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

(21)4019631/2А-07; 4019629/24-07

(22)13.02.86

(46) 07.09.88. Бкш. (Р 33

(72) С.Ю.Панфилов, И.В.Полетаев,

М.Г.Тьшес и А.В.Тюрин

(53)621.314.58(088.8)

(56)Патент США № 2826731, кл. Н 02 М 3/337, 1958.

Патент США № 3313998, кл. Н 02 М 3/337, 1967.

(54)ОДНОТАКТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

(57)Изобретение относится к электротехнике. Цель - повьшение КПД и надежности путем уменьшения импульсной мощности при выключении силового транзистора. Устр-во содержит силовой транзистор 1, трансформатор 2, выпрямительный 3 и ракуперационный 4 диоды. Конденсатор 9 включен параллельно дополнительному диоду 8. Силовые транзисторы 1 и 10 работают поочередно и управляются импульсами напряжения длительностью.не более 0,5 Т. В момент времени выключенного силового транзистора 1 постоянство тока на выходе-преобразователя обеспечивается энергией, накопленной в дросселе 5 и конденсаторе 6, которая затем передается в нагрузку. Перенапряжения, возникающие на кол- лекторно-эмиттерном переходе силового транзистора 1 или 10, имеют место в интервалы времени его полного выключения. 1 з.п. ф-лы. 3 ил.

с

(Л

Фиг.2

Изобретение относится к электро- технике и может быть использовано в системах вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры.

Цель изобретения - повышение КПД и надежности путем уменьшения импульсной мощности при выключении силового транзистора.

На фиг. 1 и 2 представлены элект- Q Кроме того, обозначены напряжение Е

рические схемы предлагаемых одно- тактных тгреобразоваТелей постоянного напряжения; на фиг. 3 - диаграммы напряжений и токов участков схемы.,

Однотактный преобразователь пос- тоянного напряжения (фиг. 1) содержит первую преобразовательную ячейку, состоящую из силового транзистора 1, тран сформатора 2, имеющего первичную, дополнительную и вторичную обмотки, выпрямительного 3 и рекуперацнонного 4 диодов. В преобразователь входят также LCD-фильтр 5-6-7, дополнительный диод 8 и конденсатор 9. Со вторым входным выводом преобразователя соединены первый вывод конденсатора 9 и вторые выводы дополнительного 8 и рекуперационног 4 диодов. С первым входным выводом преобразователя через силовой транзистор 1 соединен конец первичной обмотки трансформатора 2, начало которой соединено с вторым выводом конденсатора 9, первым выводом дополнительного диода 8 и концом дополни тельной обмотки трансформатора 2, начало которой соединено с первым выводом.рекуперационного диода 4.

Во вторичной обмотке трансформатора 2 наводится ЭДС, под действием которой по цепи 3-5-6 и нагрузка пр текает ток. В этот.промежуток време ни t(,-t в сердечнике трансформато ра 2 накапливается реактивная энерВторичная обмотка трансформатора 2 через выпрямительный диод 3 подключе- 40 величина которой определяется

индуктивностью первичной обмотки

на к входу выходного LCD-фильтра 5-6-7, выход которого подключен к выходным выводам.

Однотактный преобразователь посто-45 янного напряжения в сдвоенном вари- (фиг. 2) содержит вторую, аналогичную первой, преобразовательную ячейку, состоящую из;силового транзистора 10, трансформатора 11, с 50 первичной, дополнительной .и вторичной обмотками, выпрямительного 12 и рекуперационного 13 диодов, причем выходные цепи ячеек соединены параллельно, эмиттеры силовых транзис- 5S торов 1 и 10, начала первичных обмоток трансформатора 2 и 11 и вторые выводы рекуперационных диодов 4 и 18 объединены.

трансформатора и током намагничивания 1. В момент времени tf силовой транзистор 1 выключается и на допол нительной обмотке трансформатора 2 возникает ЭДС самоиндукции, под действием которой открывается рекуп рационный диод 4 по цепи дополнительная обмотка трансформатора 2-9запасенная в сердечнике трансформат ра 2 энергия рекуперируется в конденсатор 9. Этот процесс продолжается до момента времени t;. При этом конденсатор 9 заряжается до величины напряжения ДЕ.

заряженным

Конденсатор 9 остается до момента времени Т и начинает разряжаться, когда включается силовой транзистор 1 (в момент времени Т) .

На фиг. 3 обозначены напряжение 14 коллектор-эмиттер силового транзистора 1, ток 15 силового транзистора 1, ток 16 диода 4, напряжение 17 на диоде 8, напряжение 18 на первичной обмотке трансформатора 2, напряжение 19 на диоде 4, ток 20 че рез дроссель 5 LCD-фильтра 5-6-7.

первичного источника, напряжение ЛЕ, формируемое на конденсаторе 9, максимальное нап)ряжение t.. прикладываемое к силовому транзистору 1, отношение числа витков п первичной обмотки к вторичной тране

i

форматора 2, отношение числа п дополнительной обмотки к первичной трансформатора 2, максимальное значение тока ijj намагничивания (тока холостого хода), протекающего по первичной.обмотке трансформатора 2 в интервалы времени включенного регулирующего транзистора 1, минимальное и максимальное значения тока If.M -iMOKc. силового транзистора 1,

Преобразователь (фиг.1) работает следующим образом.

В момент времени силовой транзистор 1 открыт и нагфяжение питания через дополнительный диод 8 поступает на первичную обмотку

трансформатора 2.

Во вторичной обмотке трансформатора 2 наводится ЭДС, под действием которой по цепи 3-5-6 и нагрузка протекает ток. В этот.промежуток времени t(,-t в сердечнике трансформатора 2 накапливается реактивная энер

величина которой определяется

трансформатора и током намагничивания 1. В момент времени tf силовой транзистор 1 выключается и на дополнительной обмотке трансформатора 2 возникает ЭДС самоиндукции, под действием которой открывается рекупе рационный диод 4 по цепи дополнительная обмотка трансформатора 2-94 запасенная в сердечнике трансформатора 2 энергия рекуперируется в конденсатор 9. Этот процесс продолжается до момента времени t;. При этом конденсатор 9 заряжается до величины напряжения ДЕ.

заряженным

Конденсатор 9 остается до момента времени Т и начинает разряжаться, когда включается силовой транзистор 1 (в момент времени Т) .

15

20

В этот момент времени напряжение Е + ДЕ, образованное первичным источником и конденсатором 9, прикладывается к первичной обмотке трансформатора 2. После окончания разряда конденсатора 9 на первичную обмотку трансформатора поступает напряжение Е через додолнительный диод 8.

Далее процессы повторяются анало- д гично описанным. В момент времени выключейного силового транзистора постоянство TOKai на выходе преобразователя обеспечивается за счет энергии, накопленной в дросселе 5 и конденсаторе 6 LCD-фильтра 5-6-7 Эта энергия передается в нагрузку по цепи 7-5-6 и нагфузка.

В однотактном сдвоенном пре-, образователе постоянного напряжения (фиг. 2) силовые транзисторы 1 и 10 работают поочередно и управляются импульсами напряжения, сдвинутыми на половину периода коммутации устройства и длительностью не более 0,5 Т.

Однотактный сдвоенный преоб- разователь постоянного напряжения работает аналогично преобразователю, выполненному по схеме (фиг. 1).,

Трансформаторы преобразователей конструктивно выполнены таким образом, что обеспечивается хорошая маг нитная связь между обмотками, т.е. минимальная индуктивность рассеяния.

В предлагаемых преобразователях напряжение на колректор-эмиттерных переходах силовых транзисторов оказывается несколько выше, чем в известном. Однако эти напряжения возникают в интервалы времени полностью выключенного силового транзистора. В интервалы времени переключения транзистора напряжения на его переходе коллектор-эмиттер значительно снижены по сравнению с известным преобразователем.

Поэтому, в предлагаемых устройрт- вах за счет снижения напряжений на силовых транзисторах в режимах переключения при некотором увеличении

25

30

35

40

45

50

15

20

д

22323

напряжения

в .режиме отсечки обеспечивается улучшение надежности (траектория переключения) и повышение КПД (за счет снижения динамических потерь).

ФорЬ ула-изобретения

25 вывод рекуперационного диода, а вторичная обмотка подключена через выпрямительный диод к входу выходного LCD-фильтра, отличающийся ,тем, что, с целью повышения КПД и надежности путем уменьшения импульсной мощности при выключении силового транзистора, введены конденсатор и дополнительный диод, причем вторые вьшоды рекуперационного и дополнительного диодов и первый вывод конденсатора объединены и подключены к второму входн(Л1у выводу преобразователя, а первый вьшод дополнитель-, ного диода и второй вывод конденсатора подключены к началу г первичной обмотки трансформатора.

30

35

40

45

50

Hзнаке

0,57

tfT i,5.T гт . fpi/.J