Однотактный преобразователь напряжения Советский патент 1989 года по МПК H02M3/335 H02M7/10 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано во вторичных источниках электропитания.

Цель изобретения - повышение надежности и КПД путем уменьшения потерь при коммутации токов.

На чертеже изображена схема преобразователя.

Источник вторичного электропитани состоит из однотактного полумостового инвертора 1 на транзисторах 2и 3 , с защитными цепями 4 и 5 соответственно и подключенньми к ним рекупера ционными диодами 6 и 7 и силовым трансформатором 8, а также из двух выходных цепей первой 9 и второй 10 К обмотке 11 силового трансформатора присоединена непосредственно первая выходная цепь 9 в виде двух диодов 12 и 13, сглаживающего дросселя 14 и конденсатора 15 LC-фильтра. К обмотке 16 силового трансформатора присоединена через-силовой транзисторны ключ 17 вторая выходная цепь 10 в виде диодов 18 и 19, сглаживающего дросселя 20 и конденсатора 21 LC- фильтра, а также токоограничивающий дроссель 22 и Дополнительный диод 23, которые имеют связь как с первой так и второй выходными цепями, имеющие общий отрицательный выходной вывод. Кроме этого имеются основной и вспомогательный узлы управления 24 и 25. Первый из них предназначен для стабилизации выходного напряже- ния первой выходной цепи 9 и связан с входом инвертора 1. Выходное нап

ряжение второй выходной цепи 10 ста

билизируется с помощью вспомогательного узла управления 25, связанного с входом силового транзисторного ключа 17,

Преобразователь работает следую- щим образом.

. Сначала при закрытом силовом транзисторном ключе 17 отпираются транзисторы 2 и 3 инвертора 1. Отпирается Диод 12 первой вых одной цепи 9, а диод 13 запирается. Открывается также диод 23., а диод 19 запирается. Через, интервал времени, зависимый от величины возмущающего воздействия на вторую выходную цепь включается силовой транзисторный ключ 17, При этом запирается диод 23 и открывается диод 18. После окончания интервала проводимости транзисторы 2 и 3

0 5 0

5

0

.с

0

5

запираются. Знак напряжения на обмотках силового трансформатора изменяется на обратный и диоды 12 и 18 за-. пираются, а диоды 13 и 19 отпираются до очередного цикла включения транзисторов 2 и 3 инвертора..

Ограничение тока в контуре: обмотка 1 1 - диоды 12 и 13, токоограничивающий дроссель 22 - обмотка 11 осуществляется за счет дросселя 22. Действительно, на интервале, когда диод 12 уже начал открываться, а диод 13 еще не успел закрыться, ток коммутации направлен противоположно току дросселя 22 до момента начала коммутации этих диодов, поэтому за время коммутации ток в контуре: обмотка 11 - диоды 2 и 3 - дроссель 22 - обмотка 22 ограничивается по скорости нарастания и амплитуде. Ограничение тока в контуре: обмотка 16 - транзистор 17 - диоды 18 и 19 - обмотка 16 реализуется вследствие того, что до отпирания транзистора 17 диод 19 запирается с помощью напряжения обмотки 11 и диода 23, поэтому после отпирания силового транзисторного ключа 17 скачок тока отсутствует как по контуру: обмотка 16 - транзистор 17 - диоды 18 и 19 - обмотка IS, так и по контурам включаюащм диод 23 благодаря действию токоограничивающего дросселя 22. Так как на интервале коммутации на рторичной стороне инвертора токи коммутации ограничены по скорости нарастания и амплитуде и начинают нарастать с нуля, то ре- зультируюищй ток на первичной стороне тоже нарастает с нуля, причем с ограниченной скоростью как при включении транзисторов 2 и 3 инвертора, так и силового транзисторного ключа 17. При форсированном включении транзисторов 2 и 3 нарастание коллекторного тока существенно замедляется, поэтому траектория рабочей точки каждого транзистора существенно смещается в область безопасной работы. Аналогично получается и при включении транзистора 17. Повышенная надежность коммутации силовых элементов 5 а следовательно, и надежность источника питания в целом обеспечивается снижением скорости нарастания токов в силовых контурах на первичной и вторичной сторонах инвертора в.нормальном и переходном режимах. Введение перемагничиваемогр токоограничивающего дросселя позволяет не только значительно ограничить величину тока коммутации в силовых контурах, но и получить требуемый фазовый сдвиг между напряжением и током коммутируюпшх транзисторов, а следовательно, обеспечить существенный запас устойчивости работы в импульсных режимах.

Таким образом, вследствие ограничения токов коммутации в силовых контурах уменьшаются потери энергии в силовых транзисторах и диодах на по- вьшенных частотах преобразования, что позволяет повысить КПД и снизить вероятность вторичного пробоя транзисторов при повьшенной температуре окружающей среды, либо значительно уменьшить габариты теплоотдодов, ли- бо реализовать компромисный вариант: повысить надежность и КПД, уменьшить затраты на теплоотводы и силовые элементы. С другой стороны ограничения скорости нарастания токов комму- тации уменьшает вероятность сбоя работы электронных узлов блока питания и микро-ЭВМ и повы.сить их функцио- нальную надежность, либо снизить затраты на помехоподавляющие узлы ис- точника питания. Влияние вспомогательного диода проявляется не только в том, что диод 19 запирается до открывания силового транзисторного ключа 1 7 и тем самым снижается ток коммутации в силовом контуре второй выходной цепи, но и в снижении коллек- jTopHOro напряжения этого ключа, которое теперь определяется не величиной напряжения обмотки 16, а разностью напряжений обмоток 16 и 11. Это позволяет повысить надежность транзисторного ключа 17, либо снизить затраты путем использования более дешевого транзистора. Кроме этого, снижаются пульсации выходного напряжения второй выходной цепи, так как в предлагаемом техническом решении в отличие от известного длительность импульса тока сглаживающего дросселя на интер- вале накопления энергии равно време

0

5 0 5 : D 0

5

0

5

ни открытого состояния транзисторов инвертора, а не силового транзисторного ключа 17, открывающегося позже. Амплитуда же тока меньше. Это позволяет снизить затраты на фильтр при оптимизации силовой части источника.

Формула изобретения

Однотактный преобразователь напряжения на транзисторах, содержащий основной узел управления транзисторами, силовой трансформатор с первичной и двумя вторичными обмотками, образующими две разнопотенциальные выходные цепи с обп{ими отрицательными выходными выводами, первая выходная цепь подключена к одной из вторичных обмоток силового трансформатора и содержит первый и второй выпрямительный диод и LC-фильтр, входной вывод сглаживающего дросселя которого соединен с катодами упомянутых диодов, первый из которых соединен последовательно с обмоткой силового трансформатора, причем вход основного узла управления подключен к выходньм вьгеодам первой выходной цепи, вторая выходная цепь подключена к другой вторичной обмотке через транзисторный ключ, управляющий вход которого соединен с выходом вспомогательного узла управления и подключена, также как и первая выходная цепь, к выходным выводам, к которым подключен вход вспомогательного узла управления, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и КПД путем уменьшения коммутационных потерь, введены токоограничивающий дроссель и дополнительный диод, анод которого соединен с анодом первого диода первой выходной цепи, а катод соединен с общей точкой соединения катодов первого и второго диодов второй выходной цепи, а токоограничивающий дроссель включен последовательно между общей точкой соединения анодов вторых диодов выходных цепей и общим выходным выводом.

Изобретение относится к преобразовательной технике, а именно к вторичным источникам электропитания. Цель изобретения - повышение надежности и КПД путем уменьшения коммутационных потерь. Изобретение содержит инвертор 1 с выходным трансформатором 8. К вторичным обмоткам 11 и 16 подсоединены первая выходная цепь 9 и вторая выходная цепь 10 в виде выпрямителя и фильтра. Введение общего для выходных цепей токоограничивающего дросселя 22 и диода 23 позволяет снизить скорость нарастания токов в коммутирующих контурах на первичной и вторичной сторонах инвертора и снизить напряжение на силовом транзисторном ключе. 1 ил.