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

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

Известен однотактный преобразователь постоянного напряжения, содержащий N транзисторов, многообмоточный дроссель, трансформатор, узел обратной связи, резистивный датчик тока, пороговый элемент и источник постоянного напряжения, причем в качестве указанного источника постоянного напряжения может быть использован .выпрямитель, подключенный к обмотке многообмоточного дросселя.

Недостатком такого преобразователя является то, что на определенном интервале времени при выключении транзисторных

ключей не полностью обеспечивается их активное запирание. В результате этого растет выделяющаяся в ключах мощность, что приводит к уменьшенинэ КПД и снижению надежности устройства.

Целью изобретения является повышение КПД и надежности путем уменьшения потерь в транзисторах при их выключении,

Поставленная цель достигается тем, что в однотактный преобразователь постоянного напряжения, содержащий N транзисторов, соединенных последовательно с первичной обмоткой дросселя, подключенной через упомянутые транзисторы к входным выводам преобразователя, выпрями- ельный диод, через который вт.оричная обмотка дросселя соединена с выходными выводами преобразователя, между которыми включен конденсатор, трансформатор, первичная обмотка которого через резистор соединена с управляющей обмоткой дросселя, а каждая из N вторичных обмоток подключена к входу соответствующего транзистора, узел обратной связи, подключенный входом к выходным выводам преобразователя, а выходом - к первичной обмотке трансформатора, резистивный датчик тока, включенный последовательно в цепь первичной обмотки дросселя и шунтированный входом порогового элемента, который подключен между источником постоянного напряжения и обмоткой трансформатора, причем в качестве источника постоянного напряжения может быть использован выпрямитель, подключенный по входу к обмотке дросселя, согласно изобретению введены дополнительная обмотка трансформатора и последовательная RC-цепь, причем указанная дополнительная обмотка трансформатора через упомянутую последовательную RC-цепь подключена ко входу порогового элемента.

Кроме того введен дополнительный диод, включенный в разрыв цепи между точкой соединения клеммы упомянутого резистивного датчика тока с выходной клеммой соответствующего транзистора и входной клеммой указанного порогового элемента.

Введение в схему преобразователя дополнительной обмотки трансформатора, последовательной RC-цепи и дополнительного диода позволяет уменьшить мощность, выделяющуюся в транзисторных ключах, путем полного обеспечения их активного запирания на всех стадиях процесса выключения и благодаря этому повысить КПД и надежность преобразователя.

На фиг.1 приведена принципиальная электрическая схема предлагаемого однотактного преобразователя постоянного напряжения; на фйг.2 - временные диаграммы токов и напряжений, поясняющие принцип его работы.

Преобразователь содержит транзисторные ключи 1 и 2. диоды 3 и 4, датчик 5 тока, многообмоточный дроссель 6, первичная обмотка 7 которого включена последовательно с ключами 1, 2 и датчиком 5, а также трансформатор 8, первичная обмотка 9 которого соединена через резистор 10 с управляющей обмоткой 11 дросселя 6, а вторичные обмотки 12 и 13 подключены ко входам ключей 1 и 2. Выходная обмотка 11 дросселя 6 через выпрямитель 15 соединена с нагрузкой 16. В состав устройства входит также пусковая цепь 17, узел обратной связи 18, пороговый элемент 19. обмотка 20 трансформатора 8 и источник 21 постоянного напряжения, в качестве которого использованы выпрямитель 22 с подключенной к его входу обмоткой 23 дросселя 6. Кроме того, устройство содержит дополнительную обмотку 24 трансформатора 8, которая через последовательную RC-цепь 25 подключена ко входу порогового элемента 19, и дополнительный диод 26, включенный в разрыв цепи между точкой соединения клеммы датчика 5 с выходной клеммой транзистора 2 и входной клеммой порогового элемента 19.

Преобразователь работает следующим образом.

Благодаря наличию в схеме положительной обратной связи, осуществляемой по цепи ключи 1,2- обмотки 7,11 дросселя б - резистор 10 - обмотки 9, 12, 13 трансформатора 8 - ключи 1,2, устройство может работать в режиме генератора импульсов,

5 Возбуждение колебаний генератора осуществляется с помощью пусковой цепи 17.

В момент пуска (to) транзисторные клю41 1 и 2 открываются (см. фиг.2) и через обмотку 7 дросселя б и датчик 5 начинает

0 протекать линейно нарастающий ток И. В момент времени ti, когда ток и достигает заданной величины И, срабатывает пороговый элемент 19, замыкая свою выходную цепь. В результате этого в момент t2 напряжение (Ui) на выходе порогового элемента 19 уменыияется до нуля, а на обмотке 20 трансформатора 8 напряжения (Uz) изменяет свой знак и становится равным по величине напряжению источника 21,

0 Аналогичным образом изменяется напряжение на обмотках 12,13 трансформатор 8 и на входы транзисторных ключей 1 и 2 поступает запирающее напряжение.

Кроме того, в момент tz на обмотке 24

5 трансформатора 8 напряжение (Us) также изменяет свой знак, а по цепи обмотка 24 трансформатора 8 - RC-цепь 25 - пороговый элемент 19 начинает протекать экспоненциально спадающий ток 1з.

0 В момент времени ta ключи 1 и 2 начинают закрываться, что вызывает рост напряжения (U4) на выходе каждого из них и уменьшение тока И. При этом появляется ток 12 в обмотке 14 дросселя 6 и последний

5 начинает отдавать накопленную энергию через выпрямитель 15 в цепь нагрузки 16.

Уменьшение тока li ниже уровня М в момент t4 может вызвать уменьшение входного тока порогового элемента 19 и увеличение его выходного сопротивления, что, в

СВОЮ очередь, вызовет рост напряжения (иО и соответствующий провал в напряжении (U2), которое прикладывается в обмотке 20 трансформатора 8 (см. кривые на фиг.2, выполненные штриховой линией на соотр,тствующих диаграммах). Уменьшение напряжения на обмотках трансформатора 8, прикладываемое ко входным цепям транзисторных ключей 1 и 2, может привести к затягиванию процесса их выключения (увеличению промежутка времени t3 - ts). Однако этого не произойдет благодаря наличию цепи, включающей в себя обмотку 24 трансформатора 8 и RC-цепь 25, так как до момента t6 по этой цепи протекает ток з. Время протекания тока 1з определяется выбором соответствующих параметров RC-цепи 25. Дополнительный диод 26 позволяет устранить шунтирующее влияние датчика 5 тока и уменьшить величину тока 1з, необходимую для поддержания порогового элемента 19 в замкнутом состоянии на интервале гз - ts.

После того, когда ток 1з спадет до нуля (момент te и пороговый элемент 19 разомкнется, в течение времени te t, на обмотке 9 трансформатора 8 поддерживается напряуненш, величина которого задается напряжением (Уз) на обмотке 11 дросселя 6. При этом напряжение на обмотках 12 и 13 трансформатора 8 поддерживает ключи 1 и 2 в закрытом состоянии.

В момент t дроссель 6 отдает накопленную энергию в цепь нагрузки 16 и под действием положительной обратной связи снова изменится полярность напряжения на обмотках дросселя 6 и трансформатора 8. Это приводит к открыванию ключей 1 и 2, после чего процесс повторяется. Кроме того, в момент t происходит разряд конденсатора RC-цепи 25 по цели обмотка 24 трансформатора 8 - дополнительный диод 26-датчик 5 тока.

Далее преобразователь работает аналогичным образом до тех пор. пока напряжение на нагрузке 16 не достигнет уровня срабатмвания узла 18 обратной связи. При

5 срабатывании узла 18 его выходная цепь замыкает .обмотку 9 трансформатора 8, обеспечивая срыв колебаний генераторй. Напряжение на нагрузке 16 начинает уменьшаться и в момент, когда оно достигнет заданного уровня, выходная цепь узла 18 разомкнется и пуская цепь 17 обеспечит возбуждение колебаний генератора и напряжение на нагрузке 16 снова начнет возрастать.

5 Далее устройство работает в режимах возбуждения и срыва колебаний, обеспечивая стабилизацию напряжения на нагрузке 16.

Таким образом, в предлагаемом устройстве обеспечивается активное запирание транзисторных ключей на всех стадиях процесса их выключения, что позволяет уменьшить выделяющуюся в ключах мощность и благодаря этому повысить КПД и надеж5 ность устройства.

Формула изобретения

1.Однотактный преобразователь посто0 янного напряжения по авт.св. Ns 1631677,

отличающийся тем, что, с целью повышения КПД и надежности путем уменьшения потерь в транзисторах при их выключении, введены последовательная RC-цепь 5 и дополнительная обмотка трансформатора, присоединенная ко входу порогового элемента через упомянутую RC-цепь.

2.Преобразователь по п. 1, от л и ч а ющ и и с я тем, что соединение входного

0 вывода порогового элемента с соответствующим выводом датчика тока выполнено через дополнительный диод.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в источниках вторичного электропитания. Преобразователь содержит транзисторные ключи 1. 2.датчик тока 5, многообмоточный дроссель 6, трансформатор 8 и пороговый элемент 19. При работе преобразователя ток через открытые транзисторные ключи 1. 2 увеличивается до тех пор, пока величина напряжения на датчике тока 5 не будет достаточной для отпирания порогового элемента- 19. Для ускорения процесса срабатывания порогового элемента 19 и выключения транзисторных ключей 1,2 имеется обмотка положительной обратной связи 24. подключенная через RC-цепь 25 ко входу порогового элемента 19, Для устранения влияния датчика тока 5 на входное сопротивление порогового элемента 5 может быть введен дополнительный диод 26.1 з.п. ф-лы, 2 ил.toр