Преобразователь постоянного напряжения Советский патент 1991 года по МПК H02M3/335 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в источниках вторичного электропитания.

Целью изобретения является повышение надежности, КПД, улучшение массогабаритных показателей, уменьшение уровня генерируемых высокочастотных помех.

На фиг.1 представлена электрическая схема предлагаемого преобразователя постоянного напряжения в постоянное; на фиг.2 - временные диаграммы напряжений и токов, иллюстрирующие его работу.

Предлагаемый преобразователь постоянного напряжения в постоянное содержит входные выводы 1 и 2, первый 3 и второй 4 коммутирующие транзисторы, силовой трансформатор 5, первый 6 и второй 7 ограничивающие диоды, выпрямительный диод 8, рекуперативный диод 9, дроссель 10, конденсатор выходного фильтра 11. Дроссель 10 выполнен трехобмоточным (У1, QU , 0)3 ) Один вывод первой обмотки 12 дросселя 10

соединен с катодом первого ограничивающего диода 6 и через первый коммутирующий транзистор 3 соединен с первым входным выводом 1 и катодом второго ограничивающего диода 7, Другой вывод первой обмотки 12 дросселя 10 соединен с первым выводом первичной обмотки 13 силового трансформатора 5. Второй вывод первичной обмотки 13 силового трансформатора 5 соединен с анодом второго ограничивающего диода 7 и через второй коммутирующий транзистор 4 соединен с вторым входным выводом 2 и анодом первого ограничивающего диода 6.

Один вывод второй обмотки 14 дросселя 10 соединен с катодом рекуперационного диода 9. Другой вывод второй обмотки 14 дросселя 10 соединен с одним выводом третьей обмотки 15 дросселя 10 и через выпрямительный диод 8 соединен с первым выводом вторичной обмотки 16 силового трансформатора 5. Второй вывод вторичной

сл С

о XI

о

ю ю

«nd

обмотки 16 силового трансформатора 5 соединен с анодом рекуперационного диода 9 и одним выводом конденсатора выходного фильтра 11. Другой вывод конденсатора выходного фильтра 11 соединен с другим вы- водом третьей обмотки 15 дросселя 10.

Преобразователь постоянного напряжения в постоянное работает следующим образом

Коммутирующие транзисторы 3 и 4 ра- ботают синхронно. При подаче на базы ком- мутирующих транзисторов 3 и 4 положительных импульсов напряжения на- чинает протекать ток в первичной цепи преобразователя (интервал времени на фиг.2), который замыкается по цепи 1-3- 12-13-4-2-1. При этом вторичной обмотке 16 силового трансформатора 5 возникает импульс напряжения, открывающий выпрямительный диод 8 {временные диаграммы на фиг.2), и энергия из первичной цепи преобразователя поступает на конденсатор выходного фильтра 11 и нагрузку. Контур протекания тока соответственно 16-8-15- 11-16. На этом же этапе работы преобразо- вателя ток в первой обмотке 12 дросселя 10 и в первичной обмотке 13 силового трансформатора 5 нарастает. Происходит накопление энергии в дросселе 10, при этом первый 16 и второй 17 ограничивающие ди- оды и рекуперационный диод 9 заперты.

Когда импульсы напряжения на базах коммутирующих транзисторов 3 и 4 становятся равными нулю, коммутирующие транзисторы 3 и 4 закрываются (момент времени т.2 на фиг.2). В этот же момент времени закрывается выпрямительный диод 8. Под действием ЗДС самоиндукции, возникающей на первичной обмотке 13 силового трансформатора 5, и ЭДС самоиндукции, возникающей на первичной обмотке 12 дросселя 10, открываются первый 6 и второй ограничивающие диоды, и начинается процесс рекуперации энергии, накопленной в индуктивности намагничивания сило- вого трансформатора 5 и индуктивности дросселя 10. При этом на второй 14 и третьей 15 обмотках дросселя 10 возникают импульсы напряжения, открывающие рекуперационный диод 9, и часть энергии, на- копленной в индуктивности дросселя 10 на предыдущем этапе работы преобразователя, передается на конденсатор выходного фильтра 11 и нагрузку. Ток, соответственно, протекает по контуру 15-11-9-14-15

Рекуперация энергии, накопленной в индуктивности намагничивания силового трансформатора 5, идет на интервале времени (временные диаграммы на фиг.2),

при этом напряжение на первом 3 и втором 4 коммутирующих транзисторах фиксируется на уровне Un. где Un - напряжение источника питания преобразователя. В момент времени ta указанный процесс рекуперации энергии, накопленной в индуктивности намагничивания силового трансформатора 5, прекращается,

На интервале времени гз-т.4 продолжается передача энергии, накопленной в индуктивности дросселя 10 на конденсатор выходного фильтра 11 и нагрузку преобразователя. Контур протекания тока, соответственно, 15-11-9-14-15. На интервале времени второй 14 и третьей 15 обмоток дросселя 10 падает,

В момент времени ы вновь открываются первый 3 и второй 4 коммутирующие транзисторы. Рекуперационный диод 9 закрывается. Все процессы повторяются, аналогично описанным.

Таким образом, в предлагаемом преобразователе в дросселе 10 совмещены функции преобразования напряжения по уровню, обеспечения гальванической развязки и фильтрации выходного напряжения преобразователя.

Изменением отношения числа витков второй 14 и третьей 15 обмоток дросселя 10 обеспечивается перераспределение функций преобразования энергии первичной сети между силовым трансформатором 5 и дросселем 10.

Условия безразрывного тока конденсатора выходного фильтра 11, т.е режима, соответствующего его наименьшему габариту, определяют следующим образом.

W 1Тп

Обозначив птр -ГТ-:-- - коэффициент

W2TP ,

трансформации силового трансформатора 5, где: Wi Tp - число витков первичной обмотки 13 силового трансформатора 5, Wz тр - число витков вторичной обмотки 16 силового трансформатора 5, и приняв, что потери во всех элементах преобразователя равны нулю, а индуктивность намагничивания силового трансформатора 5 и индуктивность дросселя 10 равны бесконечности, при безразрывном токе конденсатора выходного фильтра 11 получают:

IK Птр н где U среднее значение тока коллектора коммутирующих транзисторов 3 и 4 на интервале времени ти;

1Н-ток нагрузки преобразователя.

Из условия равенства ампер-витков дросселя 10 на интервалах времени ги и (Т - Тц) (временные диаграммы на фиг,2) следует:

IK Wi + U nTpW3 - IK mpi (W2 + W3), где Wi - число витков первой обмотки 12 дросселя 10;

Wa - число витков второй обмотки 13 дросселя 10;

Ws - число витков третьей обмотки 15 дросселя 10;

U Wi - U ftfc птр

Отсюда следует, что для дроссел я 10 должно выполняться условие: Wi

Wa

- Птр

Это условие является условием безразрывности тока конденсатора выходного фильтра 11, что соответствует наименьшим его габаритам.

Формула изобретения 1. Преобразователь постоянного напряжения в постоянное, содержащий входные выводы, к которым подключены первый и второй коммутирующие транзисторы, соединенные последовательное первичной обмоткой силового трансформатора, первый и второй ограничивающие диоды, выпрямительный диод, подключенный к вторичной обмотке силового трансформатора, рекупе- рационный диод, дроссель и конденсатор выходного фильтра, отличающийся тем, что, целью повышения надежности, КПД, улучшения массогабаритных показателей, уменьшения уровня генерируемых

высокочастотных помех, дроссель выполнен трехобмоточным, причем один вывод первой обмотки дросселя соединен с катодом первого ограничивающего диода и через первый коммутирующий транзистор соединен с первым входным выводом и катодом второго ограничивающего диода, другой вывод первой обмотки дросселя соединен с первым выводом первичной обмотки силового трансформатора, второй вывод которой соединен с анодом второго ограничивающего диода и через второй коммутирующий транзистор соединен с вторым входным выводом и анодом первого ограничивающего диода, один вывод второй обмотки дросселя соединен с катодом рекуперационного диода, а другой вывод - с одним выводом третьей обмотки дросселя и через выпрямительный диод соединен с

первым выводом вторичной обмотки силового трансформатора, второй вывод которой соединен с анодом рекуперационного диода и одним выводом конденсатора выходного фильтра, другой вывод которого соединен с другим выводом третьей обмотки дросселя.

2. Преобразователь по п. 1, о т л и ч а ю- щ и и с я тем, что отношение чисел витков первой и второй обмоток дросселя равно

коэффициенту трансформации силового трансформатора.

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в источниках вторичного электропитания Цель изобретения -- повышение надежности, КПД, улучшение массогабаритных показателей, уменьшение уровня генерируемых помех. С этой целью дроссель преобразователя выполнен трехобмоточным и совмещает функции преобразования напряжения по уровню, обеспечения гальванической развязки и фильтрации выходного напряжения. Во втором варианте устройства обеспечивается безразрывный ток конденсатора выходного фильтра. 1 з.п ф-лы, 2 ил

2

-)41

иг. 1

.(Т-Гц)

Т

I,

и.

12

L

151

L

п

Фиг.1