Преобразователь постоянного напряжения в постоянное Советский патент 1983 года по МПК H02M3/335 

О)

а Иэобретекяв отвосвтся к областв во точвнков вторвчвого апектрьшпганвя в мо жет быть вспольэоЬаво в качестве всточ явке пнтанвя электрет в радвоалпаратуры, а также устройств связв. Известны нмпупьсные высокочастот. вые стабюшзаторы постоавво1Х напряжения, сзодержашве регупврующий элемент, блок упрввлеввя, дроссель фвльтра, ком утвруюпшй диод в вспомогательный Дроссель lj В . Недостатком sTiax стабилизаторов лоcTjOflHBoro нал1покенвя являртся большш размеры вспомогательвого дросселя, а также большве размера элементов, обео печиваюшвх размагннчвванве его сердечЕшка, так как вышеуказанный дроссель работает в рехсвме подмагнвчиванвя постоянным тсжом. Навболее блвзквм к вэобретенвю по технвческой сущвсмгтв является преобра зователь постоя ввого вапряжеввя в постоянное, содержашвй подключенные управляющими входами к блоку управления две однотактиые преобразовательные ячейки, каждая из которых включает в себя силовой травсформатсф с вторвчной обмоткой, подключенной к выпрямвтельвому диоду, связанвых с общим кондеен caTopcevi фильтра, подсоедивевиогч) к вы ходным выводам, шунтирующий диод, дроссель фильтра Сз}. К недостатку этого преобразователя следует отнести большие габариты дроссе ля выходного диод111 ивдуктивно -емкостш го фильтра, так как габариты дросселя пропорциональны квадрату величины тока по/Шагиичивания, а {ерез выпюуказац ный дроссель течет весь тек нагрузки преобраз ателя. Еще одиим недостатком указаноого преобраз жателя являются большие коммутационные перегрузки в сшкжых транзисторах в диодах преобразо вателя, проявляющиеся в ввде малых по длительности, ж больших .по величине импульсов тока, вызванные конечным временем пер лючения диодов преобразо вателя, что приводит к большим габаритам теплоотводящих радиаторов указанных элемента, а также к синжевию надежности и. КПД преобразователя. Кроме того, при протекатга импульсов токовых перегрузок в паразитных элементах преобразователя, каковыми являются емкост монтажа, индуктивности монтажа, кв дуктивности рассеяния силовых трансформаторов и др., происходит накопление .энергии, которая после окончания процессов переключения двоаов преобразователя приводит к возникновению EUCOKC- частотных колебаний с частотой, намного превышающей частоту коммутации преобразователя. Эти ВЧ колебания проникают на. выходные выводы преобразователя, а также излучаются в виде электромагнитной помехи, препятствующей нормальной работе рад воэлектронной аппа ратуры. Кремле того, неравномерное распределение среднего тока нагрузки между двумя однртактными преобразователями (он распределяется обратно пропорпиоиально выходным сопротивлениям одшэтактных преобразователей) может быть причиной снижения надежности преобразовать ля. Целью изобретения является упучшвиве весогабаритных показателей, КПД, надежности и улучшение качества выходvoro напряжений. Поставленная цель достигается тем, что в преобразователе постоянного напряжения в постоянное соединенные управляющими входами с блоке управления два однотактных преобразователя напряжения, каждый из которых включает в себя силовой трансформатор со вторичной обмоткой, подключенной к выпрямительному диоду, работающих противофазво на общий выходной конденсатор преобразователя, к выходным выводам которЬго подключена нагрузка, каждая из однотактнык преобразовательных ячеек имеет индивидуальный дроссель фильтра и шунтирующий диод, кроме того, введен миогообМоточный дроссель, каждая вз четырех первичных обмоток которого включена последователыю с соответствующими выпрямительным и шунтирующим диодами одютактных преобразователей, а втори ная обмотка подключена к дополнитель ному резистору. При этом напряжение на дополнительно введенном резисторе может служить входным сигналом Для защиты преобразователя от токов перегрузок. На фиг. 1 приведена схема преобразователя постоянного напряжения в аостоя вое; на фиг. 2 - временные диаграммы, отображающие работу преобразователя для случая, когда все первичные обмот KB введенного многогабаритного дросселя имеют равное число витков. Преобразователь постоянного напр жения в постоянное содержит соединенные управляющими входами с блоком 1 управпенвя две оанотактк е преобразо тельные ячейки. Первая одвотактная прео6раа шатель ная ячейка состоит из коммутирующего травзистора 2, силового трансфогматора 3, содержащего первичную, обмотку 4 в вторичную обмотку 5, вьщрямкгельвого двода 6, соединенного с дросселем ра 7 и щунтируюпшм диодом 8. Вторая однотактная преобразовательная ячейка состоит из коммутирующего Т1равзистора 9, выходная иепь которсго подключена к силовому трансформатору 1О, содержащем первичную обмотку 11 и вторичную обмотку 12, соединенную с выпрямительным диодом 13, соединенным с дроссе« леи фильтра 14 и шунтирующим диодом 15. Обе однотактные ячейки работают противофеюно на общий выходной конде сатор 16, к выходным выводам которого подключена нагрузка 17. Преобразовател постоянного напряжения в постоянное содержит также мвогро оточный дрос- сель 18 с четырьмя первичными обмотками 19-22, соответственно, и одной вторичной обмоткой 23, подключенной к дополнительному резистору 24. Коммутирующие транаисто 2 и 9. включаются попеременно, ,так как упра&лякядее напряжение на их базах сдвинут по фазе на 180 относительно друг друга. В момент времени -Ь положительный импу7а с напряжения, подаваемый на базу включает коммутнрующий транзистор 2, ылпрямительный диод 6 начинает проводить, н энергия поступает на дроссель фильтра 7, .Ёыходной конденсатор 16 и нйгрузку 17 преобразователя. В момент поступления импульса напряжения на баз коммутирующего травзистора 2, он открывается, в поскольку шунтирующий диод 8 из-за иверцвонностн не может Мгновенно Емключвться, возникает отбро коллекторного тока транзистора 2. В случае отсутствия введенного дополнительно маогоо оточнотхэ дросселя 18 выброс коялекторнотх) тока к и««мутирующего транзистора 2 определяется только коэффициентом его насыщения, индуктивностью рассеяния силового трансформато ра 3, приведенной к первичной обмотке вапр юкенвя, и BHyTpeHHtovi сопротивленЕьеМ первичногч} источника постоянного то в может намного превышать максималх но допустимое значение коллекторного . Кроме того, при в коммутиру шем транзисторе 2 возникают большие инамические потери. Так как в предлагаемый преобразователь постоянного напряжения в постоянное введен дополнительно многообмоточный дроссель 18, амплитуда выброса оллекторного тока к лмутирующего TpaEtзистор 2 ограничена индуктивностью его первичных обмоток 19 и 2О. В момент времени /{ заканчивается пропесс рассасывания неосновных носителей в р-п переходе шунтирующего двода 8 и обусловленный этим выброс коплекторвого тока к(шутирующего траязястс 2. На интервале времени (bijr--i происходит намагничивание сердечника мвогообмоточюго дросселя 18 в прямом направлении токами выпрямительного РВКО Q и шунтирующего диода 15, так как они создают в сердечнике дросселя 18 магнитные потока одного знака. На интервале времени (t.-t) на допопнительно введенном резисторе 24 вознв кает падение напряжения, 1фопорпионапыное велвчинам токов, протекающвм по перввчным обмоткщу 19 и 22 многоо&моточного дросселя 18 в коэффипиевргу трансформации межДу вторичной обмоткой 23 и вышеуказанными обмотками 19 в 22-. Таким образом, на интервале времевв (.- Ьа) мно хх бмоточный дроссель ренботает как токовый трансформатор. В момент времени Ь) импульс напряжения на базе коммутирующего травзистора 2 становится равным нулю, траввиотор 2 выключается, напряжение на дроо селе фильтра 7 меняет свой знак, открывается шунтирующий диод 8, и часть энергии, накопленной в дросселе фильтре 7, начинает передаваться в нагрузку пр& образователя 17. На.интервале времени () часть энергии, накопленной в дросселях фильтра 7 и 14 через шунтирующие диоды 8 и 15, через первичные обмотки Многообмоточного дросселя 2О и 22 передается в нагрузку преобразователя. Токи, текущие через обмотки 20 и 22 многообмоточного дросселя, на интервале (ta,--t) создают Bi его сердечнике магнитные потоки, равные по величине, во противоположные по знаку, так, что суммарный потек в сердечнике дросселя 18 и напряжение на вторичной его обмотке 23 равны нулю. В момент времени fe подается положительный импульс на базу коммутирующего транзистора 9, включая его, выпрямительный диод 13 начНнает 1 проводить, и энергия через дростгель фильтра 14 поступает на вы содной конденсатор Д 6 и нагрузку 17 преобразователя. На интервале () в коллектораном токе коммутирующего транзистора, а также в токе выпрямительного диода 13 возникает выброс, обусловленный инерционностью шунтируюгаего диода 15 и ограниченный индуктивностью первичны обмоток 21 и 22 многообмоточного дросселя 18. На интервале времени ( Щх исходит обратное перемагничиваше се{ дёчника многообмоточного дросселя 18 токами, текущими по первичным обмоткам 21 0 2О и создающими в сердечнике дросселя магнитные потоки одно1Х знака. На интервале времени (--Ь) дроссель 18 работает как токовый транс форматор, и на резисторе 24 возникает падение напряжения. В момент времени fc-j коммутирующий транзистор 9 выключается, напряжение на дросселе фильтра 14 меняет свой знак, открывается шу тирующий диод 15, и часть энергии, накопленной в дросселе 14, начинает передаваться в нагрузку преобразователя На интервале времени () теку токи по шунтирующим диодам 15 и 8 по первичным обмоткам 20 и 22 многообмоточного дросселя 18, создающие в сердечнике указанного дросселя компек сирующие друг друга магнитные потоки, Таким образом, на интервалах времен (tj--t) и () многообмоточный дроссель работает как токовый трансфор матор, и напряжение на дополнительно щвеаенном резисторе может служить сигйалом для токовой защиты преобразовате ля. 676 Таким образом, введенный дополнитель но многообмоточный дроссель работает в режиме без подмагничивания постоянным током, а габариты его во много раз меньше, чем в известных преобразователях на пряжения, что позволяет уменьшить габариты выходного фильтра преобразователя. Каждый дроссель фильтра предлагаемого преобразователя рассчитывается на ток подмагничивания, равный половине тока нагрузки преобразователя. Уменьшение токовых перегрузок, возникающих иэ-за конечного времени переключения силовых диодов, позволяет уменьшить потери на переключение в элементах пре образователя, тем самым повысить весогабаритаые показатели, надежность и коэффициент полезного действия преобразователя. Уменьшение токовых перегрузок в элементах преобразователя уменьшает нежелательные помехи, создаваемые преобразователем в других цепях радиоэлектронной аппаратуры, а также дает воэмохность.повышать частоту переключения коммутирующих транзисторов, что ведет также к уменьшению габаритов и веса преобразователя. Кроме того, введение дополнительно многообмоточного дроссе- ля в преобразователь напряжения симметрирует выходные сопротивления : щих в него однотактных преобразователей, так как вышеуказанный дроссель в интервалы времени, соответствующие протеканию токов через выпрямительные диоды,работает как токовый трансформатор, и на его первичных обмотках возникает падение напряжения, пропорциональное токам таких диодов, за счет этого исключаются перегрузки по току коммутирующих транзисторов и повышается надежность преобразователя.

Фиг1

/

%

а,

а

Jс

л

1ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ, оодержЕЦЦий подключенные управляюпщмв вводами к блоку управления две одно тактные преобразовательные ячейки, каждая из KOToptdx включает в себя силовой трансформатор с вторичной о откой 1юаключенной к аыпрямительвому диоду, свян занные с общим коидевсаторсм фильтра, подсоединенным к выходш выводам шунтирующий диод, дроссель фвпьтра, о т личаю.щийся 1«м, что, с папыо улучшения весогабаритных пжазателвйу. КПД, шцежюств и улучшения качества выходного напряжения, каждая вз одвотактных преобразовательных ячеек вмеет индивидуальный дроссель фильтра и шу тщ ующий двод, а кроме того, введен многообчютсчный дроссель, каждая вз четырех пе1швчвых o OTCoi; которого слючена последовательво с соответствующвмв выпрямительным в шунтвруюпшм дшдамв, СО а его вторичная обмотка попключева к введенному резистору.. 2. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что введенный р&а е зистор использован в качестве датчика |тока, 1К дооедвненю1х к &юку управления.