Транзисторный однотактный преобразователь постоянного напряжения Советский патент 1988 года по МПК H02M3/337 

00

со ел

Изобретение относится к электротехнике. Цель изобретения - повьппение надежности путем снижения динамических потерь мощности при переключении силового транзистора и расширение диапазона регулирования скорости нарастания выходного напряжения при пуске. Преобразователь содержит силовой транзистор 1, через силовой дроссель 2 подсоэдиненный к входным вьшо- дам. Параллельно силовому транзистору 1 включена цепочка из последоват тельнсЗ соединенных шунтирующего конденсатора 3 и шунтирующего диода 4, Входные выводы зашунтированы последовательно соединенными разрядным 5, отсекающим 7 диодами и дополнительным дросселем 8. В момент запирания силового транзистора 1 его коллекторный ток спадает до нуля. Начинается заряд шунтирующего конденсатора 3 через шунтирующий диод 4 током, начальное значение которого равно сумме тока, протекающего через силовой дроссель 2, и приведенного тока нагрузки, 3 ил. $ (Л

Фи,5.1

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитания для преобразования постоянного напряжения.

Цель изобретения - повьшение надежности путем снижения динамических потерь мощности при переключении силового транзистора.

На фиг. 1 показана принципиальная схема силовой части предлагае(ого преобразователя; на фиг. 2 и 3 - диаграммы токов и напряжений в цепях преобразователя в переходном и уста- новившемся процессах соответственно.

Преобразователь напряжения содержит силовой транзистор 1, эмиттер которого соединен с отрицательным выводом источника питания, а коллектор через силовой дроссель 2-е его по- |ложительным вьгоодом. Параллельно силовому транзистору 1 включена цепочка |из последовательно соединенных шун- I тирующего конденсатора 3 и шунтирую- |щего диода 4, катод которого подклю- |чен к отрицательному вьшоду источника питания, а положительный вьгоод последнего связан с катодом разрядного Диода 5. Анод разрядного диода 5 объединей с одним из выводов буферного конденсатора 6, второй вьшод которого подключен к точке соединения шунтирующего конденсатора 3 с анодом шунтирующего диода 4, и подключен к като- цу отсекающего диода 7, анод которого через дополнительный дроссель 8 сое- инен с отрицательным выводом источ- ика питания. Параллельно силовому {транзистору 1 включен блок преобразо- Ьания импульсного напряжения в постоянное. Этот блок для повьш1ающего (преобразователя выполнен в виде по- Ьледовательно соединенных силового Йиода 9 и фильтрующего выходного кон- .Денсатора 10 и соединен с нагруз- Кой 11. Для преобразователя с разде- ,|пительным конденсатором (схема Кука) схема этого блока соответственно из- .keHBHa.

Транзисторный преобразователь в : 1ереходном режиме работает следующим (&бразом.

В момент времени запирания силово- :Ьо транзистора 1 t (фиг.2) его коллекторный ток (Фиг.2а), равный (|:умме тока, протекающего через силовой дроссель 2 (фиг.2б иприведен- itoro тока нагрузки, спадает до нуля

Q

5

0 5оQ

0

5

(время спада определяется частотами свойствами силового транзистора 1 и принято равным нулю). При этом начинается заряд шунтирующего конденсатора 3 через щунтирзгющий диод 4(фиг. 2д, з) током, начальное значение которого равно сумме тока, протекающего через силовой дроссель 2, и приведенного тока нагрузки. Следовательно, напряжение и на силовом транзисторе 1 (фиг. 2в) возрастает не скачком, а повторяет напряжение Uj на шунтирующем конденсаторе 3 (фиг. 2г), благодаря чему обеспечивается формирование благоприятной траектории выключения силового транзистора I.

С момента времени t-, когда заканчивается заряд конденсатора 3, до момента включения силового транзистора 1 ток в силовом дросселе 2 замыкается в контуре; силовой дроссель 2 -л силовой диод 9 - конденсатор 10 - источник питания. В момент включения силового транзистора 1 (Ц) напряжение и (фиг.2в) спадает до нуля (время спада определяется частотньми свойствами силового транзистора 1 и принято равным нулю). При этом начинается разряд шунтирующего конденсат тора 3 в контуре: шунтирующий конденсатор 3 - силовой транзистор 1 - дополнительный дроссель 8 - отсекающий диод 7 - буферный конденсатор 6. Энергия, накопленная в шунтирующем конденсаторе 3, передается в буферный конденсатор 6.

В момент времени t, когда напряжение на шунтирующем конденсаторе 3 в колебательном процессе его разряда спадает до нуля, открь гаается шунтирующий диод 4 и заряд буферного конденсатора 6 продолжается в контуре: буферный конденсатор 6 - щунтирующий диод 4 - дополнительный дроссель 8 - отсекающий диод 7 за счет энергии, запасенной в дополнительном дросселе 8. Форма коллекторного тока 1л силового транзистора 1 определяется параметрами контура: шунтирующий диод 3 - дополнительный дроссель 8 - отсекающий диод 7- буферньш конденса тор 6, а также параметрами силового дросселя 2 и нагрузки.

В установившемся режиме характер процессов в транзистором ключе зависит от соотношений напряжений источника питания и максимального значения напряжения УЭМ на конденсаторе 3

(фиг, 3). На фиг.З представлены временные диаграммы процессов для соотношений и 7 2Е (фиг. За) и V, 2Е (фиг. 36).

В случае / 2Е при запирании силового транзистора происходит заряд шунтирующего конденсатора по контуру: силовой дроссель 2 - шунтирующий конденсатор 3 - буферный конденсатор 6-10 разрядный диод 5, при этом напряя ение на буферном конденсаторе б уменьшается от Е+ли до Е (момент времени t , фиг. 3). Последующий дозаряд шунтирующего конденсатора 3 до напряжения 15 и осуществляется по контуру: источник питания - силовой дроссель 2 - шунтирующий конденсатор 3 - шунтирующий диод 4. При достижении напряжения

и 25

на шунтирующем конденсаторе величины и... в дальнейшем весь ток силового

у№

дросселя протекает в выходную цепь.

При отпирании силового транзистора разряд шунтирующего конденсатора 3 происходит по контуру:, шунтирующий конденсатор 3 - дополнительный дроссель 8 - отсекающий диод 7 - буферный конденсатор 6. При этом энергия с шунтирующего конденсатора 3 передается в буферный конденсатор 6, заряжая егЬ до напряжения, несколько больше- го Е. В момент t (фиг. За), когда сумма напряжений на буферном и шунти- ,рующем конденсаторах равна Е, отпирается разрядный диод 5 и оставшаяся энергия в дополнительном дросселе отдается в источник питания через от- секающий 7 и разрядный 5 диоды.

При и. 2Е процессы в схеме происходят аналогично с тем отличием, что в момент запирания силового транзистора на нем возникает скачок напряжения ди (фиг.Зб). Напряжение на шунтирующем конденсаторе изменяется в

20

30

35

40

Транзисторный однотактньй преобразователь постоянного напряжения, содержащий силовой дроссель, подключенный одним вьшодом к первому входному вьшоду преобразователя, а другим вьгоодом через силовой транзистор к второму входному выводу преобра-зова- теля, и дополнительньш дроссель, подключенный первым вьюодом к второму входному выводу преобразователя, а вторым выводом через согласно-последовательно соединенные первый и второй диоды, включенные встречно источнику питания преобразователя, к первому входному вьшоду преобразователя, причем к точке соединения силового дросселя с силовым транзистором подключен первым вьтодом шунтир щей конденсатор, а параллельно силовому транзистору подключен блок преобразования импульсного напряжения в по- стоянное, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности путем снижения динамических потерь мощности при переключении силового транзистора и расширения диапазона I регулирования скорости нарастания выходного напряжения при пуске, введен буферный конденсатор, один вывод которого подключен к точке соединения первого и второго диодов, а другой вывод соединен с вторым выводом тундиапазоне от (E-4U ) до (Е+ди). Напря-45тирующего конденсатора и через ввежение на буферном конденсаторе изме-денный третий диод, включенный со- няется в диапазоне от Е до Е+ли.гласно с направлением проводимости

Без учета потерь энергии в коммутй-силового транзистора, с вторым входрующих цепях для напряжений должно ным выводом преобразователя.

1015

25

20

30

35

40

выполняться условие 4U 4l -f/jU . Энергия дополнительного дросселя 8 в данном режиме в источник питания не передается.

Таким- образом, уменьшаются динамические потери при переключении силового транзистора, что повьшхает КПД и надежность преобразователя.

Формула изобретения

Транзисторный однотактньй преобразователь постоянного напряжения, содержащий силовой дроссель, подключенный одним вьшодом к первому входному вьшоду преобразователя, а другим вьгоодом через силовой транзистор к второму входному выводу преобра-зова- теля, и дополнительньш дроссель, подключенный первым вьюодом к второму входному выводу преобразователя, а вторым выводом через согласно-последовательно соединенные первый и второй диоды, включенные встречно источнику питания преобразователя, к первому входному вьшоду преобразователя, причем к точке соединения силового дросселя с силовым транзистором подключен первым вьтодом шунтир щей конденсатор, а параллельно силовому транзистору подключен блок преобразования импульсного напряжения в по- стоянное, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности путем снижения динамических потерь мощности при переключении силового транзистора и расширения диапазона I регулирования скорости нарастания выходного напряжения при пуске, введен буферный конденсатор, один вывод которого подключен к точке соединения первого и второго диодов, а другой вывод соединен с вторым выводом тунyU A

. /Я л ./ л

%«4 « -7n /N

/U f

t