КВАЗИРЕЗОНАНСНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ С ПЕРЕКЛЮЧЕНИЕМ ПРИ НУЛЕВОМ НАПРЯЖЕНИИ Российский патент 2013 года по МПК H02M3/335 

Описание патента на изобретение RU2478254C1

Предлагаемое изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано во вторичных источниках питания.

Известен квазирезонансный преобразователь напряжения с переключением при нулевом напряжении, содержащий подключенные параллельно первому и второму входным выводам первый конденсатор, первую цепь из первой первичной обмотки трансформатора, силового ключа, шунтированного вторым конденсатором, и первого резистора, и вторую цепь из второго и третьего резисторов и управляющего транзисторного ключа, управляющий вход которого подключен через четвертый резистор к точке соединения силового ключа и первого резистора, к которой подключен первый вывод третьего конденсатора, второй вывод которого подключен к управляющем входу силового ключа, к точке соединения третьего резистора и управляющего транзисторного ключа и через встречно включенный диод - ко второму входному выводу, к которому подключен первый вывод второй первичной обмотки трансформатора, второй вывод которой через четвертый конденсатор подключен к точке соединения второго и третьего резисторов, при этом вторичная обмотка трансформатора через выпрямитель и фильтр подключена к выходным выводам. /См. п. RU №2109394, H02M 3/335, 1994 г./ Недостатком известного преобразователя является недостаточная надежность из-за зависимости выходной мощности от изменения температуры на управляющем транзисторе и от изменения входного напряжения.

Известен источник питания, содержащий подключенные параллельно к первому и второму входным выводам последовательно соединенные первый и второй резисторы, и цепь из первой первичной обмотки трансформатора и силового ключа, управляющий вход которого через третий резистор подключен к точке соединения первого и второго резисторов, к которой подключен через управляющий транзисторный ключ, шунтированный встречно включенным диодом, второй входной вывод, к которому через первый конденсатор подключен управляющий вход управляющего транзисторного ключа, к которому подключен первый вывод четвертого резистора, ко второму выводу которого подключены через последовательно соединенные второй конденсатор и пятый резистор точка соединения первого и второго резисторов и первый вывод второй первичной обмотки трансформатора, второй вывод которой подключен ко второму входному выводу, при этом вторичная обмотка трансформатора подключена через выпрямитель и фильтр к выходным выводам источника питания. /См. п. EP №1626490, H02M 3/35, 2007 г./

Недостатком источника питания является недостаточная надежность, обусловленная перегрузками на силовом ключе и выпрямителе, а также существенная зависимость максимальной выходной мощности от изменения температуры на управляющем транзисторе.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является источник питания, содержащий мостовой выпрямитель и квазирезонансный преобразователь постоянного напряжения, первый и второй входы мостового выпрямителя являются соответственно первым и вторым входами источника питания, первый и второй выходы его подключены соответственно к первому и второму входам квазирезонансного преобразователя постоянного напряжения, состоящего из подключенных параллельно первому и второму входам квазирезонансного преобразователя постоянного напряжения первого конденсатора, цепи из первой первичной обмотки трансформатора и силового ключа, и последовательно соединенные первый и второй резисторы, точка соединения которых подключена - к управляющему входу силового ключа, к выходу управляющего транзисторного ключа, к первому выводу второго конденсатора, второй вывод которого через третий резистор и вторую первичную обмотку трансформатора подключен ко второму входу преобразователя, к которому подключены вход управляющего транзисторного ключа и первый вывод третьего конденсатора, второй вывод которого подключен к управляющему входу управляющего транзисторного ключа и через четвертый резистор и оптрон, свободный ввод которого подключен к управляющему входу силового ключа, - к выходам квазирезонансного преобразователя, к которым подключена через выпрямитель и фильтр вторичная обмотка трансформатора. /См. п. US №6868193, НКИ 363-15, 2006 г./

Недостатком данного преобразователя является недостаточная надежность из-за перегрузок на силовом ключе и выпрямителе, а также из-за существенной зависимости выходной мощности от изменения температуры на управляющем транзисторном ключе квазирезонансного преобразователя постоянного напряжения.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение надежности за счет снижения перегрузки на силовом ключе и выпрямителе.

Результат достигается тем, что в квазирезонансный преобразователь постоянного напряжения с переключением при нулевом напряжении, содержащий подключенные параллельно первому и второму входным выводам преобразователя первый конденсатор, первую цепь, состоящую из первой первичной обмотки трансформатора и силового ключа, и вторую цепь из первого и второго резисторов, точка соединения последних подключена к управляющему входу силового ключа, к выходу транзисторного управляющего ключа и через последовательно соединенные третий резистор и второй конденсатор к первому выводу второй первичной обмотки трансформатора, второй вывод которой подключен ко второму входному выводу преобразователя, к которому подключены вход транзисторного управляющего ключа, и через третий конденсатор - управляющий вход последнего, вторичная обмотка трансформатора через выпрямитель и фильтр подключена к выходным выводам преобразователя, введены третья и четвертая цепи, содержащие соответственно четвертый резистор и первый диод, и пятый резистор и второй диод, включенный встречно первому диоду, при этом первые выводы третьей и четвертой цепей объединены и подключены к первому выводу второй первичной обмотки трансформатора, вторые выводы их объединены и подключены к управляющему входу транзисторного управляющего ключа.

Анализ известных технических решений из научно-технической и патентной литературы позволяет сделать вывод, что на настоящее время неизвестно техническое решение, содержащее совокупность существенных признаков, что и в предложенном техническом решении.

Использование совокупности признаков, отличающих заявляемое техническое решение от известных при изучении данной и смежной областей раздела техники преобразования постоянного напряжения с той же целью, не выявлено, что обеспечивает заявляемому техническому решению соответствие критерию «существенные отличия» /см. а.с. СССР №1836705, H02M 3/335, 1992, п. РФ №1820466, H02M 3/335, 1991, п. РФ №2076444, H02M 3/335, 1997, п. РФ №2396684, H02M 3/335, 2009, п. US №5126931, НКИ 363-21, 1992, п. US №6816393, НКИ 363-21.23, 2004/.

На чертеже представлена электрическая схема квазирезонансного преобразователя постоянного напряжения с переключением при нулевом напряжении.

Квазирезонансный преобразователь постоянного напряжения с переключением при нулевом напряжении содержит первый 11 и второй 12 входные выводы преобразователя, к которым подключены параллельно первый 2 конденсатор, первая цепь из первой 31 первичной обмотки трансформатора 3 и силового 4 ключа, вторая цепь из первого 5 и второго 6 резисторов, точка соединения которых подключена к управляющему входу силового 4 ключа, к выходу транзисторного 7 управляющего ключа, и через последовательно соединенные третий 8 резистор и второй 9 конденсатор - к объединенным первым выводам третьей и четвертой цепей, состоящих соответственно из последовательно соединенных четвертого 10 резистора и первого 11 диода и пятого 13 резистора и второго 14 диода, включенного встречно первому 11 диоду, к первому выводу второй 32 первичной обмотки трансформатора 3, второй вывод которой подключен ко второму 12 входному выводу, к которому подключены вход управляющего 7 транзисторного ключа, первый вывод третьего 12 конденсатора, второй вывод которого подключен к управляющему входу транзисторного 7 ключа, к объединенным вторым выводам третьей и четвертой цепей, при этом вторичная 33 обмотка трансформатора 3 подключена через выпрямитель 15 и фильтр 16 к первому 171 и второму 172 выходным выводам.

В качестве силового 4 ключа может быть использован МОП-транзистор, в качестве выпрямителя 15 - диод, а в качестве фильтра 16 - конденсатор.

Квазирезонансный преобразователь постоянного напряжения работает следующим образом.

В исходном состоянии ток в обмотках 31 и 32 трансформатора 3 отсутствует, силовой 4 ключ заперт. При подаче входного напряжения V1 происходит заряд второго 9 конденсатора по цепи: первый 11 входной вывод, первый 5 резистор, третий 8 резистор, второй 9 конденсатор, вторая 32 первичная обмотка трансформатора 3, второй 12 входной вывод и заряд емкости затвора силового 4 ключа через первый 5 резистор до порогового значения напряжения на затворе. В этот момент начинается отпирание силового 4 ключа, в результате на первой 31 первичной обмотке трансформатора 3 появится напряжение. Благодаря наличию магнитной связи на второй 32 первичной обмотке трансформатора 3 появится напряжение положительной полярности V3-2, что приведет к лавинообразному открыванию ключа 4. За время открытого состояния силового 4 ключа (время ton) происходит линейное нарастание тока и накопление энергии в индуктивности первой 31 обмотки трансформатора 3, при этом происходит заряд третьего 12 конденсатора от второй 32 обмотки трансформатора 3 через четвертый 10 резистор и первый 11 диод. При достижении напряжения на конденсаторе 12 уровня V12 открывания транзисторного управляющего 7 ключа последний открывается и запирает силовой 4 ключ. Далее происходит смена полярности на обмотках трансформатора 3, открывается диод выпрямителя 15 и идет передача энергии, накопленной за время открытого состояния силового 4 ключа из трансформатора 3 в конденсатор фильтра 16 и в нагрузку на выходе 171-172. Одновременно с этим от второй 32 обмотки напряжением обратной полярности V3-2о, пропорциональным выходному напряжению V17, происходит перезаряд третьего 12 конденсатора (через второй 14 диод и пятый 13 резистор четвертой цепи) до уровня V12o и второго 9 конденсатора, напряжение которого обеспечит открывание силового 4 ключа в начале следующего периода. Начало следующего периода наступает после передачи всей энергии из трансформатора (время toff) и завершения резонансного процесса разряда емкости сток-исток силового 4 ключа до нуля (время tres). В следующем периоде время ton заряда третьего 12 конденсатора будет определяться суммой порогового V12 и начального напряжения V12o обратной полярности, пропорционального выходному напряжению.

где: V3-2 - напряжение на обмотке 32 трансформатора 3

V12 - напряжение на конденсаторе 12 при открытом транзисторном управляющем ключе 7,

V12o - напряжение на конденсаторе 12 обратной полярности,

C12 - емкость конденсатора 12,

R10, R13 - соответственно сопротивление резисторов 10 и 13,

V15 - напряжение на диоде 15

V3-2о - напряжение обратной полярности на обмотке 32

ton - время открытого состояния силового ключа 4,

toff - время передачи энергии во вторичную 33 обмотку трансформатора 3,

tres - время резонансного процесса разряда емкости сток-исток транзистора силового 4 ключа,

W3-1, W3-2, W3-3 - соответственно число витков первой 31, второй 32 первичных и вторичной 33 обмоток трансформатора 3.

Таким образом, при определенном соотношении витков второй 32 первичной обмотки (обмотки управления) трансформатора 3 W3-2 к W3-1 и W3-3, выбором номиналов резисторов 10 и 13 можно задавать максимальную мощность на выходе, не зависящую от входного напряжения. А при увеличении тока нагрузки до максимального значения, определенного выбранной максимальной мощностью, происходит снижение напряжения на выходе V17 и, следовательно, снижение напряжения V12o на конденсаторе 12, формируя таким образом выходную характеристику с постоянным максимальным током, что значительно повышает надежность преобразователя напряжения. При этом сумма V12 и V12o в малой степени зависит от температуры на транзисторном 7 ключе, что обеспечивает надежность работы его и силового ключа 4.

Похожие патенты RU2478254C1

название год авторы номер документа
КВАЗИРЕЗОНАНСНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ С ПЕРЕКЛЮЧЕНИЕМ ПРИ НУЛЕВОМ НАПРЯЖЕНИИ 1994
  • Лукин А.В.
  • Макаров В.В.
RU2107983C1
КВАЗИРЕЗОНАНСНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ С ПЕРЕКЛЮЧЕНИЕМ ПРИ НУЛЕВОМ НАПРЯЖЕНИИ 1994
  • Герасимов А.А.
  • Лукин А.В.
RU2109394C1
УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ВЫСОКОВОЛЬТНЫМ ТИРИСТОРОМ 2023
  • Ким Валерий Львович
  • Меркулов Степан Вадимович
  • Павлов Вадим Михайлович
RU2821266C1
ДИОД СИНХРОННОГО ВЫПРЯМЛЕНИЯ И ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ С ЕГО ПРИМЕНЕНИЕМ 2010
  • Шубкин Николай Георгиевич
  • Шубкин Борис Георгиевич
RU2414049C1
СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ КВАЗИРЕЗОНАНСНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ 2010
  • Стрелков Владимир Федорович
  • Кириенко Владимир Петрович
  • Ваняев Валерий Владимирович
RU2417510C1
Квазирезонансный преобразователь напряжения с улучшенной электромагнитной совместимостью 2019
  • Горяшин Николай Николаевич
  • Сидоров Александр Сергеевич
RU2727622C1
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ 1995
  • Филимонов Юрий Александрович
  • Нечаев Евгений Михайлович
RU2094936C1
ОДНОТАКТНЫЙ ОБРАТНОХОДОВЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ 2005
  • Швецов Юрий Кузьмич
RU2297089C2
Многоканальный преобразователь напряжения 1990
  • Пусев Александр Николаевич
  • Журавская Ирина Николаевна
  • Мирошниченко Людмила Николаевна
  • Рябенький Владимир Михайлович
SU1812602A1
СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ 2006
  • Гутников Анатолий Иванович
  • Можайченко Владимир Георгиевич
RU2314626C1

Реферат патента 2013 года КВАЗИРЕЗОНАНСНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ С ПЕРЕКЛЮЧЕНИЕМ ПРИ НУЛЕВОМ НАПРЯЖЕНИИ

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано во вторичных источниках питания. Технический результат заключается в повышении надежности за счет снижения перегрузки на силовом ключе и выпрямителе. Для этого заявленное устройство содержит подключенные параллельно первому и второму входным выводам преобразователя первый конденсатор, первую цепь, состоящую из первой первичной обмотки трансформатора и силового ключа, и вторую цепь из первого и второго резисторов, транзисторный управляющий ключ, третий резистор, второй конденсатор, вторую первичную обмотку трансформатора, третий конденсатор, вторичную обмотку трансформатора, выпрямитель и фильтр, введены третья и четвертая цепи, содержащие соответственно четвертый резистор и первый диод, и пятый резистор и второй диод, включенный встречно первому диоду, при этом первые выводы третьей и четвертой цепей объединены и подключены к первому выводу второй первичной обмотки трансформатора, вторые выводы их объединены и подключены к управляющему входу транзисторного управляющего ключа. 1 ил.

Формула изобретения RU 2 478 254 C1

Квазирезонансный преобразователь постоянного напряжения с переключением при нулевом напряжении, содержащий подключенные параллельно первому и второму входным выводам преобразователя первый конденсатор, первую цепь, состоящую из первой первичной обмотки трансформатора и силового ключа, и вторую цепь из первого и второго резисторов, точка соединения последних подключена к управляющему входу силового ключа, к выходу транзисторного управляющего ключа и через последовательно соединенные третий резистор и второй конденсатор к первому выводу второй первичной обмотки трансформатора, второй вывод которой подключен ко второму входному выводу преобразователя, к которому подключены вход транзисторного управляющего ключа, и через третий конденсатор - управляющий вход последнего, вторичная обмотка трансформатора через выпрямитель и фильтр подключена к выходным выводам преобразователя, отличающийся тем, что введены третья и четвертая цепи, содержащие соответственно четвертый резистор и первый диод, и пятый резистор и второй диод, включенный встречно первому диоду, при этом первые выводы третьей и четвертой цепей объединены и подключены к первому выводу второй первичной обмотки трансформатора, вторые выводы их объединены и подключены к управляющему входу транзисторного управляющего ключа.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2013 года RU2478254C1

US 6868193 B1, 15.03.2005
КВАЗИРЕЗОНАНСНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ С ПЕРЕКЛЮЧЕНИЕМ ПРИ НУЛЕВОМ НАПРЯЖЕНИИ 1994
  • Герасимов А.А.
  • Лукин А.В.
RU2109394C1
Устройство пуска преобразователя 1986
  • Лайер Владимир Петрович
  • Мишин Вадим Николаевич
  • Селин Сергей Александрович
SU1684893A1
Однотактный транзисторный преобразователь постоянного напряжения в постоянное 1982
  • Александров Феликс Иосифович
  • Бухштаб Адольф Игоревич
  • Васильев Анатолий Александрович
SU1064391A1
Однотактный преобразователь постоянного напряжения 1984
  • Филиппов Иван Иванович
  • Фоминых Владимир Петрович
SU1244761A1
Фотокаталитическая композиция для получения водорода 1989
  • Коржак А.В.
  • Губа Н.Ф.
  • Кучмий С.Я.
  • Крюков А.И.
  • Походенко В.Д.
SU1626490A1

RU 2 478 254 C1

Авторы

Герасимов Александр Алексеевич

Жигачев Василий Андреевич

Даты

2013-03-27Публикация

2011-10-06Подача