Двухтактный преобразователь постоянного напряжения в постоянное Советский патент 1991 года по МПК H02M3/337 

4 ч 00

О

СО

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в источниках вторичного электропитания. Цель - повышение КПД. Устр-во содержит трансформатор 1, обмотки которого выполнены в виде двух секций 2,3, расположенных на симметричных участках магнитопровода. Блок 17 управления вырабатывает управляющее напряжение для полупроводниковых ключей 10. 11, переключение которых приводит к появлению переменного напряжения на первичных 4, 5 и вторичных 6, 7 полуобмотках. Неявные индуктивности рассеивания между первичными 4, 5 и вторичными 6, 7 полуобмотками позволяют снизить сквозные токи в выпрямительных диодах 14. 15 и транзисторных ключах 10.11. Дополнительные полуобмотки 8, 9 необходимы для снижения индуктивного выброса напряжения на транзисторных ключах 10,11. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. 76 v Ё

п

17

Фиг.1

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в источниках вторичного электропитания систем радиотехники, автоматики и вычислительной техники.

Целью изобретения является повышение КПД двухтактного преобразователя постоянного напряжения в постоянное.

На фиг. 1 приведена схема электрическая двухтактного преобразователя постоянного напряжения в постоянное; на фиг, 2- трансформатор преобразователя.

Двухтактный преобразователь постоянного напряжения в постоянное содержит трансформатор 1, обмотки которого выполнены а виде двух секций 2 и 3, каждая из которых содержит первую 4 v вторую 5 первичные полуобмотки, первую 6 и вторую 1 вторичные полуобмотки и первую 8 и вторую 9 дополнительные полуобмоткм, первый 10 и второй 11 транзисторные ключи, первый 12 и второй 13 возвратные диоды, два выпрямительных диода 14 и 15, фильтр 16, блок 17 управления.

Данное техническое решение вносит лишь режимные улучшения, не изменяя общий принцип работы двухтактного преобразователя Режимные улучшения обусловлены введением неявно присутствующих индуктивностей рассеивания между первичными полуобмотками 4 и 5 секций 2 и 3, между вторичными полуобмотками 6 и 7, а также введением переходной индуктивности между входом и выходом трансформатора 1. При этом имеет место перекрестная передача энергии от первичной полуобмотки одной секции на вторичную полуобмотку другой секции через переходную индуктивность рассеивания.

Рассмотрим сначала как осуществляется ограничение сквозных токов, учитывая при этом, что транзисторные ключи 10 и 11 управляются общеизвестными методами для нерегулируемых и регулируемых преобразователей от блока 17 управления. Допустим, в начале второго полупериода работы преобразователя открывается ключ 11, а ключ 10 несмотря на наличие запирающего сигнала на его управляющем входе остается открытым на конечное время. Напряжение питания конвертора в этом промежутке времени оказывается не короткозамкнутым, а подключенным на индуктивность рассеивания между полуобмотками 4 и 5.

Поскольку за время выключения ключа 10 не происходит передачи энергии с входа на выход трансформатора, ток через ранее открытый диод 15 и полуобмотку 7 продолжает обеспечиватьсй энергией дросселя фильтра 16. По истечении времени выключения ключ 10 закрывается, полярность напряжение на всех обмотках трансформатора 1 меняется на обратную по сравнению с предыдущим полупериодом. Открывается

диод 14, а диод 15 на конечное время восстановления обратного сопротивления также остается открытым.

Суммарное напряжение полуобмоток 6 и 7 оказывается приложенным к индуктив0 ности рассеивания между полуобмотками б и 7. По окончании запирания диода 15 начинается рабочий режим непосредственной передачи энергии на выход преобразователя от полуобмотки 5 секции 3 через пояуоб5 мотку 6 секции 2 и диод 14. При этом имеет место накопление части передаваемой энергии в перекрестной индуктивности рассеивания.

Одновременно через полуобмотку 6 в

0 нагрузку передается также часть энергии предыдущего полупериода, накопленная в перекрестной индуктивности между полуобмотками 4 и 9. Незначительная часть энергии предыдущего полупериода, обус5 ловленная неидеальностью магнитной связи между полуобмотками 4 и б секции 8, возвращается в источник питания через дополнительную полуобмотку 8 и открывающийся диод 12, когда напряжение на

0 полуобмотке 4 достигает своего-максималь- ного значения. Коэффициент трансформации между полуобмотками 8 и 4 принят несколько меньше единицы. Соответственно этому дополнительный выброс напряже5 ния на транзисторе 10 не превышает значения (1,03 - 1,07} от величины входного напряжения.

Аналогичные процессы имеют место в следующем полупериоде, когда открывает0 ся ключ 10, закрывается ключ 11, открывается диод 15с последующим закрытием диода 14 и передачей энергии от полуобмотки 4 секции 2 к полуобмотке 5 секции 3 через перекрестною индуктивность рассеивания

5 между ними.

Наличие неявно выраженных индуктив- ностей рассеивания обеспечивает непрерывность или плавное изменение тока в источнике питания в переходных режимах

0 переключения силовых транзисторов, и плавное нарастание и спад тока во всех режимах, в том числе при регулировании посредством ШИМ. Это существенно уменьшает уровень высокочастотных по5 мех, создаваемых процессами переключения.

Из отличительных особенностей функционирования преобразователя следует также, что перекрестная индуктивность рассеивания мэжду первичными и вторичными

полуобмотками способствует уменьшению пульсации тока не только во входной цепи, но и на выходе преобразователя путем накопления за время рабочего импульса (открытого состояния транзисторного ключа в каждом полупериоде) части энергии с последующей ее передачей на выход преобразователя за время пауз, как это характерно для дросселя выходного фильтра 16.

Следовательно, перекрестная индуктивность рассеивания между первичными и вторичными полуобмотками одновременно дополняет функции выходного фильтра и способствует снижению потерь от сквозных токов, повышению КПД надежности и снижению уровня помех. При этом трансформатор t реализуется на обычных серийных сердечниках простым разделением рабочего участка магнитопровода и его окна на две равные симметричные части без увеличения габаритов и веса трансформатора.

На фиг. 2 представлены примеры размещения секций 2 и 3 на магнитопроводах стержневого (а), броневого (б) и торроидаль- ного{в)типов. причем эффективность от реализации изобретения наибольшая при использовании П-образного сердечника, где расстояние между центрами секций обмоток наибольшее.

Формула изобретения 1. Двухтактный преобразователь постоянного напряжения в постоянное, содержащий трансформатор, обмотки которого выполнены в виде двух секций, располоУ

жениых на симметричных участках маг нито- провода, каждая из которых состоит из первичной, вторичной и дополнительной полуобмоток, первый и второй транзисторные ключи, выводы управления которых подсоединены к выходу блока управления, первые силовые выводы - к первому входному выводу, а вторые силовые выводы присоединены соответственно к началу первой

первичной полуобмотки и к концу второй первичной полуобмотки, свободные выводы которых подключены к второму входному выводу, присоединенному к первым выводам первого и второго возвратных диодов,

вторые выводы которых подключены соответственно к началу первой дополнительной полуобмотки и к концу второй дополнительной полуобмотки, свободные выводы которых присоединены к первому

входному выводу, два выпрямительных диода, образующих с первой и второй вторичными полуобмотками двухполупериодный выпрямитель, выходные выводы которого соединены через фильтр с выходными выводами, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД, первая и вторая вторичные полуобмотки включены так, что протекание тока по каждой из первичных полуобмоток вызывает появление тока во

вторичной полуобмотке противоположной секции.

2. Преобразователь по п 1, о т л и ч a rout и и с я тем, что отношение витков первичных к дополнительным полуобмоткам выбрано в пределах 1,03 - 1,07.