Однотактный преобразователь постоянного напряжения Советский патент 1991 года по МПК H02M3/335 

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

Цель изобретения - повышение КПД и надежности путем уменьшения пиковой мощности, рассеиваемой в транзисторе при его выключении.

На фиг. 1 приведена электрическая схема предлагаемого преобразователя; на фиг. 2 и 3 - схемы вариантов ее выполнения на двух транзисторах; на фиг. 4 - диаграммы токов и напряжений.

Однотактный преобразователь постоянного напряжения содержит входные выводы 1 и 2, к которым подключена последовательная цепь, состоящая из дросселя 3, диода 4 и первого конденсатора 5. Параллельно первому конденсатору 5 подключена последовательная цепь, состоящая из транзистора 6 и первичной обмотки 7 трансформатора 8, вторичная обмотка 9 которого через выпрямитель 10 и фильтр 11 подключена к выходным выводам 12 и 13. Между общей точкой дросселя 3 и диода 4 и точкой соединения транзистора 6 с первичной обмоткой 7 включен второй конденсатор 14.

Однотактный преобразователь постоянного напряжения, построенный на основе двух транзисторных ключей с целью снижения напряжения на них (см. фиг. 2), отличается от рассмотренного ранее (см. фиг. 1) наличием второго транзисторного ключа 15, включенного в последовательную цепь с первым транзистором 6 и первичной обмоткой 7 трансформатора 8, двух рекупера- ционных диодов 16 и 17, подключенных к выводам первичной обмотки 7. При этом управляющие выводы транзисторов 6 и 15 подключены к блоку управления 18.

Вариант однотактного преобразователя напряжения с двумя транзисторными ключами и двумя демпфирующими цепями (см фиг. 3) содержит в дополнение к рассмотренному (см. фиг. 2) второй дроссель 1е. и второй диод 20, соединенные последовательно и включенные между входным вывось

СП

оо со

ND

СЛ

дом 2 и точкой соединения первого конденсатора 5 с транзистором 6, а также третий конденсатор 21, включенный между точкой соединения дросселя 19 с диодом 20 и транзистором 15.

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

В установившемся режиме работы транзистор 6 попеременно находится в открытом либо закрытом состоянии. Форма напряжения на нем показана на фиг. 4а. В течение открытого состояния транзистора 6 (интервал ) происходит передача энергии от первого конденсатора 5 в трансформатор 8, при этом происходит нарастание тока в его первичной обмотке 7 (см. фиг. 46). Одновременно второй конденсатор 14 заряжается до напряжения на первом конденсаторе 5 (форма напряжения на конденсаторе 14 приведена на фиг. 4в).

В момент времени ti происходит закрытие транзистора 6. Далее в течение интервала /2-ts фронта нарастания напряжения на транзисторе 6 ток первичной обмотки 7 замыкается в цепь второго конденсатора 14 и диода 4. Таким образом обеспечивается снятие динамической мощности с транзистора 6, т. е. главное нарастание напряжения при минимальном токе через транзистор. Форма тока через второй конденсатор 14 приведена на фиг. 4г. За интервал

ному с той лишь разницей, что на втором конденсаторе 14 присутствуют однополярные импульсы напряжения с амплитудой, равной величине напряжения на первом конденсаторе 5. Таким образом, включение вто5 рого конденсатора 14 обеспечивает формирование траектории переключения первого транзистора 6. Область безопасной работы второго транзисторного ключа 15 может быть обеспечена за счет задержки его вы10 ключения относительно момента выключения первого транзистора 6 и создания режима запирания по цепи коллектор-база путем подключения рекуперационного диода 17 к управляющему переходу транзистора 15. В однотактном преобразователе постоянного напряжения с двумя транзисторными ключами и двумя демпфирующими цепями (см. фиг. 3) осуществляется формирование безопасных траекторий переключения обоих транзисторных ключей 6 и 15 с помощью

20 двух конденсаторов 14 и 21. В момент синхронного закрытия транзисторных ключей 6 и 15 ток первичной обмотки 7 трансформатора 8 замыкается в контур, состоящий из третьего конденсатора 21, второго диода 20, первого конденсатора 5, первого диода 4, второго конденсатора 14, первичной обмотки 7. При этом происходит разряд конденсаторов 14, 21 до нуля. В момент синхронного открытия транзисторных ключей 6 и 15 образуется контур, состоящий из вход15

25

второй конденсатор 14 заряжается „. ного источника, второго дросселя 19, третьедо обратного напряжения, равного обратному напряжению на первичной обмотке 7 транзистора 8.

В момент времени /4 происходит очередное открытие транзистора 6. При этом образуется замкнутый контур, состоящий из включенных последовательно входного источника, транзистора 6, второго конденсатора 14 и дросселя 3. Ток дросселя переключается из диода 4 во второй конденсатор 14, вызывая его очередной перезаряд до напряжения первого конденсатора (см. фиг. 4в, г). При достаточной величине индуктивности дросселя ток перезаряда второго конденсатора 14 в течение интервала {,-/5 равен среднему току, потребляемому преобразователем от входного источника.

го конденсатора 21, транзистора 15, первого конденсатора 5, транзистора 6, второго конденсатора 14, дросселя 3. В цепи указанного контура замыкается ток дросселей 3 и 19, обеспечивая заряд конденсаторов 21 и 14 „ до напряжения первого конденсатора 5 и тем самым подготовку их к работе в следующем цикле.

Формула изобретения

40 Однотактный преобразователь постоянного напряжения, содержащий дроссель, соединенный первым выводом с первым входным выводом преобразователя, а вторым выводом через диод - с первыми выводами первого конденсатора и первичной обмотки

На фиг. д показана форма тока через трансформатора, вторичная обмотка которотранзистор 6, который на интервале включенного состояния представляет собой сумму токов первичной обмотки 7 и второго конденсатора 14.

го через выпрямитель и фильтр соединена с выходными выводами преобразователя, причем второй вывод первого конденсатора непосредственно, а второй вывод первичной

Энергия, накопленная дросселем 3 в ин-обмотки трансформатора через транзистор

тервале /4- з за счет перезаряда второго конденсатора 14, передается дросселем через открывающий диод 4 в первый конденсатор 5 и в течение следующих циклов используется для питания нагрузки.

Однотактный преобразователь постоянного напряжения с двумя транзисторными ключами и одной демпфирующей цепью (см. фиг. 2) работает аналогично описанподключены к второму входному выводу преобразователя, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД и надежности путем уменьшения пиковой мощности, рассеиваемой в транзисторе при его выключении, 55 в него введен второй конденсатор, включенный между вторым выводом дросселя и вторым выводом первичной обмотки трансформатора.

ному с той лишь разницей, что на втором конденсаторе 14 присутствуют однополярные импульсы напряжения с амплитудой, равной величине напряжения на первом конденсаторе 5. Таким образом, включение вто5 рого конденсатора 14 обеспечивает формирование траектории переключения первого транзистора 6. Область безопасной работы второго транзисторного ключа 15 может быть обеспечена за счет задержки его вы0 ключения относительно момента выключения первого транзистора 6 и создания режима запирания по цепи коллектор-база путем подключения рекуперационного диода 17 к управляющему переходу транзистора 15. В однотактном преобразователе постоянного напряжения с двумя транзисторными ключами и двумя демпфирующими цепями (см. фиг. 3) осуществляется формирование безопасных траекторий переключения обоих транзисторных ключей 6 и 15 с помощью

0 двух конденсаторов 14 и 21. В момент синхронного закрытия транзисторных ключей 6 и 15 ток первичной обмотки 7 трансформатора 8 замыкается в контур, состоящий из третьего конденсатора 21, второго диода 20, первого конденсатора 5, первого диода 4, второго конденсатора 14, первичной обмотки 7. При этом происходит разряд конденсаторов 14, 21 до нуля. В момент синхронного открытия транзисторных ключей 6 и 15 образуется контур, состоящий из вход5

5

. ного источника, второго дросселя 19, третьего конденсатора 21, транзистора 15, первого конденсатора 5, транзистора 6, второго конденсатора 14, дросселя 3. В цепи указанного контура замыкается ток дросселей 3 и 19, обеспечивая заряд конденсаторов 21 и 14 до напряжения первого конденсатора 5 и тем самым подготовку их к работе в следующем цикле.

Формула изобретения

Однотактный преобразователь постоянного напряжения, содержащий дроссель, соединенный первым выводом с первым входным выводом преобразователя, а вторым выводом через диод - с первыми выводами первого конденсатора и первичной обмотки

трансформатора, вторичная обмотка которотрансформатора, вторичная обмотка которого через выпрямитель и фильтр соединена с выходными выводами преобразователя, причем второй вывод первого конденсатора непосредственно, а второй вывод первичной

обмотки трансформатора через транзистор

подключены к второму входному выводу преобразователя, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД и надежности путем уменьшения пиковой мощности, рассеиваемой в транзисторе при его выключении, в него введен второй конденсатор, включенный между вторым выводом дросселя и вторым выводом первичной обмотки трансформатора.

Фиг. 2

Фиг.З

Изобретение относится к электротех- шке и может быть использовано в системах зторичного электропитания. Цель изобретения - повышение КПД и надежности путем уменьшения пиковой мощности, рассеиваемой в транзисторе при его выключении При выключении транзистора 6 приложен ное к нему напряжение нарастает замедленно, благодаря заряду через диод 4 второго конденсатора 14 энергией индуктивности первичной обмотки 7 трансформатора 8. Вследствие этого пиковая мощность в транзисторе 6 при его выключении уменьшается. Перезаряд второго конденсатора 14 происходит при включении транзистора 6. При этом ток перезаряда ограничен индуктивностью дросселя 3, образующего с первым конденсатором 5 входной / С-фильтр преобразователя. 4 ил.

6)

J

УЪ