Однотактный преобразователь постоянного напряжения Советский патент 1987 года по МПК H02M3/335 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в Системах вторичного электропитания и электропривода для преобразования и стабилизации постоянного напряжения.

Цель изобретения - повьшение качества входного напряжения путем уменьшения пульсаций входного тока.

На фиг. 1 и 2 показаны варианты выполнения принципиальной схемы.

Между положительным 1 и отрицательным 2 входными выводами преобразователя (фиг. 1) последовательно включены основная обмотка 3 с числом витков Wj входного дросселя 4, первичная обмотка 5 трансформатора 6 и разделительный конденсатор 7, причем между собой соединены концы обмоток 3-. и 5. С концом обмотки 3 соединен конец дополнительной обмотки 8 с числом витков Wg дросселя 4, а начало обмотки 8 связано с началом обмотки 5.

Между общей точкой соединения обмоток 3,5 и 8 и отрицательным входным выводом 2 включен регулирующий ключ 9, параллельно которому подключена цепь, состоящая из последова- тельно соединенных вспомогательного конденсатора 10 и диода 11, шунтированного вспомогательным ключом 12, причем катод диода 11 соединен с отрицательным входным выводом 2, Конец обмотки 13 и начало обмотки 14 трансформаторов соединены между собой, а к противоположным выводам указанных обмоток подключены соответственно аноды выпрямительных диодов 15 и 16, катоды которых объединены и через дроссель 17 фильтра и нагрузку 18, шунтированную конденсатором 19 фильтра, соединены с общей точкой соединения обмоток 13 и 14.

В варианте по фиг. 2 между началом дополнительной обмотки В дросселя 4 и началом обмотки 5 трансформатора 6 включен дополнительный дроссель 20.

Работа преобразователя, приведенного на фиг. 1, в установившемся режиме и при пренебрежении пульсациями напряжений на конденсаторах 7 и 10 п сравнению со средними уровнями указанных напряжений происходит следую- noiM образом.

Регулирующий 9 и вспомогательный 12 ключи работают синхронно и проти

5

5

фазно так, что во включенном Состоянии ключа 9 ключ 12 выключен и наоборот. При этом полярность напряжения на конденсаторе 10 такова, что диод 11 находится под обратным смещением. Поскольку среднее за период работы значение напряжений на обмотках 3 и 5 равно нулю, разделительный конденсатор заряжен до величины входного напряжения. Таким образом, во включенном состоянии регулирующего ключа 9 на каждой из обмоток 3,5 и 8 действуют напряжения, равные входному, и происходят процессы передачи энергии, накопленной в конденсаторе 7, через трансформатор 6 в LC-фильтр с нагрузкой (открыт диод 15) и увеличение энергии в магнитном.поле 0 сердечников дросселя 4.

После выключения регулирующего ключа 9 энергия, накопленная в дрос- селе 4, передается через трансформатор 6 в фильтр с нагрузкой (открыт диод 16) и восполняет потери энергии в конденсаторе 7 на предыдущем этапе. Через конденсатор 10 на этом этапе работы замыкается ток, равный сумме пульсаций тока намагничивания дросселя 4 и трансформатора 6, из которой вычитаются пульсации тока дросселя 17 фильтра, приведенные к первичной обмотке 5 трансформатора 6. Указанный ток в первую половину этапа включенного состояния регулирующего ключа 9 замыкается в одном направлении и протекает через диод 11, а во вторую - в противоположном и замыкается через включенный вспомогательный ключ 12.

Поскольку среднее значение напряжения на конденсаторе 7 равно входному напряжению, а концы обмоток 3 и 8 входного дросселя 4 соединены, то и на этапе включенного состояния регулирующего ключа 9, и на этапе выключенного состояния ключа 9 напряжения на указанных обмотках одинаковы. Если при этом учесть неидеальность входного дросселя 4, обусловленную наличием потоков рассеяния, можно получить выражение для эффективной индуктивности обмотки 3 ( характеризующей скорость изменения тока в обмотке на каждом из этапов работы преобразователя. Индуктивность L обратно пропорциональна коэфМфициенту В 1 - г в котором L.

Ч

0

5

0

5

0

V

sa

где Lg полная индуктивность дополнительной обмотки 8; L/ug

и L

58

- соответственно индуктивност

намагничивания и рассеяния обмотки 8 М - коэффициент взаимной индуктивности между обмотками 3 и 8, определяемый из равенств

М Lp,,.Wg/W, L, . W,/Wg

Ньр., V

Используя второе из приведенных равенств для величины М, приведем .

коэффициент В к виду В 1 - -; ---LgWg

из которого следует, что, изменяя непрерывно величи1гу W при прочих постоянных, можно получить равенство В О, т.е. бесконечно большую эффективную индуктивность обмотки 3, и следовательно, можно свести к нулю пульсации входного тока, потребляемого преобразователем.

В реальных устройствах число витков обмотки можно изменять только дискретно. В этом случае получить

бесконечно большую эффективную индук- 30 соединенным с регулирующим ключом.

тивность можно, выполнив неравенств Wj/Wg 1 и включив последовательно С обмоткой 8 дросселя 4 внешний дополнительный дроссель 20 так, как это сделано в преобразователе, показанном на фиг, 2, Величину индуктивности дросселя 20 можно определить из равенства Б О, учтя, что При

4 +

Цв + Чот (2. -1) - VWg

этом

L , Поскольку величины

8

индуктивности рассеяния плохо контролируются при изготовлении магнитных элементов, в реальньгх устройствах для получения полной компенсации изменений входного тока целесообразно выбирать отношение достаточно большим. При этом практически можно положить Lg О,

;

, 4Формула изобретения

1. Однотактный преобразователь постоянного напряжения, содержардай входной дроссель, основная обмотка которого включена последовательно с регулирующим ключом между входными выводами, трансформатор, вторичные обмотки которого через выпрямитель

и LC-фильтр соединены с выходными выводами, а первичная обмотка траЬ- сформатора и разделительный конденсатор образуют последовательную цепь, вклю ченную параллельно регулирующему

15 ключу, причем один из выводов первичной обмотки соединен с общей точкой соединения основной обмотки дросселя и регулирующего ключа, а также последовательно соединенные вспомогательный конденсатор и диод, шунтированный всп омогательным ключом, подключенные параллельно регулирующему ключу, отличающийся тем, что, с целью повьшения качества вход25 ного напряжения путем уменьшения пульсаций входного тока, входной дроссель имеет дополнительную обмотку, первый вывод которой соединен с одноименным выводом основной обмотки.

20

5

0

5

а второй вывод дополнительной обмотки связан с общей точкой соединения первичной обмотки трансформатора и разделительного конденсатора,

2,Преобразователь по п. 1, о т - личающийся тем, что указанная связь второго вывода дополнительной обмотки с общей точкой, соединения первичной обмотки трансформатора и разделительного конденсатора осуществлена непосредственно,

3,Преобразователь по п, 1, о т - личающийся тем, что 5 ка- занная связь второго вывода дополнительной обмотки с общей точкой соединения первичной обмотки и раздели тельного конденсатора осуществлена через дополнительно введенный дроссель.

Й-КГ

п

19

1в

fV

16

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах преобразования электрической энергии и источниках вторичного электропитания. Цель - повышение качества входного напряжения путем уменьшения пульсаций входного тока. Преобразователь содержит входной дроссель, первичная обмотка которого одним выводом подключена к положительному полюсу первичного ис- точника входного напряжения, а другим - к первичной обмотке трансформатора. Вторичная обмотка входного дросселя включена параллельно первичной обмотке трансформатора таким образом, что одноименные выводы обмоток дросселя объединены в общую точку. Последовательно с вторичной обмоткой входного дросселя включен дополнительный дроссель. Изменением числа витков основной обмотки входного дросселя можно получить бесконечно большую .индуктивность, следовательно, можно свести к минимуму пуль сации входно го то ка. 2 з.п. ф-лы, 2 ил. i (Л оо а О) СХ)

го у.

hi 110

-

11

Т7

-.2 ОСоставитель В, Моин Редактор П. Гереши Техред М.Ходанич Корректор О. Кравцова

Заказ 6301/55 Тираж 659Подписное

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, 4

It

4