Преобразователь постоянного напряжения Советский патент 1987 года по МПК H02M3/335 

113

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитания для преобразования и регулирования постоянного напряжения.

Цель изобретения - уменьшение массы и габаритов преобразователя.

На фиг.1-3 показаны принципиальные схемы преобразователя, примеры исполнения; на фиг.4 - диаграммы токов и напряжений в основных цепях преобразователя.

Преобразователь постоянного напряжения по фиг.1 содержит входные выводы 1 и 2, силовой транзистор 3, силовой трансформатор 4, первичная обмотка 5 которого В1слючена в последовательную цепь с транзистором 3 и блокирующим диодом 6. Вторичная обмотка

7трансформатора 4 через вьтрямитель

8и фильтр 9 подключена к выходным выводам 10 и 1 преобразователя. Защитная CD-цепочка, состоящая из сое- динен1-1ых последовательно конденсатора 12 и демпфирукщего диода 13, подключена параллельно первичной обмотке 5. Преобразователь содержит также рекуперационный двухобмоточный дроссель I4, первичная обмотка 15 которого подключена между точкой соединения конденсатора 12 и демпфирующего диода 13 и точкой соединения блоки- ру(яцего диода 6 и транзистора 3, а вторичная обмотка 16 через рекуперационный диод I7 подключена к выходным выводам 10 и П преобразователя о

Согласно схеме по фиг.2 преобразователь содержит те же элементы, однако силовой транзистор 3 включен между входным выводом 1 и точкой соединения первичной обмотки 5 и конденсатора 12,

i Б преобразователе по фиг.З в отличие от преобразователя по фиг.I защитная цепочка установлена параллельно цепи, образованной включенными последовательно дополнительным диодом 6 и транзисторным ключом 3, при этом конденсатор 2 соединен с входным выводом 2.

Преобразователь постоянного напряжения по фиг.1 работает следующим образом.

В момент t (фиг.4) поступает пер- вьп 4 отпирающий сигнал на транзистор 3, при этом последний открывается и напряжение входного источника через открывающийся диод 6 прикладывается

3 . 2

к первичной обмотке 5, Происходит передача энергии к нагрузке, подключенной к выходным выводам 10 и 11. Одновременно по цепи: входной вывод .

1 - конденсатор 12 - первичная обмотка 15 дросселя 14 - транзисторный ключ 3 - входной вывод 2, происходит заряд конденсатора 12 до напряжения источника питания, который заканчиБается к моменту t , Напряжение на конденсаторе 12 показано на эпюре 18 (фиг.4), напряжение на обмотке 15 - на зпюре 19, ток в обмотке .15 - на эпюре 20, ток транзистора 3 - на эпюре 21 (кривая 22). В момент t открывается демпфирующий диод 13 и ток первичной обмотки 15 замыкается в контуре: диод 13 - обмотка 15 - открытый диод 6. Напряжение на обмотке

15 ограничено разностью напряжений на открытых диодах 13 и 6 и близко к нулю.

В момент tj поступает запирающий

сигнал на транзистор 3 и он начинает закрываться. Однако ток обмотки 5 вспедствие его индуктивного характера мгновенно измениться не может и замыкается в контуре: демпфирующий

диод 13 - конденсатор 12 - обмотка 5. При этом конденсатор 12 сначала разряжается до нуля, а затем заряжается до обратного напряжения, аккуг улируя энергию, запасенную ранеее в обмотке

5. Величина обратного напряжения, равная амплитуде обратного напряже-: кия на обмотке 5 (эпюра 23), зависит от величины индуктивности рассеяния обмотки 5 трансформатора 4, от нагрузки преобразователя и от значения емкости конденсатора 12. Форма напряжения на транзисторном ключе 3 показана на эпюре 21 (кривая 24). В течение фронта нарастания напряжения

(интервал tj-t) диод 6, находившийся ранее в открытом состоянии, не успевает восстановить свое обратное сопротивление, в результате чего обмотка I5 остается зашунтированной и

не оказывает влияния на формирование траектории переключения транзистора 3. При необходимости для указанной цели может быть включен также дополнительный конденсатор 25 (показан

пунктиром на фиг.1), Далее после

закрытия блокирующего диода 6 возникает напряжение на обмотке 15 дросселя 14, которое трансформируется в его вторичную обмотку 16. Открывает313

ся рекуперационный диод 17, энергия дросселя 14 передается в нагрузку, напряжение на обмотке 16 ограничивается на уровне выходного напряжения преобразователя Напряжение на первичной обмотке 15 равно , где К - коэффициент трансформации между первичной 15 и вторичной 16 обмотками дросселя 14.

Таким образом, в течение интервала к транзисторному ключу приложено напряжение, равное сумме напряжения входного источника питания, обратного напряжения конденсатора 12 Upfp и напряжения на обмотке 15 K-Ug,. Величина K-Ug,, составляет 10-20% от Ujn , что определяется отношением интервала к длительности периода . работы преобразователя.

В момент tf поступает следующий отпирающий сигнал нМ транзисторный ключ 3.

В интервале tj-t происходит перезаряд конденсатора от напряжения oSf ° пит Р этом энергия, запасенная ранее в конденсаторе 1 2, передается в дроссель 14. Затем после закрытия транзистора 3 эта энергия передается в нагрузку. Таким образом, в течение открытого состояния транзисторного ключа 3 передача энергии в нагрузку идет по цепи: трансформатор 4 - выпрямитель 8 - фильтр 9, а в течение закрытого состояния - по цепи: дроссель 14 - диод 17. Это способствует снижению пульсаций выходного напряжения преобразователя.

Совмещенные эпюры тока и напряжения (кривые 22 и 24) на транзисторе 3 показывают, что динамические потери в нем могут быть сведены к минимуму. При включении скорость нарастания тока ограничена индуктивностью обмотки 5 трансформатора 4, а при выключении скорость нарастания напряжения ограничена перезарядом конденсатора 12.

В отличие от прртотипа в предлагаемом преобразователе рекуперациои- ный дроссель работает при переменном напряжении на обмотке (без подмагни- чивания), что уменьшает массу и габариты устройства.

Работа преобразователя по фиг.2 аналогична описанной.

34

Работа преобразователя по фиг.З отличается от описанной тем, что в нем конденсатор 12 во время открытого состояния транзистора 3 разряжа- ется до нуля, а во время закрытого состояния заряжается до напряжения, равного сумме напряжений , , Ugb.y, т.е. конденсатор 12 работает при однополярном напряжении на его выводах.

Формула изобретения

1.Преобразователь постоянного напряжения, содержащий по меньшей

мере один силовой транзистор, соединенный с входными выводами преобразо- вателя через первичную обмотку силового трансформатора, вторичная обмотка которого через выпрямитель и

фильтр подключена к выходным выводам преобразователя, защитную CD-цепочку из последовательно соединенных конденсатора и демпфирующего диода,

включенную в цепь первичной обмотки силового трансформатора, и рекуперационный двухобмоФочный дроссель, первичная обмотка которого одним выводом подключена к точке соединения

конденсатора и первого вывода демпфирующего диода CD-цепочки, а вторичная обмотка через рекуперационный - диод подключена к выходным вьшодам преобразователя, отличающийс я тем, что, с целью уменьшения массы и габаритов, в цепь силового транзистора согласно-последовательно включен блокирующий диод, причем второй вывод демпфирующего диода соединен с одноименным первым выводом блокирующего диода, второй вывод которого соединен с другим выводом первичной обмотки рекупер-ационного дросселя..

2.Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что указанная CD-цепочка включена параллельно первичной обмотке силового трансформатора.

3.Преобразователь по п.1, о т - личающийся тем, что указанная CD-цепочка включена параллельно цепи, состоящей из силового транзистора и блокирующего диода.

Фиг.З

и.

пит W

t, ti

t3V

одо 19

n

1317593

1

,

Редактор А.Огар

фиг.

Составитель В.Моин Техред м.Ходанич

Заказ 2431/52 Тираж 660Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

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

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

Корректор С.Черни

«.«..«.w.««.«« ««-i«

Изобретение относится.к электротехнике и может быть использовано в- системах вторичного электропитания для преобразования и регулирования постоянного напряжения. Цель - уменьшение массы и габаритов. Устр-во содержит силовой транзистор 3, через первичную обмотку 5 силового трансформатора 4 и диод 6 подключенный к входным выводам. Вторичная обмотка 7 подсоединена через выпрямитель 8 и фильтр 9 к выходным выводам. Обмотка 5 и диод 6 зашунтированы последовательной цепью, состоящей из конденсатора 12 и обмотки 15 рекуперацион- ного дросселя, обмотка 16 которого через диод 17 подсоединена к выходным выводам. Данное выполнение демпфирующей цепи из конденсатора 12, диода 13 и дросселя 14 позволяет . обеспечить работу дросселя 14 без подмагничивания. При включении скорость нарастания тока ограничена индуктивностью обмотки 5, а при выключении,- током перезаряда конденсатора 12. 2 з.п. ф-лы, 4 ил. «е сл г о(р1/г.1