Импульсный стабилизирующий преобразователь постоянного напряжения с трансформаторной связью Советский патент 1988 года по МПК H02M3/335 

9цг.1

Изобретение относится к области электротехники и может быть исполь- зовано для построения высокоэффектиных транзисторных преобразователей и источников электропитания, в частности сетевых источников вторичного электропитания с бестрансформаторным входом.

Цель изобретения - повышение КПД импульсного стабилизирующего преобразователя ПОСТОЯ1ПЮГО напряжения с трансформаторной связью за счет устранения динамических потерь, перенапряжений на транзисторе и обеспечение возврата энергии, }1акопленной в реактивных элементах во входную цепь преобразователя.

На фиг. 1 приведена схема предлагаемого преобразователя; на фиг,2 - эпюры напряжений и токов, поясняющие его работу.

Преобразователь состоит из силового транзистора 1, двухобмоточно- го дросселя 2, выпрямительного диода 3, конденсаторов входного 4 и выходного 5 фильтра, демпфирующей цепи, содержащей конденсатор 6 и первый диод 7, и элементов возврата энергии накопленной в конденсаторе 6: второго диода 8, дополнительного транзистора 9 и дросселя 10.

Преобразователь работает следующим образом.

При запирании транзисторов 1 и 9 импульсного преобразователя, управляемых синхронно сигналом управле- ния, поступающим, например, с обмоток выходного трансформатора широт- но-имг ульсного модулятора или другого блока управления, в устройстве протекает процесс накопления энергии конденсатором 6, Таким образом, к моме}1ту отпирания силового транзистора 1 напряжение на конденсаторе 6 достигает значения При отпирании силового транзистора 1 и, соответственно, дополнительного транзистора 9 конденсатор 6 по цепи коллектор - эмиттер силового транзистора 1, дроссель 10 и коллектор - эмиттер дополнительного транзистора 9 начинает разряжаться. При этом накопленная конденсатором 6 энергия передается в поле дросселя 10. При достижении нулевого напряжения на конденсаторе 6 в устройстве отпирается первый диод 7, что препятствует перезаряду конденсатора 6, а ток

799052

дросселя 10 замыкается по цепи коллектор - эмиттер дополр(ительного транзистора 9 и первый диод 7.

В качестве дополнительного транзистора 9 может быть использован транзистор малой мощности, рассчитанный на макс1гмально допустимое напряжение Ч.

После запирания силового транзис10

тора 1 и, соответственно, дополни5

0

0

5

0

тельного транзистора 9 в устройстве, наряду с процессом заряда конденсатора 6, происходит возврат накопленной дросселем 10 энергии через второй диод 8 во входную цепь преобразователя. Папряжение на дросселе 10 на данном этапе равно напряжению н§ входе преобразователя.

При достижении током дросселя 10 нулевого значения второй диод 8 запирается и процесс завершается.

Эпюры напряжений и токов, показанные на фиг. 2 (А, Б, В, Г, Л) поясня- 5 ют работу устройства. Длительность работы силового I и дополнительного 9 транзисторов в проводящем и непроводящем состоянии задается сигналом управления иу„р(А). Напряжение коллектор - эмиттер , силового транзистора 1 в непроводящем состоянии является суммой напряжений источника питания и напряжения на первичной обмотке дросселя 2. При отпирании транзистора I напряжение скачкообразно (за счет индуктивности рассеяния LE) снижается до нулевого уровня, соответствующего проводящему состоянию транзистора 1, а при его запирании напряжение на тран- 1 нарастает по закону

зисторе

5

0

5

II, UM ,

1

КЭ

гдеи с. круговая частота колебательного заряда конденсатора 6; - индуктивность рассеяния первичной обмотки дросселя 2; С - емкость конденсатора 6. Длительность данной стадии (В) завершается установлением на транзисторе 1 напряжения IJ. Напряжение на конденсаторе 6 на этапе проводящего состояния транзистора 1 за счет передачи энергии в дроссель 10 снижается до нуля, а при запирании транзистора 1 повторяет форму напряжения силового транзистора 1 (в). Ток дросселя 10 (1др) на этапе проводящего состояния трянзистора 1 возрастает по закону

r in-Vt, где ;1др - максимальный ток дросселя К);

частота резонансного кон- V 1.(/ тура, образованного емкость

конденсатора 6 и индуктив-

ностью дросселя 10, и при достижении нулевот о значения напряжения на конденсаторе 6 поддерживается неизменным (Г). При запирании транзистора 1 ток дросселя 10 спадает до нуля по линейному закону (Д). Напряжение на дросселе 10 Пдр на этапе проводящего состояния транзистора 1 изменяется по закону

и, при достижении напряжения на конденсаторе 6 нулевого значения, поддерживается равным нулю, а при запирании силового транзистора 1 стано- вится равным напряжению на входе преобразователя .

Ток второго диода 8 1Д7 протекает на этапе непроводящего силового транзистора 1 и повторяет форму тока дросселя 10 для данного отрезка времени.

Технико-экономическая эффектив- нпсть предлагаемого технического решения состоит в повышении коэффи1Щ- ента полезного действия преобразователя.

Использование предлагаемого технического решения позволяет на 5-7%

повысить коэффициент полезного действия импульсного стайилизирующего преобразователя постоянного напряжения с трансформаторной связью при работе на частоте 10 кГц и мощности нагрузки 50 Вт. Отсутствие динамических потерь позволяет существенно повысить частоту преобразования и использовать данные преобразователи на большую выходную мощность.

Формула изобретения

Импульсный стабилизирующий преобразователь постоянного напряжения с трансформаторной связью, содержащий силовой транзистор, коллекторный вывод которого через конденсатор соединен с первым выводом первого диода, а эмиттерный вывод - с первым входным выводом, второй диод, первый вывод которого подключен к второму входному выводу, а второй связан с точкой соединения первого диода и конденсатора, дроссель, первый вывод которого подключен к первому входному выводу, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД,в него введен дополнительный транзистор, причем связь второго вывода второго диода с точкой соединения первого диода и конденсатора выполнена через переход коллектор-эмиттер дополнительного транзистора, второй вывод первого диода подключен к первому входному выводу, а второй вывод дросселя - к коллекторному выводу дополнительного транзистора.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при создании высокоэффективных источников вторичного электропитания. Цель изобретения - повышение КПД преобразователя. Преобразователь содержит силовой транзистор 1, двух- обмоточный дроссель 2, выпрямительный диод 3, конденсаторы входной 4 и выходной 5 фильтра, демпфирующую цепь, состоящую из конденсатора 6 и первого диода 7, элементы возврата энергии, накопленной в конденсаторе 6: второй диод 8, дополнительный транзистор 9 и дроссель И). При запирании транзисторов 1 и 9, работающих синхронно, конденсатор 6 заряжается. При отпирании транзисторов 1 и 9 накопленная конденсатором 6 энергия передается в поле дросселя 10. При запертых транзисторах 1 и 9 наряду с процессом заряда конденсатора 6 происходит возврат накопленной дросселем 10 энергии через диод 8 во входную цепь преобразователя. Благодаря введению дополнительного транзистора 9 и новых связей в преобразователе устранены перенапряжения на силовом транзисторе 1, снижены динамические потери, обеспечен возврат энергии, накопленной в реактивных элементах, во входную цепь преобразователя. 2 ил. (Л СХ) со со о СП

(Риг 2