Резонансный самовозбуждающийся преобразователь постоянного напряжения Советский патент 1990 года по МПК H02M3/337 

Фиг.1

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитания.

Цель изобретения - повышение КПД и расширение частотного диапазона.

На фиг. 1 приведена электрическая схема устройства; на фиг. 2 - схема замещения для одного полупериода работы преобразователя; на фиг. 3 -диаграммы токов и напряжений.

Резонансный преобразователь постоянного напряжения (фиг. 1) содержит первый 1 и второй 2 управляемые ключи, подключенные к входным выводам 3 и 4. Конденсатор 5 входит в колебательный контур. Выходной трансформатор б содержит первичную обмотку 7, обмотки 8, 9 положительной обратной связи, подключенные через резисторы 10, 11 к управляющим переходам соответственно первого 1 и второго 2 управляемых ключей. Вторичная обмотка 12 через выходной выпрямитель 13 и фильтр 14 подключена к выходным выводам 15, 16 и диодную цепь, состоящую из первого 17 и второго 18 диодов. Индуктив- ность 19, включенная последовательно с первичной обмоткой 7 трансформатора 6, обозначает индуктивность рассеяния трансформатора 6. Конструктивно возможно также исполнение индуктивности 19 в виде отдельного дросселя.

В качестве управляемых ключей 1 и 2 использованы транзисторы различного типа проводимости, а свободные концы диодов 17 и 18 подключены к базам этих транзисторов, встречно по отношению проводимости их база-эмиттерных переходов. На схеме замещения (фиг. 2), иллюстрирующей работу преобразователя в один полупериод, когда открыт транзисторный ключ 2 и закрыт транзисторный ключ 1, приведены: источник 20 входного напряжения, конденсатор 5, диод 18, эквивалентная индуктивность 21, включающая распределенную индуктивность силовой цепи и приведенную к первичной стороне индуктивность рассеяния трансформатора, индуктивность 22 первичной обмотки, обусловленная основным магнитным потоком (индуктивность намагничивания), один из диодов выпрямителя 13, выходной фильтр 14 с выходными выводами 23, 24 для подключения нагрузки и транзисторный ключ 2.

Устройство работает следующим обра- зом.

При замыкании транзисторного ключа 2 (см. фиг.. 4) открывается диод выпрямителя 13 и от входного источника 20 начинает протекать ток по цепи: источник 20, конденсатор 5, индуктивность 21, диод 13. фильтр 14, транзисторный ключ 2, источник 20. Если допустить, что активное сопротивление в этом контуре пренебрежимо мало, напряжения на диодах равны нулю, напряжение на конденсаторе фильтра 14 постоянно (при достаточно большой его емкости), а ток намагничивания трансформатора мал, то указанный процесс можно описать уравнением:

l-(E-Uo)

где I - ток коллектора транзисторного ключа 2:

Е - напряжение входного источника 20;

DO - приведенное выходное напряжение;

С - величина емкости конденсатора 5;

L- величина индуктивности 21.

Форма тока коллектора транзисторного ключа приведена на диаграмме 25 (фиг. 5). Напряжение на индуктивности 21 U2, являющееся производным оттока, приведено на диаграмме 26 и описывается выражением

UL(E -Uo)cos (1.) .

Напряжение на конденсаторе 5 выражается формулой

Uc

(Е -Uo)-(E -Uo)cos /и приведено на диаграмме 27. До тех пор, пока открыт диод выпрямителя 13, напряжение на индуктивности 22 первичной обмотки постоянно (диаграмма 28), равно напряжению на фильтре 14 Uo и в ней происходит нарастание тока намагничивания. Когда напряжение на конденсаторе 5станет равным напряжению входного источника 20, т.е. , происходит открытие диода 18 и ток намагничивания индуктивности 22 первичной обмотки замыкается в контуре; индуктивность 22, переход коллектор, база транзистора 2, диод 18, индуктивность 21, индуктивность 22. Указанный момент времени может быть определен:

t2 T arccos ( - .- ,, , Таким об t - Uo /

разом, после завершения половины периода колебательного процесса и смены знака напряжения на первичной обмотке 7 (фиг. 1) трансформатора, происходит открытие диода 18 и напряжение первичной обмотки 7 прикладывается к еще открытому транзисторному ключу 2, что предотвращает дальнейший рост напряжения и задерживает формирование отпирающего импульса в обмотке 8 управления транзисторного ключа 1.

На интервале времени t2-t3 происходит рассасывание носителей и запирание тран- зисторного ключа 2. Возникает выброс напряжения на первичной обмотке 7, который трансформируется в обмотку 8 управления и вызывает открытие транзисторного ключа 1. Начинается формирование второго полупериода колебаний, проходящего аналогично описанному с тем отличием, что теперь происходит разряд емкости и значение напряжения входного источника необходимо установить равным нулю. т.е. . Фор- ма тока коллектора транзисторного ключа 1 показана на диаграмме 29.

Протекание тока через коллекторно- базовый переход, направление которого соответствует обратному току базы, способ- ствует формированному рассасыванию избыточных носителей и ускоренному запиранию транзисторного ключа 2. Ввиду того. что тип проводимости транзисторного ключа 1 противоположен типа проводимости транзисторного ключа 2, коммутация первого протекает аналогично описанному с той лишь разницей, что момент коммутации соответствует разряду конденсатора 5. Таким образом, форсированное запирание транзисторных ключей способствует уменьщению длительности паузы в работе преобразователя, т.е. такого интервала времени, когда равны нулю напряжение на выходной обмотке 12 трансформатора 6 и ток. отдаваемый преобразователем в выходной фильтр 14. Уменьшение паузы и связанное с этим лo8JJшeниe рабочей частоты позволяет уменьшить емкость выходного фильтра 14 и увеличить выходную мощность при той же амплитуде тока коллектора транзисторных ключей.

Формула изобретения Резонансный самовозбуждающийся преобразователь постоянного напряжения, содержащий цепочку из двух согласно последовательно соединенных управляемых ключей, подключенную к входным выводам преобразователя, и последовательный колебательный контур, состоящий из первичной обмотки выходного трансформатора и конденсатора и включенный параллельно одному из управляемых ключей, причем вторичная обмотка выходного трансформатора через выходной выпрямитель и фильтр соединена с выходными выводами, а каждая из двух обмоток положительной обратной связи через резистор соединена с управляющим переходом соответствующего управляемого ключа, отличающийся тем. что, с целью повышения КПД и расширения частотного диапазона, в качестве управляемых ключей использованы транзисторы разного типа проводимости, подключенные эмиттерами к входным выводам, а точка соединения первичной обмотки выходного трансформатора и конденсатора соединена со средней точкой введенной цепочки из двух согласно последовательно соединенных диодов, включенной между базами транзисторов так, чтобы направление проводимости диода было противоположно направлению проводимости база-эмиттерного перехода соединенного с ним транзистора.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитания. Цель изобретения - повышение КПД и расширение частотного диапазона. Преобразователь выполнен на транзисторах 1 и 2 разного типа проводимости. Параллельно транзистору 1 включен последовательный колебательный контур, состоящий из первичной обмотки 7 выходного трансформатора 6 и конденсатора 5. Диоды 17 и 18 ограничивают напряжение на конденсаторе 5. При появлении в конце полупериода тока в диодах 17 и 18 происходит форсированное запирание транзисторов 1 и 2 по переходу коллектор-база. Обмотки положительной обратной связи 8 и 9 обеспечивают самовозбуждение преобразователя. 3 ил.

5

2/

73

2Z,

1U

23

- D

Фи.2

-11

2В