Нерегулируемый преобразователь напряжения с токовым управлением Советский патент 1988 года по МПК H02M7/537 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразователям напряжения из постоянного в переменное или постоянное, и может быть использовано в малогабаритных источниках питания малой мощности повышенной частоты преобразова- ния (единицы и сотни ватт), например, в гибридных источниках питания с выход- ной мопдностью до 20 Вт.

Цель изобретения - повышение КПД и расширение диапазона рабочих частот.

На чертеже приведена принципиальная схе.ма нерегулируемого преобразователя напряжения с токовым управлением.

Нерегулируемый преобразователь напряжения с токовым управлением содержит переключающие транзисторы 1 и 2, транс- форматор 3 тока и выходной трансформатор 4, причем коллекторы транзисторов 1 и 2 через обмотки 5 трансформатора 3 тока и обмотку 6 выходного трансформатора 4 соединены с одной щиной питания.

эмиттеры - с другой шиной питания, а

обмотки 7 трансформатора 3 тока включены в базовые цепи переключающих транзисторов 1 и 2. Выходной трансформатор 4 снабжен двумя дополнительными обмотками 8 и 9, каждая из которых включена параллельно базоэмиттерному переходу соответствующего транзистора 1(2) через последовательно включенные обмотку 10(11) дросселя 12 насыщения, резистор 13(14) (в ряде случаев резистор выполняется переменным) и диод 15(16). Резистор 17 и диод 18 необ- ходимы для обеспечения работоспособности устройства при пониженной температуре, различных токах нагрузки и для обеспечения пуска в первоначальный момент времени.

Устройство работает следующим образом. Нри подаче на вход устройства постоянного напряжения через резистор 17, который обычно подключается к средней точке обмотки 6 выходного трансформатора 4, подается постоянное смещение на базы транзисторов 1 и 2, при наличии несиммет- рии параметров транзисторов 1 и 2 один из транзисторов открывается, а другой лавинообразно закрывается. Ток через транзистор 1 увеличивается, что вызывает увеличение тока в обмотке 7 трансформатрра 3 тока. Транзистор 1 входит в режим насыщения, и к обмотке 6 выходного трансформатора 4 прикладывается напряжение, равное UnuT- Это напряжение трансформируется и поступает в нагрузку.

К обмотке дросселя 12 насыщения прикладывается напряжение что вызывает его перемагничивание по полному циклу петли гистерезиса. Уравнение токов для точки А в этом режиме определяется следующим образом: Ь Is + .

При насыщении дросселя насыщения резко возрастает ток намагничивания 1|л, ограничиваемый резистором 13,следовательл.

но, увеличивается ток Is- При постоянстве тока Ь ток базы U меняет знак на противоположный и рассасывание транзистора происходит значительным отрицательным током. Время рассасывания

.,-1 U,4- 1/

Tp c-Tjn 1й,

где I«j , 1ё - базовые токи транзистора при

отпирании и запирании. Частота переключения преобразователя

5

0

5 О

5 5

5

Uoc-bU.

i:

p-4W,oB,

где Wio - число витков обмотки 10;

BS - индукция насыщения сердечника

дросселя насыщения; QCT - площадь сечения сердечника дросселя.

При Uo.c и.э частота преобразования не зависит от тока нагрузки и температуры окружающей среды (без учета характеристик сердечника дросселя 12 насыщения). Величина ТрасоПри рассасывании отрицательным током снижается с (0,4-1,4)т„ (при ) до (0,03-0,05)тн (при ). При расчете дросселя насыщения следует учитывать, что „р должна быть выше частоты преобразования, определяемой характеристиками сердечника трансформатора 3 тока.

Величина резисторов определяет необходимый рассасывающий ток транзисторов. Кроме того, регулировка резисторов 13 и 14 обеспечивает параметрическое симметрирование преобразователя по любому известному критерию: мини.мум пульсаций выходного или входного напряжения, максимум КПД и т.д. в одном из режимов работы. Выражение (1) определяет взаимосвязь между величиной резисторов и частотой преобразования, однако дает лишь приблизительное значение частоты. Более точное выражение можно определить следующим образом: идр (Цхс+Ь йэ)(14) (Uac +

Н + U.a)(i4), где HC, FC - ко:эрцитивная сила и средняя длина магнитной силовой линии сердечника дросселя насыщения.

Изменение величины Ri3(i4) приводит к изменению , а следовательно, как вытекает из выражения (1), длительности отрицательного или положительного полупериода напряжения.

Обмотки 10 и II дросселя 12 насыщения размещены на сердечнике трансформатора 3 тока ортогонально его обмоткам 5 и 7. В сердечнике образуются скрещенные поля, индукция в сердечнике определяется следующим образом: В| + В, но

3

nUe.s

У 4f-Q yW7

D Uo. .э . TT j HiQ A/ Jo-a -

т т ttCTX lO

где Q.CTX, - площадь сечения сердечника по Qcry направлениям х, у соответственно;

и. - количество диодов в базовой цепи, включая базовый переход транзистора.

Тогда частота переключения определяется следующим образом:

itp

-./ ,. п)У7 (Уе.с4- Пе... п)- - ,,B|-Wf KQcrxWfo

При насыщении сердечника трансформатора 3 тока одновременно уменьшается базовый ток Ь (резко возрастает намагничивающий ток I,L по направлению у) и увеличивается ток Is - отрицат-ельный рассасывающий ток (резко возрастает намагничивающий ток 1ц по направлению х). В дан15 форматора тока включены в базовые цепи переключающих транзисторов, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД и расширения диапазона рабочих частот, он снабжен дросселем насыщения с двумя обмотками, размещенными на сердечнике трансформатора тока ортогонально его обмоткам, выходной трансформатор снабжен двумя дополнительными обмотками, каждая из которых включена параллельно базоэмиттерному переходу соответствующего переключающего

ном случае магнитных насыщающихся элементов два: трансформатор 3 тока и дроссель 12 насыщения, причем ток 1 выбирается меньшим, так как при этом нет необ- 25 транзистора через последовательно соединен- ходимости компенсировать протекающий ные обмотку дросселя насыщения, резис- ток Ь .™Р .

1396226

Изменение величин R резисторов 13 и 14 также приводит к регулированию длительностей полупериодов.

Формула изобретения

Нерегулируемый преобразователь напряжения с токовым управлением, -содержащий переключающие транзисторы, трансQ форматор тока и выходной-трансформатор, причем коллекторы транзисторов через первые обмотки трансформаторов тока и обмотку выходного трансформатора соединены с одной шиной питания, эмиттеры - с другой шиной питания, а другие обмотки транс5 форматора тока включены в базовые цепи переключающих транзисторов, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД и расширения диапазона рабочих частот, он снабжен дросселем насыщения с двумя обмотками, размещенными на сердечнике трансформатора тока ортогонально его обмоткам, выходной трансформатор снабжен двумя дополнительными обмотками, каждая из которых включена параллельно базоэмиттерному переходу соответствующего переключающего

0

5 транзистора через последовательно соединен- ные обмотку дросселя насыщения, резис- ™Р .

Изобретение относится к области электротехники, в частности к преобразователям напряжения из постоянного в переменное, и может быть использовано в малогабаритных источниках питания малой мощности повышенной частоты преобразования : я (единицы и сотни ватт), например в гибридных источника.х питания с выходной мощностью до 20 Вт. Цель изобретения - повы- щение КПД и расширение диапазона рабочих частот. Нерегулируемый преобразователь напряжения с токовым управлением содержит переключающие транзисторы 1, 2, трансформатор 3 тока и выходной трансформатор 4. Выходной трансформатор 4 снабжен двумя дополнительными обмотками 8, 9, каждая из которых включена параллельно базоэмиттерному переходу соответствующего транзистора 1 (2) через последовательно включенные обмотку 10(11) дросселя 12 насыщения, резистор 13(14) и диод 15(16). Обмотки 10, 11 дросселя 12 насыщения размещены на сердечнике трансформатора 3 тока ортогонально его обмоткам 5, 7. 1 ил. ивы (Л со со О5 ГчЭ О5