Преобразователь постоянного напряжения Советский патент 1986 года по МПК H02M7/5387 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в источниках вторичного электропитания систем радиотехники, автоматики и вычислительной техники.

Цель изобретения - улучшение качества выходного переменного напряжения путем формирования стабилизированного напряжения с формой, близкой к синусоидальной.

На фиг. 1 приведена схема предлагаемого преобразователя; на фиг. 2 - осцил- лограммы на элементах преобразователя, поясняющие принцип работы.

Инвертор содержит мостовой транзисторный инвертор 1 с транзисторами 2-5, первый и второй конденсаторы 6 и 7, первичные полуобмотки 8 и 9 выходного трансформатора 10, двухобмоточный дроссель 11, блок управления 12, шунтирующие диоды 13 и 14, конденсатор 15, третий диод 16. По цепи питания блок управления 12 подсоединен к входным выводам преобразователя (ие показан) и может быть выполнен по известной схеме генератора Роэра. Для уменьшения выбросов (пиков) напряжения на транзисторах мостового инвертора при их переключении параллельно конденсаторам могут быть включены в обратном направлении ди- оды.

На фиг. 2 изображены осциллограммы: Ui - напряжение на входе мостового транзисторного инвертора 1; Un - напряжение на обмотках дросселя 11; Ua - напряжение на обмотках выходного трансформатора 8 и 9; Ue, Uy - напряжение на конденсаторах 6 и 7; li - ток на входе мостового инвертора 1; Ii2, Ii5 - ток через диоды 12 и 15; Т - период коммутации транзисторов мостового инвертора 1.

Осциллограммы фиг. 2а соответствуют минимальному, а фиг. 26 - максимальному напряжению на входе преобразователя.

Преобразователь работает следующим образом.

На базы транзисторов 2, 5 и 3, 4 с вы- хода блока управления 12 поочередно поступают отпирающие импульсы. В этом случае в первую половину периода управляющего напряжения блока управления 12 ток проходит по цепи: от второго входного вывода преобразователя через вторую об- мотку дросселя 11, переход коллектор-эмиттер транзистора 5, первый конденсатор 6, обмотки 9 и 8 выходного трансформатора 10, второй конденсатор 7 (диод 13), переход коллектор - эмиттер транзистора 2 к первому входному выводу преобразователя. При этом первый конденсатор 6 заряжается, а второй конденсатор 7, заряженный в предыдущий полупериод, разряжается через обмотки 8 и 9, поскольку напряжение на втором конденсаторе 7 оказывается сложен- ным с входным напряжением преобразователя (Ue, и, фиг. 2). Во второй полупериод управляющего напряжения блока управления 12 ток проходит по цепи: второй входной вывод преобразователя, вторая обмотка дросселя 11, переход коллектор - эмиттер транзистора 4, второй конденсатор 7,об- мотки 8 и 9 выходного трансформатора ГО, первый конденсатор 6 (диод 14), переход коллектор - эмиттер транзистора 3, первый входной вывод преобразователя. При этом, второй конденсатор 7 заряжается, а первый конденсатор 6 разряжается через обмотки 8 и 9 выходного трансформатора 10 (U фиг. 2). В первый полупериод управляющего напряжения блока управления 12 при открытом состоянии транзистора 2 образуется также цепь разряда второго конденсатора 7 через третий диод 16 и первую обмотку дросселя 11 на полуобмотку 8 выходного трансформатора 10, а во второй полупериод управляющего напряжения при открытом состоянии транзистора 3 образуется цепь разряда первого конденсатора 6 через третий диод 16 и первую обмотку дросселя 11 на полуобмотку 9 выходного трансформатора 10. В результате ток в первичных полуобмотках 8 и 9 выходного трансформатора 10 меняет направление в сравнении с первым полупериодом, а на обмотках выходного трансформатора 10 формируется переменное напряжение с частотой, задаваемой блоком управления 12.

Параметры выходного трансформатора 10 (число витков полуобмоток 8 и 9 и сечение магнитопровода) выбираются таким образом, что в каждом полупериоде выходного напряжения создаются условия насыщения сердечника выходного трансформатора 10 при разряде конденсаторов 6, 7, 15 на первичную обмотку выходного трансформатора 10. Общая емкость конденсаторов 6, 7 и 15 выбрана таким образом, чтобы с индуктивностью первичной обмотки выходного трансформатора 10 образовался контур, настроенный на частоту собственных колебаний, близкую к частоте напряжения блока управления 12, т.е. конденсаторы 6, 7, 15 и выходной трансформатор 10 образуют стабилизатор напряжения с феррорезонансом напряжений, в котором за счет возможности разряда конденсаторов 6 и 7 через транзисторы 3 и третий диод 16 и первую обмотку дросселя 11 на полуобмотки 8 и 9 созданы условия гарантированного насыщения выходного трансформатора 10 и условия «мягкого ввода феррорезонансного стабилизатора в рабочий режим. Поэтому на обмотках выходного трансформатора 10 поддерживается неизменное по величине среднее за полупериод значение напряжения.

Форма выходного напряжения определяется переходными процессами в цепях, содержащих емкости (конденсаторы 6, 7, 15) и индуктивности (дроссель 11 и трансформатор 10). В моменты коммутации транзисторов моста 1 (О, л, 2л,... фиг. 2) напряжение на его входе плавно нарастает и определяется индуктивностью дросселя 11 и величиной входного напряжения, при этом напряжение на соответствующем заряженном конденсаторе 7(6) до величины входного постоянного напряжения оказывается сложенным с напряжением на входе моста и поступает на первичную обмотку выходного трансформатора 10. В результате формируется импульс входного тока (Ij фиг. 2), который определяет насыщение сердечника выходного трансформатора JO. По мере уменьшения напряжения на обмотках дросселя 11 конденсаторы 6 и 7 разряжаются через третий диод 16 на соответствующие полуобмотки 8 и 9 и ток на входе мостового инвертора 1 уменьшается (моменты времени т J,TJ ,Тз фиг. 2). В момент окончания формирования отрицательной полуволны выходного напряжения заряд первого конденсатора 6 продолжает осуществляться через шунтирующий диод 14 («1, а2, Iis, фиг. 2) за счет увеличения напряжения на входе мостового инвертора 1 (Ui фиг. 2). При формировании противоположной (положительной) полуволны выходного напряжения первый конденсатор 6, перезаряжаясь, отдает энергию в нагрузку через шунтирующий диод 13 и дроссель 11, поэтому в моменты времени t,-г, tj-2Г входной ток 1 уменьшается до нуля. Из принципа работы следует, что напряжение на нагрузке имеет форму, близкую к синусоидальной с плавным переходом через ноль напряжения и стабилизировано по среднему значению. Уменьшение третьей и пятой гармоник выходного напряжения может быть осуществлено известными средствами -

включением на выходе инвертора соответ

ствующих фильтров.

Таким образом, транзисторный мостовой инвертор 1, конденсаторы 6, 7, 15 диоды 13 14, 16 дроссель 11 и трансформатор 10 образуют схему феррорезонанс- ного стабилизатора напряжения, который обеспечивает также уменьшение коммутационных потерь на транзисторах инвертора. Такой феррорезонансный стабилизатор

напряжения работает в широком диапазоне пределов изменения входного напряжения. Верхний допустимый предел входного напряжения практически определяется допустимым напряжением на транзисторах мостового инвертора и допустимым напряжением на конденсаторах 6 и 7 и при тех же массо- габаритных характеристиках, что и известные стабилизаторы с феррорезонансом токов, позволяет в 1,5 раза увеличить допустимый (рабочий) диапазон изменения входного напряжения.

, 0 0

5

0

Формула изобретения

Преобразователь постоянного напряжения, содержащий четыре транзистора, включенных попарно-последовательно, выходной трансформатор, крайние выводы первичных полуобмоток которого подключены к первым выводам первого и второго конденсаторов, и блок управления, отличающийся тем, что, с целью улучшения качества выходного напряжения путем формирования стабилизированного напряжения с формой, близкой к синусоидальной, в него введены третий конденсатор, подключенный параллельно указанным первичным полуобмоткам выходного трансформатора двухобмоточный дроссель, первый и второй шунтирующие диоды, подключенные анодами к крайним выводам первичной обмотки выходного трансформатора и параллельно соответственно первому и второму конденсаторам, и третий диод, подключенный анодом к первому входному выводу преобразователя, а катодом соединенный через первую обмотку введенного двухобмоточного дросселя с общим выводом первичных полуобмоток выходного трансформатора, причем вторая обмотка двухобмоточного дросселя включена между вторым входным выводом преобразователя и мостовым инвертором, образованным из упомянутых транзисторов, а вторые выводы первого и второго конденсаторов подключены к диагонали переменного тока мостового инвертора.

difjr

сКгЗГ

all зг

з(г ззг

cfJua.Z

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано во вторичных источниках электропитания. Цель изобретения - улучшение качества выходного переменного напряжения путем формирования стабилизированного напряжения с формой, близкой к синусоидальной. Параметры трансформатора (Тр) 10 выбираются таким образом, что в каждом полупериоде выходного напряжения создаются условия насыщения сердечника Тр 10 при разряде конденсаторов 6, 7, 15 на первичную обмотку Тр IO. Общая емкость конденсаторов 6, 7 и 15 выбрана таким образом, чтобы с индуктивностью первичной обмотки Тр 10 образовался контур, настроенный на частоту собственных колебаний, близкую к частоте блока управления 12. Конденсаторы 6, 7, 15 и Тр 10 образуют стабилизатор напряжения с феррорезонансом напряжений. За счет возможности разряда конденсаторов 6 и 7 через транзистор 3, диод 16 и первую обмотку дросселя 11 на полуобмотки 8, 9 созданы условия гарантированного насыщения Тр 10 и условия «мягкого ввода стабилизатора в работу. 2 ил. i (Л /J гС) to ел 00