Однотактный преобразователь постоянного напряжения в постоянное Советский патент 1988 года по МПК H02M3/335 

со о

NU

iO

15

20

25

Изобретение относ тся к электротехнике, а именно к преобразовательной техникеf и может применяться во вторичных источниках электропитания постоянного напряжения радиоэлектронной аппаратуры, автоматики и средств связи.

Цель изобретения - уменьшение ма ссы и габаритовj повышение КПД, надежности J уменьиенрге З ровня высо- |КОчастотных помех однотгзктного пре- |образователя постоянногс напряжения в постоянное.

На фиг„ 1 приведена схема одно- тактного преобразова | еЛ.я постоянного напряжения в постоянзтоз; на фиг,2 и 3 - схемы преоб1)азс)вателя в качестве многоканального преобразователя постоянного наггряжения с N выходами j на фиг, 4 - временные диаграммы токов и напряжений, отображающие работу преобразователя.

Преобразователь постоянного напряжения в постоянное содержит (фиг,1) управляемые 1 и 2, выходной трансформатор 3, выходная обмотка 4 которого через выпрямитель .5 и фильтр 6 присоединена к выходным.выводам 7 к 8 преобразователя и нагрузке RI,,, Однако первичная обмотка 9 выходного трансформатора соединена с первым силовым электродом управляемого клю- Ча 15 причем их точка соединения че- рез рекупе рационный диод 10 подклю-- 4ена к одному входному выводу преоб- р|азователя 11, Вторая легрвичная об- Мотка выходного трансформатора 12 через вспомогательный диод 13 цепочки

Подключена к дополнительному дросселю ,.,

И „ w

цепрчки и точкой соединения с до-Лолнительным дросселем 14 подсоединена к разноименно:чу выводу другой первичной обмотки 9 трансформатора. Точка соединения первого силового электрода управляемого ключа 2 с Дополнительным дросселем 14 и вспо- могательньм диодом 13, подключена к другому входному выводу 15 преобразователя через рекуперационный диод

JU

35

45

управления с соответствующих выходов блока 18 управления, входы которого подключены к выходным выводам 7 и 8 преобразователяи

На фиг. 2-3 показаны схемы преобразователя постоянного напряжения в постоянное в качестве преобразователя постоянного напряжения с тремя номиналами выходного напряжения. Особенностью этих технических реше-- НИИ является наличие двз х дополнительных вторичных обмоток 19 и 20, которые через дополнительные выпрямители 21 и 22 и дополнительные фильтры 23 и 24 соответственно подключены к дополнительным выходным выводам 25,26 и27528.преобразователя соответствекно Выходные выводы 25 и 26 подключены к дополнительной нагрузке преобразователя R , э. выходные выводы 27 и 28 - к дополнительной нагрузке преобразователя

На фиг, 2 выходной фильтр 6 основ ного канала и дополнительный фильтр 24 дополнительного канала содержит только сглаживающие конденсаторы, а сглалсивагсщий фильтр 23 дополнитель- ногс канала - сглаживающий конденса- сатор и дроссель, На фиг. 3 выходной фильтр основного канала содержит тол ко емкостной фильтр,; а дроссели вы- хсдкьгх фильтров 23 и 24 дополнительных каналов выполнены на одном магни топроводе.

Преобразователь постоянного напря жения в постоянное (фиг.1) работает следующим образом.

Управляемые ключи 1 и 2 открывают ся и закрываются синхронно.Когда открывающими HivmynbC с блока 18 управ ления попадает на управляющие входы управляемых ключей 1 и 2, они замыкаются (момент времени tp, фиг.4), энергия с вторичной обмотки и выходного трансформатора 3 через выпрямитель 5 и выходной фильтр 6 поступает на выходные выводы 7 и 8 преобразова теля и нагрузку преобразователя R , . На интервште времени t о t ток

16 о Вторые силовые электроды управля- в дополнительном дросселе 14 цепочки

управления с соответствующих выходов блока 18 управления, входы которого подключены к выходным выводам 7 и 8 преобразователяи

На фиг. 2-3 показаны схемы преобразователя постоянного напряжения в постоянное в качестве преобразователя постоянного напряжения с тремя номиналами выходного напряжения. Особенностью этих технических реше-- НИИ является наличие двз х дополнительных вторичных обмоток 19 и 20, которые через дополнительные выпрямители 21 и 22 и дополнительные фильтры 23 и 24 соответственно подключены к дополнительным выходным выводам 25,26 и27528.преобразователя соответствекно Выходные выводы 25 и 26 подключены к дополнительной нагрузке преобразователя R , э. выходные выводы 27 и 28 - к дополнительной нагрузке преобразователя

На фиг, 2 выходной фильтр 6 основного канала и дополнительный фильтр 24 дополнительного канала содержит только сглаживающие конденсаторы, а сглалсивагсщий фильтр 23 дополнитель- ногс канала - сглаживающий конденса- сатор и дроссель, На фиг. 3 выходной фильтр основного канала содержит только емкостной фильтр,; а дроссели вы- хсдкьгх фильтров 23 и 24 дополнительных каналов выполнены на одном магни- топроводе.

Преобразователь постоянного напряжения в постоянное (фиг.1) работает следующим образом.

Управляемые ключи 1 и 2 открываются и закрываются синхронно.Когда открывающими HivmynbC с блока 18 управления попадает на управляющие входы управляемых ключей 1 и 2, они замыкаются (момент времени tp, фиг.4), энергия с вторичной обмотки и выходного трансформатора 3 через выпрямитель 5 и выходной фильтр 6 поступает на выходные выводы 7 и 8 преобразователя и нагрузку преобразователя R , . На интервште времени t о t ток

в дополнительном дросселе 14 цепочки

Изобретение относится к электротехнике и может найти применение во вторичных источниках электропитания постоянного напряжения радиоэлектронной аппаратуры, автоматики и средств связи. Цель изобретения - уменьшение массы и габаритов, повышение КПД, надежности путем уменьшения уровня высокочастотных помех, расширение функциональных возможностей. В устройство введена вторая первичная обмотка 12 выходного трансформатора и к ней подключена цепочка из диода 13 и дросселя 14. Обмотка 12 обеспечивает перемагничивание трансформатора 3. Передача энергии во вторичную сторону происходит не только в интервал времени, соответствующий открытому состоянию управляемых ключей 1 и 2, но и в момент паузы. Наличие дросселя 14 в цепи тока ключей 1 и 2 делает их защищенными от сбоев в схеме управления и от насьш1ения сердечника трансформатора 12. Приведен пример многоканального варианта преобразователя, в котором часть сглаживающих фильтров каналов выполнена содержащими только конденсаторы, а часть - содержащими конденсаторы и дроссели. 2 з.п. ф-лы, 4 ил. i (Л

емьпс ключей 1 и 2 под:ключены к вход- яым выводам 15 и 11 преобразователя соответственно, Ме:«ду точками соединения управляемог о ключа 1 с первичной обмоткой 9 и первичной обмотки 12 с вспомогательным диодом 13. включен корректирующий конденсатор 17 . Управляемые ключи получают сигнал:ы

и в первичной обмотке 9 трансформатора 3 нарастает, происходит накопление энергии в дополнительном .дросселе 14, а также намагничивание сердечни- ка тр ансформатора 3 в прямом направлении. При этом вспомогате.пьный диод 13 цепочки заперт и ток по второй первичной обмотке 12 трансформатора не течет. Одновременно происхдит заряд корректирующего конденсатра 17, подключенного к разноименным выводам первичных обмоток трансформатора 3.

Ток заряда корректирующего конденсатора не вызывает чрезмерного увеличения мгновенных значений тока управляемых ключей 1 и 2, так как в цепи этого тока находится дополнительный дроссель 14 цепочки. При этом фронт нарастания напряжения на обмотках выходного трансформатора увеличивается. В момент времени t от блока 18 управления поступает включающий импульс на управляемые ключи 1 и 2. Ток управляемых ключей начинает уменьшаться, но падает до нуля только в момент времени t,что обусловлено инерционностью ключей (например, рассасыванием неосновных носителей заряда в случае использования в качестве управляемых ключей силовых транзисторов), В момент времени t начинает возникать ЭДС самоиндукции на дополнительном дросселе 14 и открывается вспомогательный диод 13 цепочки.

Однако спад напряжения на дополнительном дросседе 14 идет замедленно, так как одновременно начинае ся перезаряд , корректирующего конденсатора 17. От возникающей ЭДС самоиндукции дополнительного дросселя начинает протекать ток по второй первичной обмотка выходного трансформатора 12. При этом и на вторичной обмотке выходного трансформатора возникает напряжение, и энергия от дополнительного дросселя 14 чере выпрямитель 5 и фильтр 6 поступает на выходные выводы 7 и 8 преобразователя и нагрузку преобразователя RI. В момент времени tj сумма напряжений на первичной обмотке 9 трансформатора и дополнительном дросселе 14 цепочки достигает значения . При этом величина суммарного напряжения фиксируется с помощью открывающихся рекуперацион- ных диодов 10 и 16. На интервале времени t - t ток дополнительног дросселя 14 падает, а сердечник выходного трансформатора 3 перемагни- чивается в обратном направлении. В момент времени t 4 сердечник выходного трансформатора насыщается в обратном направлении. Напряжение

на его обмотках и корректирующем конденсаторе падает до нуля, ipe- кращается передача энергии.на вторичную сторону трансформатора. На интервале времени

непрерывность

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

тока нагрузки R| поддерживается с помощью дросселя выходного LC фильтра 6. В момент времени t с блока 18 управления внось поступает открывающий импульс на входы управляемых ключей 1 и 2 и указанные процессы повторяются, так как во входной цепи присутствует дроссель, т.е. элемент, . в KofopoM невозможны мгновенные изменения магнитного потока и, как следствие, возможно мгновенное изменение тока обмотки. По отношению к нагрузке па вторичной стороне выходного трансформатора это устройство представляет собой источник тока, что дает возможность при множестве нагрузок использовать в цепи каждой из них только емкостной фильтр.

Это позволяет использовать в части выходных фильтров только сглаживающие конденсаторы, а в части выход- ньгх фильтров - сглаживающие конденсаторы и дроссели -(фиг.2 и 3JI, причем объем этих сглаживающих дросселей значительно меньше, так как их задача поддерживать непрерывным ток нагрузки только в интервале времени t4 - tj. При этом, так как напряжение на дросселях выходных фильтров синхронно и синфазно, возможно объединение этих дросселей путем использования одного магнитопрово- да в качестве сердечника (фиг.З). Это дает возможность еще больше уменьшить габариты и массу за счет уменьшения числа элементов конструкций сглаживающих дросселей.

Временные диаграммы (на фиг.4) иллюстрируют работу вариантов изобретения по фиг. 2 и 3. Предложенное изобретение дает следующие преимущества:

Уменьшение массы и габаритов выходного трансформатора и уменьшение потерь в активных сопротивлениях его обмоток за счеу увеличения диапазона изменения индукции в сердечнике трансформатора (в известном техническом решении диапазрн изменения индукции в сердечнике трансформатора не может быть более йЪ В - - В |, , где Вд - индукция насыщения, а В - остаточная индукция материаа сердечника при напряженности нешнего магнитного поля равной нулю). ри этом допустимы диапазон измене- ия индукции в сердечнике трансфоратора увеличен и в пределе он может остигать, при исполь:-ювании матери- с1ла сердечника с симметричной петлей

1 истерезиса, значения Bg ,

Повьшение надежности за счет того,-1о что во входной цепи однотактного преобразователя постоянного напряжения присутствует дроссель, т.е. элемент, котором невозможны мгновенные изменения тока обмотки, что предотвра- j Й1ает выход из строя управляемых ключей даже при насьшдении сердечника .трансформатора. Кроме того, при Построении на основе однотактного преобразователя постоянного напря- 20 жения в постоянное стабилизированно-. го источника питания упрощается схема управления преобразователя, так как отпадает необходимость в жестком ограничении коэффициента 25 заполнения импульсов напряжения на выходном трансформаторе.

Уменьшение уровня высокочастотных помех за счет уменьшения импульсных- перегрузок диодов выпрями-- 20 теля преобразователя на промежутке времени, соответствующем времени восстановления обратного сопротивления диодов выпрямителя. Величина этих перегрузок ограничена за счет наличия .дросселя в первичной цепи преобразователя.

Расширение функциональных возможностей за счет того, что при наличии множества нагрузок, т.е. ,„ при прстроении на основе преобразователя многоканального источника постоянного напряжения, в цепи каждои нагрузки возможно использование только емкостного фильтра.

35

45

Формула изобретения

j 0 5

0

„

5

5

0

зователя, цепочку из последовательно соединенного дросселя и вспомогательного диода, корректирующий конденсатор, причем первые силовые электроды управляемых ключей подключены к разноименным входным выводам, а вторые силовые электроды связаны с противоположными входными выводами преобразователя через ре- куперационные диоды, каждый из которых включен в направлении, встречном направлению проводимости этого ключа, отличающийся тем, что, с целью уменьшения массы и габаритов, повьшения КПД, надежности, уменьшения уровня высокочастотных помех, выходной трансформатор выполнен с двумя первичными обмотками, одна из которых через последо- ват-ельно соединенные управляемые ключи и дроссель соединена с входными выводами преобразователя, а другая - с вспомогательным диодом цепочки, причем первые разноименные выводы двух первичных обмоток трансформатора соединены между собой, а между вторыми выводами первичных обмоток трансформатора включен корре- ктируюшрй конденсатор.

28

X

В

ffl

19

Фиг. 2

,

г

Ф1/г