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

о

XI

ел о с

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

Цель изобретения - уменьшение массы и габаритов и повышение надежности путем уменьшения напряжения на управляемом ключе.

На фиг.1 и 2 показаны принципиальные схемы предлагаемого однотактного преобразователя постоянного напряжения, примеры исполнения; на фиг.З - диаграммы токов и напряжений в основных цепях преобразователя, индексы которых соответствуют номеру элемента в цепи.

Однотактный преобразователь постоянного напряжения (фиг,1) содержит цепь из последовательно соединенных первичных обмоток 1 и 2 соответственно первого 3 и второго 4 трансформаторов и управляемого ключа 5 между входными выводами 6 и 7 преобразователя, блок 8 управления, реку- перационный диод 9, выпрямительный диод 10, фильтрующий конденсатор 11. Вторичная обмотка второго трансформатора 4 выполнена с промежуточным отводом, т.е. в виде двух секций 12 и 13. В преобразователь введена цепочка из последовательно соединенных разделительного диода 14 и дополнительных обмоток 15, 16 перибго 3 и второго 4 трансформаторов, подключенная между входными выводами 6 и 7 преобразователя. Между силовыми выводами управляемого ключа 5 и диода 14, не соединенными с входными выводами 6, 7 преобразователя, включен блокирующий конденсатор 17. Один крайний вывод вторичной обмотки (секции 12) второго трансформатора 4 через рекуперативный диод 9 соединен с одним выводом конденсатора 11 и первым выводом вторичКой обмотки 18 первого трансформатора 3. Второй вывод вторичной обмотки 18 первого трансформатора 3 через выпрямительный диод 10 соединен с промежуточным отводом вторичной обмотки второго трансформатора 4 Другой крайний вывод вторичной обмотки (секции 13) второго трансформатора 4 соединен с другим выводом конденсатора 11,

Согласно фиг.2 преобразователь содержит те же элементы, однако управляемый ключ 5 включен между входным выводом 6 и точкой соединения первичной обмотки 1 первого трансформатора 3 и конденсатора 17.

Однотактный преобразователь постоянного напряжения (фиг.1) работает следующим образом.

При подаче на базууправляемого ключа 5 положительного импульса напряжения, формируемого блоком 8 управления, начинает протекать ток в первичной цепи преобразователя (интервал ti-t2 на фиг.З), который замыкается по цепи 6-1-2-5-7-6. При этом на вторичной обмотке 18 первого 5 трансформатора 3 возникает импульс напряжения, открывающий выпрямительный диод 10, и энергия из первичной цепи преобразователя поступает в конденсатор 11 и нагрузку по контуру соответственно 18-1010 13-11.

Сердечник первого трансформатора 3 выполняется с высокой магнитной проницаемостью., а сердечник второго трансформатора 4 - с низкой. При этом первый

15 трансформатор 3 можно рассматривать как трансформатор напряжения, а второй трансформатор 4 - как двухобмоточный дроссель.

В момент открывания управляемого

0 ключа 5 заряженный на предыдущем этапе до напряжения источника питания дополнительный конденсатор 17 разряжается через открытый управляемый ключ 5 по контуру протекания тока 17-5-16-15-17. На интер5 вале ti-t2 работы преобразователя ток в первичных обмотках 1, 2 соответственно первого 3 и второго 4 трансформатора нарастает. Происходит накопление энергии в индуктивности намагничивания первого

0 трансформатора 3 и во втором трансформаторе 4 При этом диоды 9 и 14 заперты.

Когда импульс напряжения на базе управляемого ключа 5 становится равным нулю, управляемый ключ 5. диод 10 закры5 ваются (момент р на фиг.З). Под действием ЭДС самоиндукции, возникающих на обмотках 1, 2 и пбмотках 15, 16 трансформаторов 3 и 4, открывается диод 14 и начинается процесс рекуперации .w, накоплен0 ной в индуктивности намагничивания этих трансформаторов. При этом конденсатор 17 подключается к последовательно соединенным первичным обмоткам 1, 2, причем к закрытому управляемому ключу 5 приклады5 вается напряжение UKS-B, равное по своему значению удвоенному напряжению питания преобразователя. Кроме того, на вторичной обмотке трансформатора 4 возьикает импульс напряжения, открывающий диод 9, и

0 часть энергии, накопленной во втором трансформаторе 4 на предыдущем этапе работы преобразователя, передае1тся на конденсатор 11 и нагрузку.

Рекуперация энергии, накопленной в

5 индуктивности намагничивания трансформатора 3, идет на интервале t2-t3. В момент Тз этот процесс прекращается и диод 14 закрывается. На интервале t.r-t4 продолжается передача энергии, накопленной в трансформаторе 4, на конденсатор 11 и нагрузку преобразователя, Кроме того, на интервале t3 -t4 происходит подзаряд конденсатора 17 по контуру протекания тока 6-1-2-17-15-16-7-6. На интервале t2-t4 ток вторичной обмотки трансформатора падает. В момент t4 вновь открывается управляемый ключ 5. При этом рекуперационный диод 9 закрывается, и все описанные процессы повторяются.

Работа преобразователя по фиг.2 аналогична описанной.

В трансформаторе 4 совмещены функции преобразования напряжения по уровню обеспечения гальванической развязки и фильтрации выходного напряжения преобразователя. Изменением отношения числа витков секций 12 и 13 вторичной обмотки второго трансформатора 4 обеспечивается перераспределение функций преобразования энергии между первым 3 и вторым 4 трансформаторами, а следовательно, перераспределение их габаритов.

Условием безразрывности тока конденсатора 11 является равенство отношения числа витков между обмотками 2 и 12 и отношения числа витков между обмотками 1 и 18. Число витков обмотки 15 должно быть равно числу витков обмотки 1, а число витков обмотки 16-числу витков обмотки 2.

Диаграммы на фиг.З иллюстрируют работу преобразователя в режиме безразрывного тока конденсатора выходного фильтра 11. Штриховой линией показаны токи в элементах преобразователя, когда это условие не выполняется.

Формула изобретения

Однотактный преобразователь постоянного напряжения, содержащий первый и второй трансформаторы, первичные обмотки которых соединены последовательно и образуют первую цепочку, включенную че рез управляемый ключ между входными выводами преобразователя, вторичная

5 обмотка первого трансформатора одним выводом соединена с первым выходным выводом преобразователя, а другим выводом - с первым выводом выпрямительного диода, вторичная обмотка второго транс0 форматора выполнена с промежуточным отводом и подключена первым крайним выводом к первому выводу рекуперацион- ного диода, а между выходными выводами преобразователя включен фильтрующий

5 конденсатор, отличающийся тем, что, с целью уменьшения массы и габаритов и повышения надежности путем уменьшения напряжения на управляемом ключе, параллельно первой цепочке включена введенная

0 вторая цепочка, состоящая из последовательно соединенных блокирующего конденсатора и разделительного диода, при этом первый вывод блокирующего конденсатора соединен с первым силовым выводом уп5 равляемого ключа, между вторым силовым выводом управляемого ключа и вторым DH- водом конденсатора включена введенная третья цепочка, состоящая из последовательно соединенных дополнительных обмо0 ток первого и второго трансформаторов, при этом второй вывод выпрямительного диода соединен с промежуточным отводом вторичной обмотки второго трансформ.что- ра, второй вывод рекуперационного дио,аа

5 подключен к первому выходному выводу преобразователя, а второй крайний вывод вторичной обмотки второго трансформатора соединен с вторым выходным выводом преобразователя.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитания. Цель изобретения - уменьшение массы габаритов и повышение надежности путем уменьшения напряжения на управляемом ключе. Цель достигается введением блокирующего конденсатора 17, подключенного через разделительный диод 14 параллельно первичным обмоткам 1 и 2 первого и второго трансформаторов 3 и 4 соответственно. Энергия индуктивности намагничивания и рассеяния первого и второго трансформаторов 3 и 4 расходуется при запирании управляемого ключа 5 на заряд блокирующего конденсатора 17. Благодаря этому ограничивается на уровне двойного напряжения питания напряжение на закрытом управляемом ключе 5. Дополнительные обмотки 15 и 16 первого и второго трансформаторов 3 и 4 обеспечивают цепь заряда блокирующего конденсатора 17. 3 ил.

Фия-г .

t, t2

:V JT-T-u}

икэ5

1л

J

In

111

r rn r-1,

n.