Преобразователь постоянного напряжения в постоянное Советский патент 1986 года по МПК H02M3/335 

1

Изобретение относится к электротехнике и наибольшее применение может найти во вторичных источниках питания.

Цель изобретения - уменьшение динамических потерь энергии.

На чертеже схематически представлен преобразователь постоянного напряжения в постоянное.

Между входными зажимами 1 и 2 последовательно включены первичная обмотка 3 трансформатора 4 и регулирующий ключ 5, Параллельно обмотке 3 подключен дополнительный конденсатор 6 и цепочка из последовательно соединенных конденсатора 7 и блокирующего диода 8. Параллельно диоду 8 включен вспомогательный ключ 9, Управляющие входы ключей 5

9соединены соответственно с выходами логических схем И 1 О и 11 .Первые входы схем И 10 и 11 связаны каждый с одним из двух парафаэньпс выходов задающего генератора 12, а другие через инверторы (на фиг.1 они изображены совместно со схемами 10 и 11) соединены с выходными зажимами ключей 5 и 9 соответственно. Вторичные обмотки 13 и 14 через выпрямители 15, 16 и LC -фильтр

17 и 18 подключены к выходу преобразователя с нагрузкой 19. Параллельно дополнительному конденсатору 6 может быть подключен вспомогательный дроссель 20. Узел запуска 21 связан с управляющим входом регулирующего транзистора 5.

Преобразователь работает следующим образом.

В начале рассматривается работа схемы без учета вспомогательного дросселя 20. При этом предполагается, что емкость конденсатора 6 значительно меньше емкости конденсатора 7.Регулирующий 5 и всп могательный 9 ключ управляются синхронно и противофазно. Поэтому в выключенном состоянии регулирующего к люча 5 на входах логических схем

10и 11, связанных с выходами задающего генератора 12, действуют сигналы, соответствующие логическому нулю и единице. В таком состоянии преобразователя энергия, накопленная в магнитном поле сердечника трансформатора 4,. передается в фильтр 17, 18 и нагрузку 19 через прямосмещенный выпрямительный диод

249212

16. По первичной обмотке 3 трансформатора 4 и через конденсатор 7 на этом этапе работы протекает ток, закон изменения которого описывает5 ся выражением i Al(1-2i/tr), где - длительность паузы (время непроводящего состояния ключа 5). За полохситальное принято нап15авле- ние протекания тока tij от положи-,

10 тельной шины 1 к регулирующему ключу 5 . В первую половину указанного промежутка времени ток t замыкается через блокирующий диод Sj во вторую меняет направление и замыкаt5 ется через включенный вспомогательный ключ 9. Величина Д, определяется разностью пульсаций тока намаг- ничин1ания трансформатора 4 и пульсаций тока дросселя фильтра 17, при20 веденных х обмотке 3. Напряжения на конденсаторе 7, имеющем относительно большую емкость, и конденсаторе 6 равны между собой и определяются выражением Е (У ( 1-j), где

2fi Е - величина входного напряжения,а J- относительная (к периоду Т) длительность проводящего состояния ключа 5.

В момент изменения полярности

сигн;1лов на выходах задающего генератора 12 на выходе логической схемы 11, связанной с управляющим входом вспомогательного ключа 9, возникает сигнал логического нуля,

что приводит к запиранию ключа 9. Вследствие неидеальности реальных ключевых элементов неизбежно существуют задержки выключения и конечные скорости спада тока. Для уменьшения динамических потерь необходимо, задерживать фронт нарастания напряжения на вспомогательном ключе 9 и фронт нарастания тока регулирующего ключа 5. Эти процессы обеспечиваются наличием конденсатора 6 и логической схемы 10. Как следует из приведенного выражения, для тока I.-I при выключении вспомогательного ключа 9 () ток в первичной обмотке 3 трансформатора 4 равен-Aj. Уменьшение тока ключа 9 приводит к тому, что ток Ц начинает замыкаться через дополнительный конденсатор 6, осуществляя разряд

последнего, 1-4еньшение напряжения на регулирующем ключе 5 и замедленный рост напряжения на ключе 9. Включение ключа 5 блокируется логической

схемой 10, на выходе которой, связанном с управляющим входом ключа 5, действует сигнал логического нуля до тех пор, пока напряжение на ключе 5 не уменьшится до нуля, После этого на управляющем входе ключа 5 возникает сигнал логической единицы, так как на входе логическо схемы 10, связанной с выходом задающего генератора 12, также действует сигнал, соответствующий логической единице. Реально время разряда конденсатора 6 всегда существенно меньше периода переключения 1.Вследствие этого можно считать, что ток в первичной обмотке 3 трансформатор 4 на этом этапе не изменяется. При включении вспомогательного ключа 9 ток его уменьшается практически по линейному закону1д л1 (t-t/IT), где L - некоторая эквивалентная постоянная времени ключа 9, а ток разряда конденсатора 6 в соответствии с уравнением 1б -ujt /ЯГ. Поэтому изменение напряжения на конденсаторе 6 описывается выражением Л УС. Aj и в момент { это изменение составляет величинуuj t/2c. Отсюда по заданной величине дУс определяется емкость конденсатора 6, Полное время разряда конденсатора 6 при этом составляет

l CE/C-i- -uDcaoAIПри очередной смене полярности сигналов на выходах задающего генератора 12, связанных с входами логических схем 10 и 11, возникают соответственно сигналы логического нуля и единицы. При этом на выходе схемы 10 появляется сигнал логического нуля, что приводит к запиранию регулирующего ключа 5.Поскольку напряжение на конденсаторе 6 скачко не изменяется, напряжение на вспомогательном ключе 9 остается высоким, а на регулирующем ключе 5 - низким. Следовательно на управляющем (инверсном) входе логической схемы 11 действует высокий потенциал, а на ее выходе - сигнал логического нуля Поэтому вспомогательный ключ 9 остается в выключенном состоянии до тех пор, пока не начнет проводить блокирующий диод 8. Это происходит тогда, когда напряжение на конденсаторе 6, заряжающемся током-fflj. обмотки 3, достигнет напряжения на конденсаторе 7, определяемого ве2249214

личиной Е (( 1 - IJ ). Если пренебречь потоками рассеяния трансформатора 4, то процесс изменения напряжения на конденсаторе 7 здесь описывается 5 приведенными уравнениями.

Напряжение на дополнительном конденсаторе 6 при коммутациях ключей изменяется на величину Е /(1-). Значение емкости конденсатора 6 за- 10 висит от скорости изменения тока при выключении ключе й. При применении относительно низкочастотных ключей и при больших уровнях входного напряжения Е, в частности при работе 5 преобразователя от выпрямителей промышленной сети переменного тока,изменение заряда на конденсаторе 6 достаточно велико. Поэтому величина тока Л также достаточно велика. 20 Следовательно, при одной и той же постоянной составляющей тока намагничивания трансформатора 4, определяемой током нагрузки, необходимо увеличивать пульсации тока намагни- 25 чивания, что приводит к увеличению потерь в трансформаторе 4. С целью устранения этого параллельно дополнительному конденсатору 6 может быть включен дроссель 20. Поскольку пос- jQ тоянная составляющая напряжения на обмотке 3 трансформатора 4 за период работы I равна нулю, то дроссель 6 не имеет постоянного тока подмаг- ничивания, а двойная амплитуда пульсаций тока в нем составляет величи- HyEt-l/Lyp, где Lyp - индуктивность дросселя. При этом токДУ в приведенных выражениях должен быть увеличен на величину Е /SLap.

Таким образом, рассмотрена установившаяся работа преобразователя.

В начальный момент включения преобразователя выходная цепь ключа 5 находится под высоким потенциалом. Это препятствует прохождению включающего импульса от задающего генератора 12 через логический элемент 10 на управляющий вход ключа 5, поэтому для обеспечения первоначального включения ключа 5 узел запуска 21 формирует импульс, отпирающий указанный ключ. В дальнейшем работа схемы происходит по аналогично описанной, а узел запуска отключается.

40

45

55

Формула изобретения

1. Преобразователь постоянного напряжения в постоянное содержащий

трансформатор,первичная обмотка которого через perynHpiTonpu ключ подключена к входным зажимам, вторичные обмотки через выпрямители и LC -фильт подключены к выходу, параллельно одной из обмоток трансформатора подключена цепочка из последовательно соединенных конденсатора vf блокирующего диода, шунтированная вспомогательным ключом и задающий генератор с парафазными выходами, отличающийся тем, что, с целью уменьшения динамических потерь энергии в ключах, параллельно упомянутой цепочке включен дополнительный кон- денсатор, выходы задающего генераРедактор Н. Горват Заказ 1959/54

Составитель А. Селезнев

Техред И.Попович Корректор И. Муска

Тираж 631Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, )К-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная,4

6

тора связаны с управляющими входами регулирующего и вспомогательного ключей через введеннь е логические схемы И, а выходы ключей подключены к входам соответствующих логических элементов И через инверторы, при этом управляющий вход регулирующего транзистора связан также с узлом запуска.

2. Преобразователь по п.1, о т- личающийся тем, что, с целью уменьшения потерь в трансформаторе, параллельно дополнительному конденсатору включен вспомогательный дроссель,

Преобразователь постоянного напряжения в постоянное используется во вторичных истсу-шиках питания. Цель изобретения - уменьшение динамических потерь энергии. Устройство содержит трансформатор (Тр) 4, регулирующий ключ (РК) 5 и вспомогательный ключ (ВК) 9. РК 5 и ВК 9 управляются синхронно и противофаз- но. В первый момент ток от положи. 1 W 11 S 2 тельной шины 1 замыкается через конденсатор 7 и через блокирующий диод (БД) 8. При этом РК 5 не проводит ток. Далее ток меняет свое направление и идет через БК 9, В момент изменения полярности сигналов на выходах задающего генератора 12 происходит запирание ВК 9 с задержкой. Введение дополнительного.конденсатора (ДК) 6 и логической схемы И 10 задерживает фронт нарастания напряжения на ВК 9 и фронт нарастания тока РК 5, чем обеспечивается. уменьшение динамических потерь. Уменьшение тока ВК 9 приводит к замыканию тока через ДК 6. Осуществляется разряд ДК 6, уменьшение напряжения на РК 5 и замедленный рост напряжения на ВК 9. Включение РК 5 блокируется схемой И 10. Для уменьшения потерь в ТР 4 включен дроссель 20, Узел запуска 21 обеспечивает первоначальный пуск с последующим отключением, 1з.п. ф-лы, 1 ил. 17 i (Л ю 1чЭ 4 СО ND