Однотактный преобразователь постоянного напряжения Советский патент 1992 года по МПК H02M3/335 

Ё

Изобретение относится к электротехнике и м.б. использовано при проектировании вторичных источников электропитания. Цель - уменьшение массы и габаритов и повышение КПД. Устр-во содержит управляемый ключ 5 и последовательно соединенные первичные обмотки 1. 2 первого и второго трансформаторов 3, 4. Вспомогательная обмотка 19 первого трансформатора 3 соединена с первичной обмоткой 2 через цепь дополнительного диода 20. Путем введения цепи перемагничивания трансформатора 3 увеличен диапазон изменения индукции в сердечнике этого трансформатора. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

XI

О xj

xl

45

Изобретение относится к электротехнике, может быть использовано в системах вторичного электропитания и является усовершенствованием изобретения по авт. св. Nfc 1617566.

Цель изобретения - уменьшение массы и габаритов и повышение КПД.

На фиг. 1 показана принципиальная схема однотактного преобразователя постоянного напряжения; на фиг.2 - то же, вариант исполнения; на фиг.З - диаграмма токов и напряжений, 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, 7 преобразователя, блок 8 управления, рекуперационный диод 9. выпря- мительный диод 10, фильтрующий конденсатор 11. Вторичная обмотка второго трансформатора 4 выполнена с промежуточным отводом, т.е. в виде двух секций 12, 13. В преобразователь введена цепочка из последовательно соединенных разделительного диода 14 и дополнительных обмоток 15, 16 первого 3 и второго 4 трансформаторов, подключенная между входными выводами 6, 7 преобразователя. Между силовыми выводами управляемого ключа 5 и диода 14, не соединенными с входными выводами 6, 7 преобразователя, 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.

Вспомогательная обмотка 19 первого трансформатора 3 соединена с первичной обмоткой 2 второго трансформатора 4 через цепь дополнительного диода 20. Последова- тельно с дополнительным диодом 20 может быть включен токоограничительный элемент 21 (показан пунктиром).

В качестве токоогрэничительного элемента 21 может быть использован резистор, Для уменьшения мощности, выделяемой в токоограничительном элементе 21, последний может быть выполнен в виде последовательно соединенных резистора и дросселя.Кроме того, энергия, затрачиваемая в токоограничительном элементе, может использоваться для питания вспомогательных узлов преобразователя. Пример использования части этой энергии для формирования сигнала запуска устройства ограничения зарядного тока входного фильтра преобрэзо0 вателя показан на фиг.2.

В варианте по схеме фиг.2 преобразователь, кроме элементов, содержащихся в варианте по схеме фиг.1, содержит входной выпрямитель 22, входной фильтр 23 и уст5 ройство ограничения зарядного тока входного фильтра преобразователя 24.

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

0 При подаче на базу управляемого ключа 5 положительного импульса напряжения, формируемого блоком 8 управления, начинает протекать ток в первичной цепи преобразователя Is (интервал времени ti - 12 на

5 фиг.З), который замыкается по цепи 6-1-2-5- 7-6. При этом на вторичной обмотке 18 первого трансформатора 3 возникает импульс напряжения, открывающий выпрямительный диод 10, и энергия из первичной цепи

0 преобразователя поступает в конденсатор 11 и нагрузку по контуру соответственно 18-10-13-11.

Сердечник первого трансформатора 3 выполняется с высокой магнитной проница5 емостью, а сердечник второго трансформатора 4 - с низкой. При этом первый трансформатор 3 можно рассматривать как трансформатор напряжения, а второй трансформатор 4 - как двухобмоточный

0 дроссель.

В момент открывания управляемого ключа 5 заряженный на предыдущем этапе до напряжения источника питания блокирующий конденсатор 17 разряжается через

5 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, 2 соответственно первого 3 и второго 4 трансформаторов нарастает. Происходит накопление энергии

0 в трансформаторах. При этом диоды 9, 14 и 20 заперты.

Когда управляющий импульс управляемого ключа 5 становится равным нулю, управляемый ключ 5, диод 10 закрываются

5 (момент времени 12 на фиг.З). Под действием ЭДС самоиндукции, возникающих на обмотках 1, 2 и обмотках 15, 16 трансформаторов 3 и 4, 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, 2 трансформаторов 3, 4. а к закрытому управляемому ключу 5 прикладывается напряжение, 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 предыдущем этапе работы преобразователя, передается на конденсатор 11 и нагрузку.

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

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

Кроме того, на интервале времени происходит подзаряд конденсатора 17 по контуру протекания тока 6-1-2-17-15-16-7-6. На интервале времени ток вторичной обмотки трансформатора 4 падает.

Одновременно с описанными процессами на интервале времени зз счет ЭДС самоиндукции на первичной обмотке 2 второго трансформатора 4, начинает протекать ток по цепи 2-20-19-2. При этом происходит намагничивание первого трансформатора 3 в обратном направлении путем протекания намагничивающего тока по вспомогательной обмотке 19 первого трансформатора 3. Введенный токоограни- чивающий элемент 21 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 рекупераци- онный диод 9 и введенный диод 20 закры- ваются, и все описанные процессы

повторяются.

Работа преобразователя по фиг.2 аналогична описанной. Отличительной особенностью данного преобразователя является то, что энергия, затрачиваемая в токоограничительном элементе 21, используется для формирования сигнала запуска устройстве 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 трансформаторами, 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 1

и 18.

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

35

Формула изобретения

уменьшения массы и габаритов и повышения КПД, в первый трансформатор введена вспомогательная обмотка, подключенная через цепь введенного дополнительного диода к первичной обмотке второго трансформатора.

2. Преобразователь по п.1, о т л и ч а ю- щ и и с я тем, что в цепь дополнительного диода последовательно включен введенный токоограничительный элемент.