базы, выходной трансформатор, входная обмотка которого содержит две секции, первый и второй конденсаторы, первыми выводами подключенные соответственно к началу первой секции обмотки и к концу второй секции обмотки, а вторые выводы первого и второго конденсаторов подключены соответственно к эмиттеру и коллектору регулирующего транзистора, согласно изобретению конец первой секции входной обмотки выходного трансформатора подключен к коллектору, а начало второй секции к эмиттеру регулирующего транзистора через согласно магнитосвязанные обмотки дополнительного введенного дросселя, а диоды шин питания подключены соответственно к точкам соединения секции входной обмотки с обмотками дросселя согласно с транзистором. Причем шины питания шунтированы дополнительным диодом.

Подключение конца первой секции входной обмотки выходного трансформатора к коллектору, а начало второй секции к эмиттеру регулирующего транзистора через согласно магнитосвязанные обмотки дополнительно введенного дросселя, величина индуктивности которого больше критической индуктивности для данной цепи, позволяет стабилизировать ток нагрузки в первичных цепях и обеспечить их одинаковость, реализация этого во вторичной цепи связана со сложностью выполнения дросселя на высокое напряжение. Такое решение является традиционным в преобразовательной техники и широко используется. Подключение диодов шин питания соответственно к точкам соединения секции входной обмотки с обмотками дополнительно введенного дросселя согласно с транзистором, причем шины питания шунтированы дополнительным диодом, позволяет реализовать преобразователь однотактный по входу в двухтактный по выходу с квазипостоянным током нагрузки. Реализация двухтактного режима работы преобразователя соответственно реализует положительные свойства, присущие двухтактным преобразователям, которые известны и описаны в упоминаемых выше работах. Кроме того, наличие конденсаторов в цепях протекания тока при его коммутации исключает возникновение всплесков напряжения на транзисторе, что повышает надежность преобразователя.

На фиг.1 приведена схема предложенного преобразователя. Преобразователь по фиг.1, содержит шины питания 1 (Е+/-) с включенными в них диодами 2, 3 в прямом направлении, регулирующий транзистор 4 с блоком управления 5 (БУ) в цепи базы, выходной трансформатор 6, входная обмотка которого содержит две секции 7 и 8, первый 9 и второй 10 конденсаторы, первыми выводами подключенные соответственно к началу первой секции 7 обмотки и к концу второй секции 8 обмотки, а вторые выводы первого и второго конденсаторов подключены соответственно к эмиттеру и коллектору регулирующего транзистора 4, причем конец первой 7 секции входной обмотки выходного трансформатора подключен к коллектору, а начало второй секции к эмиттеру регулирующего транзистора через согласно магнитосвязанные обмотки 11 и 12 дополнительно введенного дросселя 13, а диоды 2 и 3 шин питания подключены соответственно к точкам соединения секции входной обмотки с обмотками 11, 12 дополнительно введенного дросселя 13 согласно с транзистором 4, причем шины питания шунтированы дополнительным диодом 14.

Работа преобразователя по фиг.1 демонстрируется диаграммами напряжений на одном конденсаторе (а) и током (б) в обмотке дополнительно введенного дросселя 13, сигналов управления базы транзистора 4 (с), напряжения на нагрузке (д) по фиг.2. Работа поясняется в стационарном режиме при напряжении на конденсаторах U_c>E и токе в обмотках дросселя I_др. При поступлении сигнала от блока управления 5 на базу транзистора 4 транзистор 4 открывается, отключаются шины питания 1, как в устройстве прототипе, и током обмотки дросселя 13 осуществляется разряд конденсаторов 9 и 10 и передача энергии в нагрузку одной полярности, по окончании действия импульса управления на базу транзистора 4 транзистор 4 закрывается и ток дросселя 13 мгновенно через цепочку диодов 2, 14, 3 переключается на заряд конденсаторов 9 и 10 и передачу энергии в нагрузку другой полярности. При этом под действием Е шин 1 питания шунтирующий диод 14 закрывается и шины 1 питания подключаются к преобразователю, заряжая конденсаторы 9, 10 и накапливая ток в обмотках дополнительно введенного дросселя 13. Далее процесс повторяется. Из описанного следует и метод регулирования мощности нагрузки - изменение скважности управляющих импульсов базы транзистора, т.е. обычным способом.

Предложенный преобразователь обладает свойствами, уменьшающие всплески напряжения на транзисторе, что позволяет расширить область его применения посредством его применения в преобразователях с высоким выходным напряжением.

Источники информации

1. Ромаш Э.М., Драбович Ю.И., Юрченко Н.Н., Шевченко П.Н. Высокочастотные транзисторные преобразователи. - М.: Радио и связь, 1988, - 288 с.

2. Бас А.А., Миловзоров В.П., Мусолин А.К. Источники вторичного электропитания с бестрансформаторным входом. - М.: Радио и связь, 1987, - 160 с., с.34-45.

3. Авт.свид. SU № 1107227, Н 02 М 1/00 // G 05 F 1/56 от 07.01.83. Бюл. № 29.

Изобретение относится к преобразовательной и импульсной технике для питания потребителей импульсной мощности. Технический результат заключается в уменьшении коммутационных потерь. Преобразователь постоянной энергии в импульсную содержит шины питания (1) с диодами (2, 3) в прямом направлении, регулирующий транзистор (Т) (4) с блоком управления (5) в цепи базы, выходной трансформатор (6) с двумя секциями (7, 8) входной обмотки, первый и второй конденсаторы (К) (9, 10), подключенные к началу секции (7) и к концу секции (8) обмотки, вторые выводы К (9 и 10) подключены соответственно к эмиттеру и коллектору Т (4). Согласно изобретению конец первой секции (7) подключен к коллектору, а начало второй секции (8) - к эмиттеру регулирующего Т (4) через согласно магнитосвязанные обмотки (11, 12) дросселя (13), а диоды (2,3) шин питания подключены к точкам соединения секции входной обмотки с обмотками дросселя (13) согласно с Т (4). Причем шины питания шунтированы дополнительным диодом (14). 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Преобразователь постоянной энергии в импульсную, содержащий шины питания с включенными в них диодами в прямом направлении, регулирующий транзистор с блоком управления в цепи базы, выходной трансформатор, входная обмотка которого содержит две секции, первый и второй конденсаторы, первыми выводами подключенные соответственно к началу первой секции обмотки и к концу второй секции обмотки, а вторые выводы первого и второго конденсаторов подключены соответственно к эмиттеру и коллектору регулирующего транзистора, отличающийся тем, что конец первой секции входной обмотки выходного трансформатора подключен к коллектору, а начало второй секции - к эмиттеру регулирующего транзистора через согласно магнитосвязанные обмотки дополнительно введенного дросселя, а диоды шин питания подключены соответственно к точкам соединения секции входной обмотки с обмотками дросселя согласно с транзистором.2. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что шины питания шунтированы дополнительным диодом.