Преобразователь постоянного напряжения Советский патент 1988 года по МПК H02M3/337 

to

со

Wr

ffue.f

11410233

относится к электротех- в его базе

(интервал коллектора ется индук селя 12. Пр на данной жение т те суммарн

Iнике и может быть использовано в сис- I темах вторичного электропитания для I преобразования постоянного напряжения, I Цель изобретения - повьшение КЦЦ и надежности путем уменьшения динамических потерь в силовом транзисто- , ре. ...-.,

На фиг, 1 представлена схема пред-,д ре, 7 на интервале включения практи15

20

30

лагаемого преобразователя постоянного напряже;ния| на фиг, 2 - диаграммы токов и напряжений в преобразователе

Преобразователь постоянного напряжения (фиг о .1) содержит входной дроссель t, разделительный конденсатор 2, магнитосвязанный с дросселем 1 выходной дроссель 3 LCDr-фильтра 3, 4, 5, подключенного к нагрузке 6,. и силовой транзистор 7, Формирующий конденсатор 8 и диод 9 включены параллельно транзистору 7. Дополнительный транзистор 10 по цепи базы соединен с эмиттером транзистора 7 вспомогательный резистор 11. Токоограничи- 25 тельный дроссель 12 с разрядной 13 и силовой 14 обмотками через диод разрядной цепи 15 подключен к коллектору транзистора 10 Рекуперадионная обмотка 16 дросселя 12 через диод 17 подключена к конденсатору 2,

Преобразователь постоянного напряжения работает следукщим образом.

В установившемся режиме, когда транзистор 7 включен, заряженный разделительный конденсатор 2 подключен к входу ЪСВ-фильтра. При этом энергия, накопленная в нем, передается в нагрузку 6.и одновременно запасается энергией во входном 1 и выходном 3 дросселях преобразователя. На интервале, когда транзистор 7 выключен, напряжение на обмотке выходного дросселя 3 реверсируется и отпирается обратный диод 4 LCD-фильтра. Ток в нагрузке при этом поддерживается за счет энергии, запасенной в выходном дросселе и одновременно происходит подзаряд разделительного конденсатора от источника питания и за счет энергии, запасенной во входном дросселе. Далее процессы повторяются.

Рассмотрим коммутационные процессы, протекакнцие в преобразователе (фиг. 2). С момента t, включения транзистора 7 на интервале времени tg диод 4 находится в проводя1Дем состоянии за счет рассасьгоания избыточных носителей заряда, накопленных

35

40

45

50

55

чески с началом роста тока коллектора спадает до значения U , а динамические потери мощности на данном интервале - минимальны.

На интервале t, - tg разряд конденсатора 8 по разрядной цспи 8, 13, 15, 10, 8 невозможен, хотя в базовой цепи 8, 7, 11, 10, 8 дополнительного транзистора 10 протекает отпирающий ток, обусловленный напряжением на конденсаторе 8, заряженном во время предшествующего цикла переключения транзистора 8до напряжения U Разряд конденсатора 8 на данном интервале невозможен по причине обратного смещения диода 15 напряжением на обмотке 13 вспомогательного дросселя 12 (в дросселе число витков

WH)с момента времени t, определяемо

го восстановлением обратного сопроти вления диода 4, прекращается процесс нарастания коллекторного тока транзи стора 7, обратное напряжение на диод 15 исчезает и начинается процесс раз ряда формирующего конденсатора 8. Па раметры разрядной цепи выбираются та ким образом, чтобы процесс разряда конденсатора был близок к колебатель ному. В процессе разряда конденсатора 8 энергия, запасенная в нем, перераспределяется и запасается в дрос селе 12. При полном разряде конденса тора (т.е„ уменьшении напряжения на нем до нуля, дальнейший его перезаряд невозможен из-за наличия диода 1 и запирания дополнительного транзистора 10.

В результате разрыва разрядной це пи при полном разряде конденсатора (момент tj) напряжение на обмотках вспомогательного дросселя 12 изменяет знак. При этом энергия, накопленная в дросселе 12 по цепи 16, 17, возвращается в разделительный конден сатор 2 (интервал t, - t),

На интервале выключения транзисто ра 7 (интервалы t - t- с момента времени tg напряжение на транзист

в его базе

На интервале включения (интервал t - t) нарастание тока коллектора транзистора 7 ограничивается индуктивностью обмотки 14 дросселя 12. При этом падение напряскения на данной обмотке компенсирует напряжение транзистора 7, В результате суммарное напряжение на транзисто5

0

0

5

5

0

5

0

5

чески с началом роста тока коллектора спадает до значения U , а динамические потери мощности на данном интервале - минимальны.

На интервале t, - tg разряд конденсатора 8 по разрядной цспи 8, 13, 15, 10, 8 невозможен, хотя в базовой цепи 8, 7, 11, 10, 8 дополнительного транзистора 10 протекает отпирающий ток, обусловленный напряжением на конденсаторе 8, заряженном во время предшествующего цикла переключения транзистора 8до напряжения U Разряд конденсатора 8 на данном интервале невозможен по причине обратного смещения диода 15 напряжением на обмотке 13 вспомогательного дросселя 12 (в дросселе число витков WH)с момента времени t, определяемо- .

го восстановлением обратного сопротивления диода 4, прекращается процесс нарастания коллекторного тока транзистора 7, обратное напряжение на диоде 15 исчезает и начинается процесс разряда формирующего конденсатора 8. Параметры разрядной цепи выбираются таким образом, чтобы процесс разряда конденсатора был близок к колебательному. В процессе разряда конденсато ра 8 энергия, запасенная в нем, перераспределяется и запасается в дросселе 12. При полном разряде конденсатора (т.е„ уменьшении напряжения на нем до нуля, дальнейший его перезаряд невозможен из-за наличия диода 15 и запирания дополнительного транзистора 10.

В результате разрыва разрядной цепи при полном разряде конденсатора (момент tj) напряжение на обмотках вспомогательного дросселя 12 изменяет знак. При этом энергия, накопленная в дросселе 12 по цепи 16, 17, возвращается в разделительный конденсатор 2 (интервал t, - t),

На интервале выключения транзистора 7 (интервалы t - t- с момента времени tg напряжение на транзисторе 7 за счет заряда конденсатора 8 . нарастает сравнительно медленно при практически близком к нулю токе кол- лектора, что обусловливает минималь- ные динамические потери, мощности на интервале выключения. Энергия, накопленная в вспомогательном дросселе 12 на интервале выключения транзистора 7 с момента времени t. рекуперируется по цепи 16, 17 в конденсатор 2, Таким образом использование предложенного устройства обеспечивает работу ключевого транзистора в безопасной области и с минимальными динами- ческими потерями

Формула изобретения

1, Преобразователь постоянного напряжения, содержащий в силовом контуре по меньшей мере один силовой транзистор, связанный с цепью входных выводов преобразователя, и цепочку i для уменьшения динамических потерь, выполненную в виде формирующего конденсатора, подключенного первым выводом к коллектору силового транзистора, а вторым вьгоодом через первый диод - к эмиттеру силового транзисто ра и непосредственно к эмиттеру дополнительного транзистора, база которого через резистор соединена с эмиттером силового транзистора, а цепь коллектора через разрядную обмотку токоограничительного дросселя, содержащего также рекуперационную обмотку, подключен а к цепи коллектора силового транзистора, причем последовательно с рекуперационной обмоткой токоограничительного дросселя включен второй диод, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД и надежности путем уменьшения, динамических потерь в силовом транзисторе, в токоограничительньй дроссель введена силовая обмотка, включенная последовательно с силовым транзистором, а последовательно в цепь коллектора дополнительного транзистора включен третий диод,

2. Преобразователь по п, 1, отличающийся тем, что при выполнении его силового контура по однотактной схеме с последовательным разделительным конденсатором цеп рекуперационной обмотки токоограничительного дросселя и второго диода подключена параллельно разделительному конденсатору.

.7 tz tlf. ts te tj

Фиг. 2

ta

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитания. Цель изобретения - повышение КПД и надежности путем уменьшения динамических потерь в силовом транзисторе. Преобразователь содержит входной дроссель 1, через разделительмьи кон денсатор 2 и выходной дроссель 3 под- соединенный к одному из выходных выводов. В силовой контур входит силовой транзистор 7, зашунтированный последовательно соединенными формиру- кзщим конденсатором 8 и диодом 9. Цепь дополнительного транзистора 10 через .диод разрядной цепи 15 и разрядную 13 и силовую 14 обмотки дросселя 12 подключена к входным вьгаодам. Б преобразователе осуществляется рекуперация энергии, запасаемой в формирующих цепях на интервалах включения и выключения силового транзистора 7, в разделительный конденсатор 2. Режим максимального подавления высокочастотных пульсаций на входе или выходе преобразователя системой магнитосвязанных дросселей при этом не нарушается, 1 з,п. ф-лы, 2 ил.