Преобразователь напряжения Советский патент 1983 года по МПК H02M7/537 H02M3/335 

Изобретение относится к вторичным источникам питания. Известны преобразователи напряже ния , содержащие полупроводниковые ключи. Переключающиеся на повышенной частоте, что приводит к возникновению высокочастотных помех, кото рые оказывают влияние на устойчивость работы как самих преобразователей, так и потребителей питания. Для устранения указанных радиопомех используются известные методы (например, фильтрация) f1J и C2j Недостаток известных методов , устранения радиопомех заключается в увеличении массы и габаритов преобразователей. Наиболее близким техническим решением к изобретению является преобразователь напряжения, содер.жащий сглаживающий фильтр, выходом подключенный к полупроводниковому ключу и последовательно соединенному трансформатору с двумя одинаковыми первичными обмотками, причем одна 43 первичных обмоток подключена одним концом к положитель. входному выводу преобразовател а вторичные обмотки соединены с выходными выводами С3 Недостаток известного устройства заключается в наличии специальных фильтрйв, увеличивающих массогабари ные показатели, Целью изобретения является улучшение, массогабаритных показателей путем уменьшения уровня радиопомех без использования специальных фильт ров. Для достижения поставленной цели в преобразователе напряжения, содер Жс1щем сглаживающий фильтр, выходом подключенный к полупроводниковому ключу и последов ате Jib но соединенном трансформатору с двумя одинаковыми первичными обмотками, причем одна и первичных обмоток подключена . одним Концом к положительному выводу преобразователя, а вторичные обмотки соединены с выходными выводами, пе вичная обмотка трансформатора соеди нена другим концом с одним выводом полупроводникового ключа, второй вы вод которого -соединен с первым концом второй первичной обмотки, а вто рой конец обмотки - с отрицательным входным выводом. На фиг, 1 изображена блокгсхема преобразователя напряжения на фиг. 2- эквивалентная схема преобразователя с учетом паразитных связей. Преобразователь напряжения содер жит сетевой выпрямитель 1, сглаживги ший фильтр 2, полупроводниковый клю 3с последовательно соединенным тра форматором,4 с двумя одинаковыми первичными обмотками 5 и б и вторич ными обмотками 7 и 8, согласно-посл довательно или параллельно подклю ченными к выходным выводам преобразователя. В эквивалентную схему (фиг. 2) введены комплекснь сопротивления 9 и 10 каждого провода сети переменного тока относительйо земли, комплексное сопротивление 11 между проводами сети переменного тока со стороны устройства электропитания, комплексные сопротивления 12 и 13 выпря-; мительных диодов, комплексное сопротивление 14 сглаживающего фильтра, комплексные сопротивления 15 и 16 трансформаторов со стороны первичных обмоток, комплексное сопротивление 17 транзистора, комплексные сопротивления 18 и 19 между положительной и отрицательной шиц.ами источника питания относительно корпуса устройства, комплексные сопротивления 20 и 21 коллектора и эмиттера электронного ключа относительно корпуса устройства, комплексное сопротивление 22 корпуса устройства относительно земли, корпус 23 устройства. Входное переменное напряжение преобразуется сетевым выпрямителем 1 в постоянное напряжение и поступает на сглаживающий фильтр 2. При периодическом замыкании и размыкании полупроводникового ключа 3 с повшиенной частотой к первичным обмоткам 5 и 6 трансформатора 4 прикладывается напряжение сглаживающего фильтра 2. Переменное напряжение с вторичных обмоток 7 и 8 трансформатора 4, включенных согласно-последовательно или параллельно, поступает потребителю. Основной причиной возникновения радиопомех являются скаЦки тока или напряжения, а источником радио-г помех могут быть как активные, так. и пассивные элементы, например трансформаторы и дроссели. Гармонические составляющие напряжения и тока, возникающие при работе полупроводникового ключа 3, распрост раняются через паразитные емкости между выводами полупроводникового ключа 3 с присоединенными к нему элементами и корпусом устройства . электропитания, которое (по технике безопасности) изолировано от сети переменного тока. Корпус преобразова теля напряжения и питаюшие провода представляют собой противовес и антенну, между которыми включен генератор помех, вырабатывающий широкий спектр частот. Под радиопомехой понимается помеха в диапазоне радиочастот и разделяют ее на симметричную и иесимметричную. В данном преобразователе напряжения рассматривается подавление нессиметричной ращиопомехи, которая может

воздействовать на приемное устройство как по проводам, так и путем элетромагнитного излучения сетевыми Проводами. Именно этот вид радиопомех наиболее трудно устранить из вестными методами (например, фильтрацией) без суиественного увеличения габаритов и веса устройства.

Предположим, что транзистор идеальный элемент, то есть в открытом состоянии сопротивление его равно нулю, а в закрытом - бесконечно. Как только транзистор открывается, к соп отивлениям 15 и 16 прикладывается напряжение сглаживающего фильтра (Бф), причем при равенстве сопротивлений 15 и 16 напряжения на них равны значению Бфг а полярности соответствуют указанным на фиг. 2.

Скачки напряжения на сопротивлениях 15 и 16 создают токи в паразитных сопротивлениях и сопротивлениях схемы.

При равных реактивных сопротивлениях 9 и 10, 12 и 13, 18 и 19, 20 и 21 сукмарный ток через реактивное сопротивление 22 равен нулю, а токи через реактивные сопротивления 9 и 10 и равны, и противоположны по направлению, и следовательно компен сируют ДРУГ друга относительно земл Отсутствие или компенсация токов между корпусом устройства и землей, а также между сетевыми проводами и землей является непременным условием отсутствия излучаетдх радиопомех

Ток через сопротивление 11, на котором выделяется напряжение симметричной проводной радиопомехи, не равен нулю. Следовательно, симмеричные проводные радиопомехи в изоб ретении не устраняются.

Если рассматривать в схеме фиг. ие идеальный, а реальный транзистор т.е. резистор сопротивления 8-0, то это отразится только на величиие токов, а остальные соотношения. такие же, как и для идеального/ транзистора.

При закрытом транзисторе к реактивным сопротивлениям 15 и 16 прикладываются равные напряжения . противоположного знака. В.еличины этих напряжений зависят от типа преобразователя, способа подключения нагрузки и ее характера. В преобразователях постоянного напряжения с прямым включением выпрямительного диода, то когда передача энергии происходит при открытом состоянии полупроводникового ключа, напряжение на реактивных сопротивлениях 15 и 16 близко к значению 1/2 Еф.

В преобразователях с .обратным включением выпрямительного диода энергия накапливается в транзисторе (дросселе) при открытом состояни полупроводникового ключа и поступает в нагрузку при закрытом ключе. Напряжение на первичной обмотке завсит от коэффициента :трансформации и величины напряжения на нагрузке и может принимать значения в пределах от нуля до бесконечности. .В реальных устройствах параметры трансФорматоров выбираются такими, чтобы напряжение при закрытом ключе было близко к значению 1/2 Еф,

Характер нагрузки электронного ключа (трансформаторов или дросселе не имеет значения. Не имеет зн;ачения и наличие паразитных параметров этих элементов, например индуктивности рассеяния, межвитковой или междуобмоточной емкостей, Важно лишь, чтобы все основные и паразитные параметры двух первичных обмоток трансформатора .(или дросселей)/ были одинаковыми, при этом обмотки могут находиться и на разных, сердечниках.

Для проводов, подходящих .к источ нику питания, количество трансформаторов не имеет значения, но со стороны источника питания количеств трансформаторов существенно, так как при этом внутри источника питания появляются дополнительные источники помех и пути распространения помех от этих источников, причем на интересующих участках (копус источника питания - земля, провод питания устройства - земля) радиопомехи компенсируются, что и является основной целью.

Таким образом, изобретение позволяет без помощи дополнительных фильтров обеспечить уменьшение уровня радиопомех без, увеличения массогабаритных показателей

Фш. 2

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий сглаживающий фнльт|р. выходом подключенный к полупроводниковому ключу и последовательно соединенному трансформатору с двумя одинаковыми первичными обмотками, причем одна из первычных обмоток подкл1йчена одним концом к положительному входному выводу преобразователя, а вторичные обмотки соединены с выходными выводами, о т л и ч а ю « и йс я тем, что, с целью улучшения массогабаритных показателей путем уменьшения уровня радиопомех без использования специальных фильтров, первичная обмотка трансформатора соединена другим концом с одним выводом полупроводникового ключа, второй вывод которого соединен с первьм § концом второй первичной обмотки, СП а второй конец обмотки с отрицательным входным выводом., ел Oi N о t/г./