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

О

со о

Ov

сл

Изобретение относится к электротехнике, может быть использовано в системах вторичного энергопитания и является усовершенствованием изобретения по авт. св. № 1617566.

Цель изобретения - уменьшение массы и габаритов и повышение КПД.

На фиг. 1 показана принципиальная схема предлагаемого однотактного преобразователя постоянного напряжения; на фиг. 2 - то же, вариант выполнения; на фиг.

3- диаграммы токов I и напряжений U в основных цепях преобразователя, индекс которых соответствует номеру элемента цепи.

Однотактный преобразователь постоянного напряжения (фиг. 1) содержит цепь из последовательно соединенных первичных обмоток 1, 2 соответственно первого 3 и второго 4 трансформаторов и управляемого ключа 5. включенную между входными выводами 6 и 7 преобразователя, блок 8 управления, рекуперационный диод 9, выпрямительный диод 10 и 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 и 16 первого 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 и 7 преобразователя, включен блокирующий конденсатор 17. Один крайний вывод вторичной обмотки (секции 12) второго трансформатора 4 через рекуперационый диод 9 соединен с одним выводом конденсатора 11 и первым выводом вторичной 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

4соединен с другим выводом конденсатора 11. Вспомогательные обмотки 19 и 20 первого 3 и второго 4 трансформаторов соединены последовательно одна с другой и образуют цепочку, выводы которой.подключены к выводам введенного дополнительного диода 21. В цепь диода 21 может быть включен последовательно введенный токо- ограничивающий элемент 22 (показан пунктиром).

В качестве токоограничивающего элемента 22 может быть использован резистор. Для уменьшения мощности, выделяемой в токоограничивающем элементе 22, последний может быть выполнен в виде последовательно соединенных резистора и дросселя. Кроме того, энергия, затрачиваемая в токоограничивающем элементе, может использоваться для питания

0 вспомогательных узлов преобразователя. Пример использования части этой энергии для формирования сигнала запуска устройства ограничения зарядного тока входного фильтра преобразователя показан на фиг. 2.

5 В варианте по схеме фиг. 2 преобразователь, кроме элементов, содержащихся в варианте по схеме фиг. 1 и включения управляемого ключа 5 между входным выводом 6 и точкой соединения первичной обмотки 1

0 первого трансформатора 3 и конденсатора 17, содержит входной выпрямитель 23, входной фильтр 24 и устройство ограничения зарядного тока входного фильтра преобразователя 25.

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

При подаче на базу управляемого ключа 5 положительного импульса напряжения,

0 формируемого блоком 8 управления, начинает протекать ток в первичной цепи преобразователя 1К 5 (интервал времени ti-t2, фиг. 3), который замыкается по цепи 6-1-2-5-7- 6. При этом на вторичной обмотке 18 перво5 го трансформатора 3 возникает импульс напряжения, открывающий выпрямительный диод 10, и энергия из первичной цепи преобразователя поступает в конденсатор 11 и нагрузку по контуру соответственно

0 18-10-13-11.

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

5 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 блокирующий конденсатор 17 разряжается через открытый управляемый ключ 5 по контуру протекания тока 17-5-16-15-17. В интерва5 ле времени ti-t2 работы преобразователя ток в первичных обмотках 1 и 2 соответственно первого 3 и второго 4 трансформаторов нарастает. Происходит накопление энергии в трансформаторах, При этом диоды 9, 14 и 21 заперты.

Когда управляющий импульс управляемого ключа 5 становится равным нулю, управляемый ключ 5 и диод 10 закрывается (момент времени t2, фиг. 3). Под действием ЭДС самоиндукции, возникающих на об- мотках 1 и 2 и обмотках 15 и 16 трансформаторов 3 и 4, открывается диод 14 и начинается процесс рекуперации энергии, накопленной в индуктивности намагничивания этих трансформаторов. При этом кон- денсатор 17 подключен к последовательно соединенным первичным обмоткам 1 и 2 трансформаторов 3 и 4, а к закрытому управляемому ключу 5 прикладывается напряжение 1)кэ5, равное удвоенному напряжению питания преобразователя Епит. Кроме того, на вторичной обмотке трансформатора 4 возникает импульс напряжения, открывающий диод 9, и часть энергии, накопленной во втором трансформаторе 4 на предыду- щем этапе работы преобразователя, передается на конденсатор 11 и нагрузку.,

Рекуперация энергии, накопленной в индуктивности намагничивания трансформатора 3, идет на интервале времени t2-ta. В момент времени ta этот процесс прекращается и диод 14 закрывается.

На интервале времени продолжается передача энергии, накопленной в трансформаторе 4, на конденсатор 11 и на- грузку преобразователя RH.

Кроме того, на интервале времени происходит под за ряд конденсатора 17 по контуру протекания тока 6-1-2-17-15-16- 7-6. В интервале времени ток вторич- ной обмотки трансформатора 4 падает.

Одновременно с описанными процессами на интервале времени за счет ЭДС самоиндукции на дополнительной обмотке 20 второго трансформатора 4 начина- ет протекать ток по цепи 20-19-21-20. При этом происходит намагничивание первого трансформатора 3 в обратном направлении путем протекания намагничивающего тока по дополнительной обмотке 19 первого трансформатора 3. Введенный токоограки- чивающий элемент 22 предотвращает чрезмерное увеличение тока управляемого ключа 5 при насыщении сердечника первого трансформатора 3 в обратном направлении.

Кроме того, он позволяет выбирать диапазон размаха индукции в сердечнике первого трансформатора 3, соответствующий максимальной величине его магнитной проницаемости, за счет чего могут быть уменьшены ток и потери в управляемом ключе 5.

В момент времени t4 вновь открывается управляемый ключ 5. При этом рекупера- ционный диод 9 и введенный диод 21 закрываются, и все описанные процессы повторяются.

Работа преобразователя по фиг. 2 аналогична описанной. Отличительной особенностью данного преобразователя является то, что энергия, затрачиваемая в токоогра- ничительном элементе 22, используется для формирования сигнала запуска устройства ограничения зарядного тока преобразователя.

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 и вторым трансформатором, а следовательно, перераспределение их габаритов.

Условием безразрывности тока конденсатора 11 является равенство отношения числа витков между обмотками 2 и 12 отношению числа витков между обмотками и 18.

Число витков обмотки 15 должно быть равно числу витков обмотки 1, а обмотки 16 - числу витков обмотки 2.

Формула изобретения

1.Однотактный преобразователь постоянного напряжения по авт. св. № 1617566, отличающийся тем, что, с целью уменьшения массы и габаритов и повышения КПД, в первый и второй трансформаторы введены вспомогательные обмотки, причем эти обмотки соединены одна с другой через цепь введенного дополнительного диода.

2.Преобразователь по п. отличающийся тем, что в цепь дополнительного диода последовательно включен введенный токоограничительный элемент.

22 -О21-W-

:&

И.

-1 jGE

м

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитания. Цель изобретения - уменьшение массы и габаритов и пои вышение КПД. Однотактный преобразователь постоянного напряжения содержит первый трансформатор 3, сердечник которого имеет высокую магнитную проницаемость, и второй трансформатор 4, выполняющий роль двухобмоточного дросселя. При выключении управляемого ключа 5 накопленная во втором трансформаторе 4 энергия отдается через рекуперационный диод 9 в нагрузку RH, а при помощи вспомогательных обмоток 19 и 20 первого 3 и второго 4 трансформаторов обеспечивает обратное перемагничивание сердечника первого трансформатора 3. Дополнительный диод 21 исключает действие данной цепи перемагничивания при отпирании управляемого ключа 5. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.