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

13

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть ис- пользовано в качестве вторичного источника питания радиотехнических и вычислительных устройств.

Цель изобретения - повышение надежности в переходных режимах путем снижения динамических потерь в транзисторе, выбора оптимального режима переключения транзистора и снижения высокочастотных помех.

На фиг,1 изображена схема преобразователя; на фиг.2 - эпюры напряжений и токов преобразователя и ра-д- четные эпюры мощности потерь.

Импульсный преобразователь постоянного напряжения содержит транзисторный ключ 1 , коллектор кото.ро- го подсоединен к сети, база является управляющим входом, а эмиттер подключен к аноду диода 2, катод которого подключен к первому зажиму . дросселя резонансной Ь-Ср-цепочки 3, а второй зажим дросселя 4 подключен к первому зажиму резонансного конденсатора 5 и к входу LC-фильтра 6, содержащего индуктивность дросселя 7 фильтра, емкость конденсатора 8, нагрузку 9.

Импульсный преобразователь постоянного напряжения работает следующим образом.

При подаче прямоугольных сигналов на базу транзисторного ключа 1 он открывается и коллекторный ток начинает проходить по диоду 2, дросселю 4 и далее разветвляется. Резонансная составляющая этого тока проходит через резонансный конденсатор 5, а вторая составляющая тока, которая зависит от сопротивления нагрузки 9, поступает на ЬС-фильтр 6. Если параметры LpС--резонансной цепочки 3 LC-фильтра 6 выбраны в соответствии с условиями

500;

С

-с 30

(1)

которые базируются на анализе выполнимости двух условий, лежащих в основе работы преобразователя ре - зонансного типа; 1) инвариантности резонансной частоты всей схемы к изменениям параметров L;C;; 2) удовлетворения условий по заданным пуль- сациям напряжения нагрузки фильтра.

2

Первое условие обеспечивает стабильную работу предлагаемой схемы резонансного преобразователя частоты (РПЧ) при изменениях сопротивлег ния нагрузки и вариациях параметров электролитических конденсаторов фильтра 0,0(20-80%), а также позволяет находить значение резонансной

частоты всей схемы и длительности протекания коллекторного тока по известной формуле t,. Т-J LpOр.Кол- лекторньй ток, изменяясь .по закону, близкому к синусоидальному, проходит через нуль в момент достижения напряжения на коммутирующем конденсаторе 4 максимума, величина которого в 1,3-1,85 раза превосходит приложенное напряжение питания. Явление

отсечки, при котором коллекторный ток падает до нуля и затем наступает пауза между импульсами коллекторного тока, во время которой элементы фильтра с нагрузкой отсоединяются от сети, возможно при вьшолнении двух условий: а) значения произведения реактивных параметров LO фильтра должн: превосходить произведение LpCp по крайней мере в 500 раз;

б) длительность импульса тока базы транзистора должна быть равна полупериоду собственных колебаний резонансной цепочки.

35

40

45

В момент паузы между импульсами коллекторного тока диод 2 снижает инверсный ток транзисторного ключа практически до нуля. Энергия, запасенная в конденсаторе 5, передается через фильтр 6 на нагрузку 9. В момент окончания паузы напряжение н конденсаторе 5 снижается до уровня определяемого режимом работы транзисторного ключа 1. Если пауза между импульсами .коллекторного тока мала, напряжение на конденсаторе 5 не успевает упасть до нуля и имеет место режим полного разряда. Выбор режима зависит от коэффициента кратности выходного напряжения

. -S50

55 где UH - напряжение на нагрузке 9; Ug, - напряжение на входе. Преобразователь эффективно работает в режиме неполного перезаряда при К„ 0,7 ч- 0,95.

3

Энергия, запасенная в конденсаторе 5, передается через двухзвенны фильтр на нагрузку 9.

Эксперименты .показьшают, что при определенных соотношениях параметров схем, определяемых выражение (1), длительность импульсов коллекторного тока определяется параметрами резонансной LpCp-цепочки 3 и пра тически не зависит от других параметров.

Это позволяет осуществлять регулровку напряжения на нагрузку и его стабилизацию методом частотно-им- пульсной модуляции 4№l), при котором длительность импульса постоянна а меняется частоту (и соответственн длительность паузы).

Если при отсутствии обратной связи сопротивление нагрузки увеличивается, напряжение на нагрузке также возрастает.

При наличии обратной связи увеличение сопротивления нагрузки и соответственно напряжения на нагрузке приводит к уменьшению частоты следования импульсов тока базы, что соответственно увеличению времени паузы. С увеличением времени паузы напряжение на нагрузке снижается до необходимого уровня, т.е. имеет место режим стабилизации этого напряжения.

На фиг.2 представлены эпюры вход

ного напряжения Ug коллекторного тока 1, , напряжения эмиттер-коллектор и, и расчетные значения мощности потерь Р для режима принудительной коммутации.

На фиг.З аналогичные эпюры соот-. ветствуют режиму бестоковой коммутации, для которого форма импульса коллекторного тока близка к синусоидальной, величина динамических потерь (заштрихованы на фиг.2 ) существенно снижена, а также уменьшенр максимальное значение напряжения эмиттер-коллектор, ,(1 21 В, что значительно меньше входного напряжения (U,, 100В).Наличие остаточного напряжения на коммутирующем конден- саторе в момент прохождения коллекторного тока через нуль.обуславливает существенное уменьшение производ-

„ d UK НОИ -j-л ля режима бестоковой

коммутации по сравнению с режимом принудительной коммутации.

Таким образом, введение диода 2 и выбор соотношения параметров LpC- резонансной цепи и ЬС-фильтра существенно меняют режим работы преобразователя и позволяют при соблюдении условий (1) переходить от прямоугольной формы коллекторного тока к форме, близкой к синусоидальной и осуществлять тем самым режим бестоковой коммутации, снижающей динамические потери в транзисторе.

Формула изобретения

15

0

5

0

Импульсный преобразователь постоянного напряжения, содержащий транзисторный ключ, силовая цепь которого подключена между входным вьшо- дом и входом Г-образной резонансной цепочки, выполненной в виде последовательного коммутирующего дросселя и параллельного конденсатора, выходом подключенной к входу LC- фильтра, выход которого подключен к выходным вьгоодам, причем управляющий вход транзисторного ключа соединен с блоком управления, длительность полупериода управляющего напряжения выбирается равной рши меньшей полупериоду собственной частоты резонансной цепочки, отличаю5 Щ и и с я тем, что, с целью повышения надежности в переходных режимах путем снижения динамических потерь в транзисторе и выбора оптимального режима переключения тран- 0 зистора и уменьшения высокочастотных помех, в него введен диод, последовательно включенный в цепь коммутирующего дросселя резонансной цепочки, причем соотношение параметров

5 фильтра и параметров резонансной

цепочки удовлетворяет принципу инвариантности резонансной частоты к изменению параметров ЪС-фильтра и сопротивлению нагрузки при условии

5

45, 500 и - LpCpгде L и LP С и С„ 30,

Т

индуктивности дросселя фильтра и резонансной цепочки; емкости конденсатора фильтра и резо- нанснойоцепочки.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано во вторичных источниках питания. Цель изобретения - повышение надеж : ности в переходных режимах путем снижения динамических по терь в транзисторе, выбора оптимального режима переключения транзистора и уменьшения высокочастотных помех. Преобра,- зователь содержит транзисторный ключ 1, резонансную цепочку 3 LpCp в виде коммутирующей индуктивности дросселя 4 и конденсатора 5 и LC- фильтр 6. В схему введены диод 2 и резонансная цепочка 3. Выбор соотношений параметров цепочки 3 и фильтра 6, удовлетворяющих неравенствам LC/LpCp2 500; , и выбор длительности полупериода управляющего напряжения, равной или меньшей полупериода собственной частоты резонансг ной цепочки, обеспечивает режим бестоковой коммутации транзисторного ключа. 3 ил. (Л с со О) О5 00 00 Фи2. 1