Однотактный преобразователь постоянного напряжения с передачей энергии в импульсе Российский патент 2024 года по МПК H02M3/335 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к однотактным преобразователям постоянного напряжения, и может быть использовано в системах вторичного электропитания для преобразования, стабилизации и регулирования постоянного выходного напряжения, гальванически отделенного от входного постоянного напряжения.

Известны однотактные преобразователи постоянного напряжения с передачей энергии в импульсе с гальваническим разделением выходного постоянного напряжения от входного постоянного напряжения [1].

Недостатком известных однотактных преобразователей постоянного напряжения с передачей энергии в импульсе с гальваническим разделением выходного постоянного напряжения от входного постоянного напряжения является высоковольтный всплеск напряжения на силовом ключе из-за наличия индуктивности рассеяния первичной обмотки трансформатора, к которой подключен силовой регулирующий ключ.

Наиболее близок по технической сущности к предлагаемому устройству однотактный преобразователь постоянного напряжения с передачей энергии в импульсе с гальваническим разделением выходного постоянного напряжения от входного постоянного напряжения, содержащий первую первичную обмотку трансформатора, подключенную началом к положительному выводу входного источника постоянного напряжения, а через регулирующий ключ к отрицательному выводу образующему общую шину, вторую первичную обмотку трансформатора, включенную концом к положительному выводу входного постоянного напряжения, а началом к катоду диода, анод которого подключен к общей шине, вторичную обмотку трансформатора, включенную через первый диод ко входу Г-образного LC-фильтра, к выходу которого подключена нагрузка, а на входе которого подключен второй шунтирующий диод, катод которого объединен в общую точку соединения с катодом первого диода [1]. Недостатком данного однотактного преобразователя постоянного напряжения с передачей энергии в импульсе является высоковольтный всплеск напряжения на силовом регулирующем ключе из-за наличия индуктивности рассеяния первичной обмотки трансформатора, к которой подключен силовой регулирующий ключ.

Цель изобретения - устранение высоковольтного всплеска напряжения на силовом регулирующем ключе из-за наличия индуктивности рассеяния на первичной обмотке трансформатора, к которой подключен силовой регулирующий ключ.

Поставленная цель достигается тем, что в однотактном преобразователе постоянного напряжения с передачей энергии в импульсе две первичные обмотки трансформатора, включенные встречно соединяются через конденсатор таким образом, что первая первичная обмотка трансформатора началом подключена к положительному выводу входного постоянного напряжения, концом к силовому регулирующему ключу, второй полюс которого подключен к отрицательному выводу входного источника постоянного напряжения, образующего общую шину, а вторая первичная обмотка концом подключена к аноду диода, катод которого подключен к положительному выводу источника постоянного напряжения, при этом начало второй первичной обмотки подключено к общей шине входящего источника постоянного напряжения.

На фиг.1 представлена принципиальная электрическая схема однотактного преобразователя постоянного напряжения с передачей энергии в импульсе.

В нем начало первичной обмотки 1 трансформатора 2 соединено с положительным выводом входного источника постоянного напряжения, а конец первичной обмотки 1 через регулирующий ключ 3 подключен к отрицательному выводу входного источника постоянного напряжения, образующему общую шину. К общей точке соединения регулирующего ключа 3 с концом первичной обмотки 1 подключен конденсатор 4, второй полюс которого подключен к концу второй первичной обмотки 5, начало которой подключено к общей шине. К общей точке соединения конденсатора 4 с концом обмотки 5 подключен анод диода 6, катод которого соединен с положительным выводом входного источника постоянного напряжения. С началом вторичной обмотки 7 трансформатора 2, соединен анод выпрямительного диода 8, катод которого подключен к входным зажимам Г-образного LC-фильтра 9, к выходным зажимам которого подключена нагрузка 10. К общей точке соединения выпрямительного диода 8 с входным зажимом Г-образного LC-фильтра 9 подключен катодом шунтирующий диод 11, анод которого подключен к общей точке соединения обмотки 7 и нагрузки 10.

Принцип действия предлагаемого однотактного преобразователя постоянного напряжения с передачей энергии в импульсе рассмотрим исходя из предположения идеальности ключевых элементов, установившегося режима работы и непрерывности изменения магнитного потока в сердечнике трансформатора 2.

Обозначим через D относительную к периоду T длительность включенного состояния ключа 3. В этом случае на этапе замкнутого состояния DT ключа 3 происходит передача энергии в нагрузку через прямосмещенный выпрямительный диод 8, обмотку 7 и Г-образный LC-фильтр 9. После выключения регулирующего ключа 3 на интервале времени (1-D)T протекают одновременно два процесса включение шунтирующего диода 11, поддерживающего непрерывное протекание тока в нагрузке 10 и восстановление магнитных свойств трансформатора 2. Процесс восстановления магнитных свойств трансформатора 2 происходит одновременно с выключением регулирующего ключа 3 приводящем к переполюсовке напряжений на всех обмотках трансформатора 2, что приводит к отключению выпрямительного диода 8, включению шунтирующего диода 11 на вторичной стороне трансформатора 2 и включению диода 6 на первичной стороне трансформатора 2 приводящей к выведению магнитной энергии трансформатора 2, накопленной в течение времени DT включенного состояния ключа 3, в источник входного постоянного напряжения через вторую первичную обмотку 5 и в конденсатор 4, заряженный до входного постоянного напряжения V_IN через первую первичную обмотку 1, т.е. в процессе восстановления магнитных свойств принимают участие обе первичные обмотки 1,5, а сам процесс восстановления длится в течение времени DT, что следует из баланса вольт-секундных площадей на первичных обмотках.

На интервале времени восстановления магнитных свойств трансформатора 2 на выключенном ключе 3 действует источник напряжения, обусловленный сумой напряжений источника постоянного входного напряжения равного V_IN и конденсатора 4 также заряженного до напряжения V_IN, т.е. равного 2V_IN полностью исключающего влияние индуктивностей рассеяния первичных обмоток трансформатора 2. Следует также заметить, что первичные обмотки 1,5 трансформатора 2 работают в параллель и при передаче энергии в нагрузку в импульсе, т.е. в течение времени DT включенного состояния регулирующего ключа 3, что позволяет использовать провод с меньшим сечением при их реализации.

Таким образом, предлагаемый однотактный преобразователь постоянного напряжения с передачей энергии в импульсе, по сравнению с известным устройством позволяет исключить влияние индуктивности рассеяния первичной обмотки трансформатора на высоковольтный всплеск на регулирующем ключе при его выключении и тем самым повысить надежность и эффективность однотактного преобразователя постоянного напряжения с передачей энергии в импульсе.

1. Поликарпов А.Г., Сергиенко Е.Ф. Однотактные преобразователи в устройствах электропитания РЭА, “Радио и связь”, 1989, стр.65 рис.3.3.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к однотактным преобразователям постоянного напряжения, и может быть использовано в системах вторичного электропитания для преобразования, стабилизации и регулирования постоянного выходного напряжения, гальванически отделенного от входного постоянного напряжения. Технический результат - устранение высоковольтного всплеска напряжения на силовом регулирующем ключе из-за наличия индуктивности рассеяния на первичной обмотке трансформатора, к которой подключен силовой регулирующий ключ. Устройство содержит силовой трансформатор 2, в котором начало первой первичной обмотки 1 соединено с положительным выводом входного источника постоянного напряжения, а конец первой первичной обмотки 1 через регулирующий ключ 3 подключен к отрицательному выводу входного источника постоянного напряжения, образующему общую шину. К общей точке соединения регулирующего ключа 3 с концом первой первичной обмотки 1 подключен конденсатор 4, второй полюс которого подключен к концу второй первичной обмотки 5, начало которой подключено к общей шине. К общей точке соединения конденсатора 4 с концом обмотки 5 подключен анод диода 6, катод которого соединен с положительным выводом входного источника постоянного напряжения. С началом вторичной обмотки 7 трансформатора 2 соединен анод выпрямительного диода 8, катод которого подключен к входным зажимам Г-образного LC-фильтра 9, к выходным зажимам которого подключена нагрузка 10. К общей точке соединения выпрямительного 8 с входным зажимом Г-образного LC-фильтра 9 подключен катодом шунтирующий диод 11, анод которого подключен к общей точке соединения конца обмотки 7 с нагрузкой 10. 1 ил.

Однотактный преобразователь постоянного напряжения с передачей энергии в импульсе, содержащий трансформатор, включающий две первичные обмотки, одна из которых началом подключена к положительному выводу входного источника постоянного напряжения, а концом через регулирующий ключ - к отрицательному выводу входного источника постоянного напряжения, образующему общую шину, вторую первичную обмотку, диод, вторичную обмотку, через выпрямительный диод подключенную к одному входному зажиму Г-образного LC-фильтра, к выходным зажимам которого подключена нагрузка, а к входным зажимам - шунтирующий диод, при этом катоды выпрямительного и шунтирующего диодов подключены к одному входному зажиму Г-образного LC-фильтра, отличающийся тем, что две первичные обмотки трансформатора включены встречно и последовательно через конденсатор, общая точка соединения конца первой первичной обмотки с регулирующим ключом соединена с первым полюсом конденсатора, второй полюс которого соединен с концом второй первичной обмотки, начало которой подключено к общей шине, а к общей точке соединения конца второй первичной обмотки с конденсатором подключен анод диода, катод которого подключен к положительному выводу входного источника постоянного напряжения.