Квазирезонансный преобразователь напряжения с повышенным КПД Российский патент 2024 года по МПК H02M3/335 

Изобретение относится к области электропреобразовательной техники и может быть использовано в источниках вторичного электропитания.

Известен преобразователь, выбранный в качестве аналога, – квазирезонансный высокочастотный преобразователь напряжения [RU 2278459 C2, 08.12.2004], содержащий ключевой элемент в цепи из последовательно соединенной резонансной катушки индуктивности, один вывод которой присоединен к выходу ключевого элемента, а другой – к потенциальной обкладке конденсатора резонансного контура, присоединенной к катоду обратно-смещенного рекуперативного диода и выводу катушки индуктивности выходного фильтра, другой вывод которой соединен с потенциальной обкладкой конденсатора выходного фильтра, а анод рекуперативного диода и другие обкладки конденсаторов резонансного контура и выходного фильтра объединены и присоединены к общей шине преобразователя. Вход преобразователя напряжения подключен к первичному источнику энергии (ПИЭ), а выход – к сопротивлению нагрузки (Rн).

К недостаткам аналога можно отнести наличие обратно-смещенного рекуперативного диода и, как следствие, увеличение выделяемой мощности потерь на этом диоде.

Близким по схемотехническим решениям является выбранный в качестве прототипа квазирезонансный преобразователь напряжения с повышенным КПД [RU 2637813 C1, 14.06.2016]. Данный преобразователь имеет в своем составе первичный однотактный инвертор, импульсный трансформатор, выпрямитель с синхронным ключом и схемой управления, резонансный контур, индуктивно-емкостной фильтр. Начало вторичной обмотки трансформатора соединено с анодом выпрямительного импульсного диода, катод которого соединен с одной из обкладок конденсатора резонансного контура и со стоком МДП-транзистора, исток которого соединен последовательно через датчик тока со второй обкладкой конденсатора и с концом вторичной обмотки трансформатора, к стоку МДП-транзистора подсоединен один конец дросселя выходного фильтра, второй конец которого соединен с одной из обкладок конденсатора фильтра, вторая обкладка последнего соединена с концом вторичной обмотки трансформатора, выходы с датчика тока и с датчика напряжения, где вход последнего подсоединен параллельно вторичной обмотке трансформатора, поступают на вход формирователя уровня, сигналы с выхода которого поступают на логическое устройство, формирующее импульс управления, выход которого подается на драйвер управления, выходной сигнал которого поступает на затвор МДП-транзистора.

К недостаткам аналога стоит отнести наличие выпрямительного диода, включенного во вторичной обмотке импульсного трансформатора, который вносит потери, увеличивающиеся при увеличении тока нагрузки.

Задача – снижение потерь в выпрямительной цепи преобразователя и повышение КПД.

Поставленная задача решается тем, что в квазирезонансный преобразователь, имеющий в своем составе однотактный преобразователь, трансформатор, резонансный колебательный контур, синхронный выпрямитель, построенный на МДП-транзисторе, датчик тока, блок управления, выходной фильтр, дополнительно введен МДП-транзистор, заменяющий выпрямительный диод.

Фиг. 1 - Структурная схема квазирезонансного преобразователя.

Преобразователь состоит из однотактного преобразователя 1 с собственной схемой управления 2, импульсного трансформатора 3, резонансного колебательного контура, образованного резонансной индуктивностью 4 и резонансным конденсатором 5, МДП-транзистора синхронного выпрямителя 6, дополнительного МДП-транзистора 7, датчика тока 8, блока управления 9, выходного фильтра, образованного дросселем 10 и выходным конденсатором 11.

Представленная схема преобразователя работает следующим образом.

В начальный момент цикла накопления энергии в резонансной индуктивности 4 открываются транзисторы прямоходового преобразователя 1, построенного по классической схеме «косой мост», а также дополнительный МДП-транзистор 7, заменяющий выпрямительный диод в прототипе. Начинается процесс накопления энергии в резонансной индуктивности 4, при этом ток в резонансной индуктивности 4 линейно возрастает, и его величина отслеживается датчиком тока 8. С учетом того, что резонансная индуктивность 4 и резонансный конденсатор 5 образуют резонансный колебательный контур, то процесс снижения тока резонансной индуктивности 4 и рост напряжения на резонансном конденсаторе 5 происходят по синусоидальному закону. При снижении тока резонансной индуктивности 4 до нуля транзисторы преобразователя 1 и дополнительный МДП-транзистор 7 закрываются, в этот момент начинается процесс разряда емкости резонансного конденсатора 5 на выходной конденсатор 11 через дроссель 10 и размагничивание сердечника импульсного трансформатора 3. При этом МДП-транзистор синхронного выпрямителя 6 открывается в тот момент, когда напряжение на резонансном конденсаторе 5 достигает своего минимума, до окончания рабочего периода дроссель 10 разряжается на выходной конденсатор 11 через открытый МДП-транзистор синхронного выпрямителя 6, затем цикл накопления и сброса энергии повторятся. Дроссель 10 и выходной конденсатор 11 образуют собой фильтр низких частот. Длительность цикла накопления энергии в резонансной индуктивности 4 определяется параметрами нагрузки по напряжению и потребляемому току через петли соответствующих обратных связей.

Встроенный встречно параллельный диод в дополнительном МДП-транзисторе 7 не будет оказывать влияния на работу преобразователя в связи с тем, что данный диод шунтируется низким динамическим сопротивлением открытого канала, т.е. диод заперт и при возникновении отрицательной полуволны диод остается закрытым, т.к. на него воздействует обратное запирающее напряжение. Управление МДП-транзистором синхронного выпрямителя 6 и дополнительным МДП-транзистором 7 осуществляется относительно единого узла цепи.

Изобретение относится к преобразовательной технике. Техническим результатом является снижение потерь в выпрямительной цепи преобразователя и повышение КПД. Для этого предложен преобразователь, который содержит в своем составе однотактный преобразователь, подключенный выходами к входам трансформатора, подключенного к резонансному колебательному контуру, состоящему из резонансной индуктивности и резонансного конденсатора, синхронный выпрямитель, построенный на МДП-транзисторе, установленный между точкой соединения резонансной индуктивности и резонансного конденсатора с одной стороны и первым входом блока управления с другой стороны, датчик тока, подключенный к выходу трансформатора и к второму входу блока управления, при этом к третьему и четвертому входам блока управления подключены ветви трансформатора, а первый выход блока управления подключен к МДП-транзистору, и выходной фильтр. При этом установлен дополнительный МДП-транзистор, подключенный между выходом трансформатора и выходным фильтром, при этом вход дополнительного МДП-транзистора подключен ко второму выходу блока управления. 1 ил.

Квазирезонансный преобразователь напряжения, содержащий в своем составе однотактный преобразователь, подключенный выходами к входам трансформатора, подключенного к резонансному колебательному контуру, состоящему из резонансной индуктивности и резонансного конденсатора, синхронный выпрямитель, построенный на МДП-транзисторе, установленный между точкой соединения резонансной индуктивности и резонансного конденсатора с одной стороны и первым входом блока управления с другой стороны, датчик тока, подключенный к выходу трансформатора и к второму входу блока управления, при этом к третьему и четвертому входам блока управления подключены ветви трансформатора, а первый выход блока управления подключен к МДП-транзистору, и выходной фильтр, отличающийся тем, что установлен дополнительный МДП-транзистор, обеспечивающий снижение потерь при коммутации тока за счет меньшего динамического сопротивления канала, причем дополнительный МДП-транзистор подключен между выходом трансформатора и выходным фильтром, при этом вход дополнительного МДП-транзистора подключен ко второму выходу блока управления.