ДВУХТАКТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ Российский патент 2010 года по МПК H02M7/5383 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в источниках вторичного электропитания и преобразовательной технике.

Известен двухтактный преобразователь постоянного напряжения, содержащий источник питания, два транзистора, эмиттеры которых подключены к минусу источника питания, трансформатор с обмоткой обратной связи, включенной, через конденсатор, между базами транзисторов, вторичной и первичной обмоткой, которая выводом из средней точки подключена к плюсу источника питания и выводам двух резисторов, которые вторыми выводами подключены к базам соответствующих транзисторов, соответственно соединенных коллекторами с противоположными выводами первичной обмотки трансформатора (патент РФ №2223591, опубл. 2004.02.10).

Недостатком известного изобретения является коммутация преобразователя в момент насыщения трансформатора, что сопровождается резким всплеском тока, высокими коммутационными потерями и, как следствие, имеет низкие энергетические показатели и низкую надежность.

Наиболее близким по технической сущности является двухтактный инвертор, содержащий источник питания, два делителя напряжения, трансформатор с обмоткой обратной связи, первичной и вторичной обмоткой, которая выводом из средней точки соединена с плюсом источника питания и с первыми крайними выводами резистивных делителей напряжения, два транзисторных ключа, подключенных силовыми входами к противоположным выводам первичной обмотки трансформатора, а силовыми выходами - к вторым крайним выводам делителей напряжения и, через ограничительный резистор, - к минусу источника питания и анодам двух стабилитронов, катоды которых соединены соответственно со средними выводами делителей напряжения и управляющими входами транзисторных ключей, между которыми, через резистор, включена обмотка обратной связи, при этом соответственно подключенные два транзисторных ключа, два стабилитрона и ограничительный резистор образуют два стабилизатора тока (патент РФ №2331961, опубл. 2008.08.20).

Недостатком известного двухтактного инвертора является то, что коммутация производится при максимальном значении тока, величина которого ограничивается стабилизаторами тока и задается токозадающим резистором, что сохраняет достаточно высокие коммутационные потери, низкие энергетические показатели и низкую надежность преобразователя.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в осуществлении коммутации двухтактного преобразователя напряжения при нулевом значении напряжения и тока за счет введения двух накопительных конденсаторов и организации цепей их заряда и разряда через первичные обмотки трансформатора, что также позволило дважды использовать один заряд энергии в работе трансформатора. Все это дало возможность снизить уровень коммутационных потерь, повысить надежность и значительно улучшить энергетические показатели.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является снижение уровня коммутационных потерь, повышение надежности и улучшение энергетических показателей.

Вышеуказанный технический результат достигается тем, что в двухтактный преобразователь напряжения, содержащий источник питания с плюсовым и минусовым выводом, пару резистивных делителя напряжения, трансформатор с обмоткой обратной связи, вторичной и двумя противоположно направленными первичными обмотками, пару электронных ключей, силовые входы которых подключены соответственно к выходам первичных обмоток, а силовые выходы соединены между собой, вторыми крайними выводами делителей напряжения и через токозадающий резистор, - с минусом источника питания и анодами двух стабилитронов, катоды которых подключены соответственно к средним выводам делителей напряжения и управляющим входам электронных ключей, между которыми, через резистор, включена обмотка обратной связи, дополнительно введены два накопительных конденсатора, которые первыми выводами подключены соответственно к входам первичных обмоток и первым крайним выводам первой пары делителей напряжения, две цепи обратной связи, каждая из которых состоит из обмотки обратной связи, последовательно соединенной с конденсатором, вторая пара резистивных делителей напряжения и вторая пара электронных ключей, которые подключены силовыми входами к плюсу источника питания, вторым выводам накопительных конденсаторов и первым крайним выводам второй пары делителей напряжения, управляющими входами - соответственно к средним выводам второй пары делителей напряжения и выходам цепей обратной связи, силовыми выходами - соответственно к вторым крайним выводам второй пары делителей напряжения, входам цепей обратной связи, выходам первичных обмоток и силовым входам первой пары электронных ключей.

Сущность изобретения поясняется чертежом.

Двухтактный преобразователь напряжения содержит источник 1 питания с плюсовым (+) и минусовым (-) выводом, четыре делителя напряжения, каждый из которых содержит два последовательно включенных резистора (2, 3), (4, 5) и (6, 7), (8, 9), трансформатор 10 с тремя обмотками 11, 12, и 13 обратной связи, вторичной обмоткой 14 и двумя противоположно направленными первичными обмотками 15, 16, входы которых соединены соответственно с выводами накопительных конденсаторов 17, 18, и первыми крайними выводами делителей напряжения (6, 7), (8, 9), при этом вторые выводы накопительных конденсаторов 17, 18 подключены к плюсу (+) источника 1 питания, силовым входам электронных ключей 19, 20 и первым крайним выводам делителей (2, 3) и (4, 5) напряжения, средние выводы которых соединены соответственно с управляющими входами ключевых элементов 19, 20 и через последовательно соединенные конденсаторы и обмотки обратной связи (цепи обратной связи (11, 21) и (12, 22)), подключены соответственно к вторым крайним выводам делителей (2, 3), (4, 5) напряжения, силовым выходам ключевых элементов 19, 20, выходам первичных обмоток 15, 16 и силовым входам электронных ключей 23, 24, силовые выходы которых соединены между собой, вторыми крайними выводами делителей (6, 7), (8, 9) напряжения и через токозадающий резистор 25, - с минусом (-) источника 1 питания и анодами стабилитронов 26, 27, катоды которых подключены соответственно к средним выводам делителей (6, 7), (8, 9) напряжения и управляющим входам электронных ключей 23, 24, между которыми, через резистор 28, включена обмотка 13 обратной связи.

Двухтактный преобразователь напряжения работает в режиме симметричного автогенератора. В момент включения накопительные конденсаторы 17, 18 разряжены, в делителях напряжения (6, 7) и (8, 9) протекает ток заряда накопительных конденсаторов 17, 18 и создает на указанных делителях напряжения падение напряжения, которое стимулирует открытие электронных ключей 23, 24. В одной из двух зарядных цепей, например первой (накопительный конденсатор 17, первичная обмотка 15, электронный ключ 23), появляется ток, вызывающий в первичной обмотке 15 магнитный поток, на обмотках 11, 12, 13 обратной связи наводится напряжение и в цепях (11, 21), (12, 22) и (13, 28) обратной связи протекает ток, который удерживает в закрытом состоянии электронные ключи 24, 19 и полностью открывает электронные ключи 23, 20. Накопительный конденсатор 17 заряжается. По мере его заряда снижается разность потенциалов и снижается ток в первичной обмотке 15, снижается магнитный поток трансформатора 10 и напряжение на обмотках 11, 12, и 13 обратной связи, снижается ток в цепях обратной связи до момента закрытия электронных ключей 23, 20. С исчезновением тока в цепях обратной связи появляется ток разряда в делителе (2, 3) напряжения и ток заряда в делителе (8, 9) напряжения, который создает падение напряжения и на управляющих входах электронных ключей 24, 19 появляется напряжение, которое приоткрывает их, возникает ток во второй зарядной цепи (накопительный конденсатор 18, первичная обмотка 16, электронный ключ 24) и ток в первой разрядной цепи (накопительный конденсатор 17, первичная обмотка 15, электронный ключ 19), в трансформаторе 10 создается магнитный поток, в цепях (11, 21), (12, 22) и (13, 28) обратной связи возникает ток, который удерживает в закрытом состоянии электронные ключи 23, 20 и полностью открывает электронные ключи 24, 19. Накопительный конденсатор 18 заряжается, а накопительный конденсатор 17 разряжается, при этом ток заряда и ток разряда в первичных обмотках создают магнитные поля одного направления, которые складываясь, создают мощный магнитный поток в трансформаторе 10. По мере заряда одного и разряда другого накопительного конденсатора снижается разность потенциалов, вызывающая ток в первичных обмотках, и магнитный поток трансформатора ослабевает, снижается напряжение на обмотках 11, 12, и 13 обратной связи, снижается ток в цепях обратной связи до момента закрытия электронных ключей 24, 19. С исчезновением тока в цепях обратной связи появляется так разряда в делителе (4, 5) напряжения и ток заряда в делителе (6, 7) напряжения, на управляющих входах электронных ключей 23, 20 появляется напряжение, которое приоткрывает их, в первой зарядной и во второй разрядной цепях появляется ток, первичные обмотки создают магнитный поток в трансформаторе, появляется ток в цепях обратной связи, который удерживает в закрытом состоянии электронные ключи 24, 19 и полностью открывает электронные ключи 23, 20, происходит коммутация. Далее процесс коммутации повторяется периодически, а на вторичной обмотке 13 трансформатора наводится напряжение Uн.

Таким образом, введение двух накопительных конденсаторов, второй пары резистивных делителей напряжения и второй пары электронных ключей дало возможность заряжать и разряжать накопительные конденсаторы через первичные обмотки трансформатора, а их одновременная работа (одна от тока заряда, другая от тока разряда) образует суммарный магнитный поток, при этом коммутация электронных ключей приходится на момент полного заряда одного накопительного конденсатора и полного разряда другого накопительного конденсатора, т.е. при нулевом значении напряжения и тока, что позволило снизить коммутационные потери и повысить надежность, при этом возможность использовать дважды один заряд энергии конденсатора (тока заряда, а затем тока разряда) в работе трансформатора значительно повысила энергетические показатели двухтактного преобразователя напряжения и ставит его в разряд энергосберегающих устройств.

Предложенный двухтактный преобразователь напряжения относится к электротехнике и может быть использован в источниках вторичного электропитания и преобразовательной технике. Техническим результатом предлагаемого изобретения является снижение уровня коммутационных потерь, повышение надежности и улучшение энергетических показателей. Результат достигается введением в двухтактный преобразователь напряжения двух накопительных конденсаторов, второй пары резистивных делителей напряжения и второй пары электронных ключей, что позволило заряжать и разряжать накопительные конденсаторы через первичные обмотки трансформатора, их одновременная работа (одна от тока заряда, другая от тока разряда) образует суммарный магнитный поток, при этом коммутация электронных ключей приходится на момент полного заряда одного и полного разряда другого накопительного конденсатора, т.е. при нулевом значении напряжения и тока, что позволило снизить коммутационные потери и повысить надежность, при этом возможность дважды использовать один заряд энергии накопительного конденсатора (тока заряда, а затем и тока разряда) в работе трансформатора значительно повысила энергетические показатели двухтактного преобразователя напряжения, и ставит его в разряд энергосберегающих устройств. 1 ил.

Двухтактный преобразователь напряжения, содержащий источник питания с плюсовым и минусовым выводом, пару резистивных делителей напряжения, трансформатор с обмоткой обратной связи, вторичной обмоткой и двумя противоположно направленными первичными обмотками, пару электронных ключей, силовые входы которых подключены соответственно к выходам первичных обмоток, а силовые выходы соединены между собой вторыми крайними выводами делителей напряжения и через токозадающий резистор - с минусом источника питания и анодами двух стабилитронов, катоды которых подключены соответственно к средним выводам делителей напряжения и управляющим входам электронных ключей, между которыми через резистор включена обмотка обратной связи, отличающийся тем, что в него дополнительно введены два накопительных конденсатора, которые первыми выводами подключены соответственно к входам первичных обмоток и первым крайним выводам первой пары делителей напряжения, две цепи обратной связи, каждая из которых состоит из обмотки обратной связи, последовательно соединенной с конденсатором, вторая пара резистивных делителей напряжения и вторая пара электронных ключей, которые подключены силовыми входами к плюсу источника питания, вторым выводам накопительных конденсаторов и первым крайним выводам второй пары делителей напряжения, управляющими входами - соответственно к средним выводам второй пары делителей напряжения и входам цепей обратной связи, силовыми выходами соответственно - ко вторым крайним выводам второй пары делителей напряжения, входам цепей обратной связи, выходам первичных обмоток и силовым входам первой пары электронных ключей.