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

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

Цель изобретения - повышение КПД и надежности путем уменьшения динамических потерь при выключении управляемого ключа.

На фиг. 1 показана принципиальная схема предлагаемого однотактного преобразователя постоянного напряжения; на фиг. 2 - диаграммы токов I и напряжений U в основных цепях преобразователя, индекс которых соответствует номеру элемента цепи.

Однотактный преобразователь постоянного напряжения (фиг. 1) содержит цепь последовательно соединенных первичных обмоток 1 и 2, соответственно первого 3 и второго 4 трансформаторов и управляемого ключа 5, включенную между входными выводами 6 и 7 преобразователя.

Блок 8 управления соединен с управляющим электродом ключа 5, рекуперацион- ный диод 9 и выпрямительный диод 10 подключены к фильтрующему конденсатору 11, шунтированному нагрузкой RH, 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 преобразооате- ля, включен блокирующий конденсатор 17. Один крайний вывод вторичной обмотки (секции 12) второго трансформатора 4 через рекуперационный 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 4 соединен с другим выводом конденсатора 11. Параллельно силовым выводам управляемого ключа 5 включена введенная корректирующая цепочка, состоящая из последовательно соединенных конденсатора 19 и диода 20. При этом их точка соединения подключена через введенный токоог- раничивающий элемент 21 к первому выводу введенной разрядной цепочки, состоящей из согласно последовательно соединенных дополнительных обмоток 22 и 23 первого 3 и второго 4 и трансформаторов.

Точка соединения конденсатора 19 с вторым силовым выводом управляемого ключа 5 подключена к первому входному

0 выводу 7, а второй выиод разрядной цепочки соединен с вторым входным выводом 6. В качестве токоограничивающего элемента 21 может быть использован резистор. Для уменьшения потерь в токоограничивающем

5 элементе 21 последний может быть выполнен в виде дросселя или цепочки, состоящей из последовательно соединенных резистора и дросселя.

Входные выводы 6 и 7 предлагаемого

0 однотактного преобразователя постоянного напряжения подключены к источнику питания с напряжением ЕПит. Индуктивности рассеяния первичных обмоток 1 и 2 и дополнительных обмоток 22 и 23 первого 3 м вто5 рого 4 трансформаторов условно показаны на фиг. 1 в виде отдельных элементов 24-27 соответственно.

Однотактный преобразователь постоянного напряжения работает следующим

0 образом.

При подключении входных выводов 6 и 7 преобразователя к источнику питания, когда блок 8 управления еще не работает, начинается процесс первичного разряда

5 конденсатора 17 по цепи 6-24-1-25-2-17- 15-16-7 и корректирующего конденсатора 19 по цепи 6-24-1-25-2-20-19-7.

При этом конденсатор 17 и корректирующий конденсатор 19 заряжаются до на0 пряжения ЕПИТ.

При подаче на базу управляемого ключа 5 положительного импульса напряжения, формируемого блоком 8 управления, начинает протекать ток в первичной цепи преоб5 разователя К5 (интервал времени ti-ia, фиг, 2), который замыкается по цепи 6-24-1-25- 2-5-7-6.

При этом на вторичной обмотке 18 первого трансформатора 3 возникает импульс

0 напряжения, открывающий выпрямительный диод 10, и энергия на первичной цепи преобразователя поступает в конденсатор 11 и нагрузку по контуру соответственно 18-10-13-11.

5 Сердечник первого трансформатора 3 выполняется с высокой магнитной проницаемостью, а сердечник второго трансформатора 4 - с низкой. При этом первый трансформатор 3 можно рассматривать как трансформатор напряжения, а второй

трансформатор 4 - как двухобмоточный дроссель.

В момент открывания управляемого 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.

На интервале 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 и 14 заперты.

Кроме того, в момент открывания управляемого ключа 5 заряженный на предыдущем этапе до напряжения источника питания конденсатор 19 начинает разряжаться по цепи 19-21-23-27-22-26-24-1- 25-2-5-19.

В указанный контур тока разряда конденсатора 19 входят индуктивности рассеяния 24, 25 и 26, 27 соответственно первичных 1, 2 и введенных 22, 23 обмоток первого 3 и второго 4 трансформаторов, что определяет уменьшение импульсной мощности, рассеиваемой в управляемом ключе 5 в момент его включения (по сравнению со случаем применения известной RCD-цепоч- ки).

Когда управляющий импульс управляемого ключа 5 становится равным нулю, управляемый ключ 5 и диод 10 начинают закрываться (момент времени t2, фиг. 2).

Одновременно с этим начинается процесс заряда конденсатора 19 по цепи 6-24- 1-25-2-20-19-7.

Заряд конденсатора 19 идет на интервале времени t2-t3 (фиг. 2). Благодаря указанному процессу, напряжение на управляемом ключе 5 нарастает замедленно, что улучшает траекторию его переключения и уменьшает импульсную мощность, рассеиваемую в управляемом ключе 5 во время его выключения.

В момент времени t3 (фиг. 2) напряжения на управляемом ключе 5 и конденсаторе 19 достигают значения 2 ЕПит.

В момент времени гз под действием ЭДС самоиндукции, возникающих на обмотках 1, 2 и обмотках 15,16 трансформаторов 3. А, открывается диод 14 и начинается процесс рекуперации энергии, накопленной в индуктивности намагничивания этих трансформаторов.

При этом конденсатор 17 подключается к последовательно соединенным первичным обмоткам 1 и 2 трансформаторов 3 и 4.

Кроме того, на интервале времени (фиг. 2) на вторичной обмотке трансформатора 4 возникает импульс напряжения, открывающий диод 9, и часть энергии, накопленной во втором трансформаторе 4 на предыдущем этапе работы, передается на конденсатор 11 и нагрузку.

Рекуперация энергии, накопленной в индуктивности намагничивания трансформатора 3, идет на интервале времени ts-t4. В момент времени t4 этот процесс пре0 кращается и диод 14 закрывается.

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

5 Кроме того, на интервале времени м-ts происходит подзаряд конденсатора 17 по KOHTVDV протекания тока 6-24-1-25-2-17- 15-16-7-6. На интервале времени t2-t4 ток вторичной обмотки трансформатора 4 падает.

0 В момент времени ts вновь открывается управляемый ключ 5. При этом корректирующий конденсатор 19, заряженный до напряжения 2 ЕПИТ, начинает разряжаться по цепи 19-21-23-27-22-26-24-1-25-2-5-19.

5 Благодаря наличию в данной цепи индук- тивностей рассеяния 24, 25 и 26, 27 соответственно первичных 1, 2 и введенных 22. 23 обмоток первого 3 и второго 4 трансформаторов уменьшена (по сравнению со случаем

0 использования известной RCD-цепочки) импульсная мощность, рассеиваемая в управляемом ключе 5 в момент его включения.

В момент времени t5 закрывается реку- перационныйдиод 9 и все описанные про5 цессы повторяются.

В трансформаторе 4 совмещены функции преобразования напряжения по уровню обеспечения гальванической развязки и фильтрации выходного напряжения преоб0 разователя.

Изменением отношения числа витков секций 12 и 13 вторичной обмотки второго трансформатора 4 обеспечивается перераспределение функций преобразования

5 энергии между первым и вторым трансформатором, а следовательно, перераспределение их габаритов.

Условием безразрывности тока конденсатора 11 является равенство отношения

0 числа витков между обмотками 2 и 12 отношению числа витков между обмотками 1 и 18.

Число витков обмотки 15 и 22 должно быть равно числу витков обмотки 1, а обмот5 ки 16 и 23 - числу витков обмотки 2. Формула изобретения 1. Однотактный преобразователь постоянного напряжения по авт. св. № 1617566, отличающийся тем, что, с целью , повышения КПД и надежности путем уменьшения динамических потерь при выключении управляемого ключа, параллельно управляемому ключу включена введенная корректирующая цепочка, состоящая из последовательно соединенных диода и конденсатора, причем конденсатор первым выводом соединен с одним из входных выводов преобразователя, а вторым выводом через введенную разрядную цепочку, состоящую из согласно последовательно соединенных дополнительных обмоток первого и

второго трансформаторов, с другим входным выводом преобразователя, при этом в каждом трансформаторе число витков дополнительной обмотки выбрано равным числу витков первичной обмотки.

2, Преобразователь по п. 1, о т л и ч а ющ и и с я тем, что в цепь дополнительных

обмоток первого и второго трансформаторов последовательно включен токоограничительный резистор.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитания. Цель изобретения - повышение КПД и надежности путем 6 К + -1-&уменьшения динамических потерь при выключении управляемого ключа. Параллельно управляющему ключу 5 включена корректирующая цепочка, состоящая из конденсатора 19 и диода 20. Конденсатор 19, заряжаясь при выключении управляемого ключа 5, обеспечивает малые динамические потери, так как спадтока управляемого ключа 5 происходит практически при отсутствии приложенного к нему напряжения. При включении управляемого ключа 5 происходит разряд конденсатора 19 через дополнительные обмотки 22 и 23 первого 3 и второго 4 трансформаторов и через источник питания, причем ток разряда ограничен индуктивностью рассеяния элементов 26 и 27 этих обмоток, 1 з.п. ф-лы, 2 ил. о оо о о ел. W

г

ь

if h i«

V

E7

u

ts

V

7

7