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

Фиг.1

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве стабилизированного источника питания

электрорадиоаппаратуры и вычислительной техники.

Известен однотактный преобразователь постоянного напряжения, содержащий источник питания, в цепь которого включены последовательно первичная обмотка согласующего трансформатора и коммутирующий транзистор с блоком управления, начало и конец вторичной обмотки согласующею трансформатора через Первый и второй выпрямительные диоды соответственно соединены с первым выводом дросселя, агорой вывод которого соединен с положительной обкладкой выходного конденсатора и положительным выводом аыхо- да преобразователя, отрицательный вывод которого соединен в свою очередь с отводом вторичной обмотки согласующего трансформатора и отрицательной обкладкой выходного конденсатора. Существенныминедостаткамитакогопреобразователя являются существование сверхтока при включении коммутирующего транзистора и вызванных им помех при непрерывном магнитном потоке дросселя из- за инерционности выпрямительных диодов на этапе их запирания, а также значительные габариты дросселя и выходного конденсатора, что обуслоолено необходимостью сглаживать прямоугольные импульсы спадающего до нуля выпрямленного напряжения. Магнитный поток сглаживающего трансформатора имеет прерывистый характер, что приводит к эозникновеникэ паразитных высокочастотных колебаний, которые попадают на выход преобразовате- ля.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является однотактный преобразователь постоянного напряжения, содержащий коммутирующий транзистор с блоком управления, согласующий трансформатор, дроссель, дна выпрямительных диода, зарядный и разрядный диоды, выходной и накопительный конденсаторы, а также источник, питания, первый вывод которого подключен к первому выводу первич- нойобмогки,согласующего

трансформатора, э второй вывод- к первому силовому выводу коммутирующего транзистора, аноды выпрямительных диодов подключены к концам вторичной обмотки согласующего трансформатора, средняя точка которого подключена к первому выходному выводу преобразователя, соединенному через выходной конденсатор с вторым выходным выводом, а через накопи

тельный конденсатор и разрядный диод подключенному к катоду первого выпрямительного диода, анод которого через зарядный диод подключен к аноду разрядного

диода, а управляющий переход коммутирующего транзистора подключен к выходу блока управления.

Схема преобразователя позволяет снизить коммутационные потери, создав непрерывный магнитный поток согласующего трансформатора за счет связи его вторичной обмотки через первый выпрямительный Диод с дросселем, Т.е, при непрерывном токе через дроссель будет непрерывный и

ток (и, следовательно, магнитный поток) через трансформатор. За счет напряжения на накопительном конденсаторе выпрямленное напряжение не спадает до нуля и поэтому возможно уменьшить габариты дросселя

и выходного конденсатора,

Но преобразователь имеет такой существенный недостаток, как наличие радиопомех, обусловленных сверхтоком через коммутирующий транзистор при его включении в течение времени рассасывания зарядов в базе выпрямительного диода. Кроме того, преобразователь имеет узкий диапазон регулирования выходного напряжения, так как режим работы с непрерывным магнитным потоком согласующего трансформатора сохраняется только при скважности управляющих импульсов у , не превосходящей

П1

П1 + П2

где п 1 и П2 - отношение числа витков секции вторичной обмотки к числу витков первичной обмотки трансформатора, соответственно соединенных с вторым и первым выпрямительными диодами, т.е. диапазон регулирования выходного напряжения, определяемый максимально возможной величиной у , ограничен, Действительно, при

больших значениях у накопительный конденсатор заряжается до напряжения, не позволяющего открыться второму выпрямительному диоду и, тем самым, исключается передача энергии от источника питэния через перэичную обмотку согласующего трансформатора в интервале открытого состояния коммутирующего транзистора. Трансформатор на этом интервале не работает, из-за чего резко возрастают токи через все элементы схемы и пульсации выходного напряжения.

Целью изобретения является снижение уровня генерируемых радиопомех и расширение функциональных возможностей путем расширения диапазона регулирования выходного напряжения.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема преобразователя; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие его работу.

Преобразователь содержит источник 1 питания, коммутирующий транзистор 2, согласующий трансформатор 3 с первичной 4 и вторичной 5 обмотками, дроссель 6 с первой 7 и второй 8 обмотками, первый выпрямительный диод 9, разрядный диод 10, зарядный диод 11, второй выпрямительный диод 12, выходной конденсатор 13, накопительный конденсатор 14 и блок 15 управления.

Выход блока 15 управления соединен с управляющим переходом коммутирующего транзистора 2, первый силовой вывод которого соединен с вторым выводом источника 1 питания, первый вывод которого соединен с первым выводом первичной обмотки 4 согласующего трансформатора 3. Аноды выпрямительных диодов 9 и 12 подключены к концам вторичной обмотки 5 согласующего трансформатора 3, средняя точка которого подключена к первому выходному выходу преобразователя, который через выходной конденсатор 13 соединен с вторым выходным выводом, а через накопительный конденсатор 14 и разрядный диод 10 подключен к катоду первого выпрямительного диода 9. Анод диода 9 через зарядный диод 11 подключел к аноду разрядного диода 10. Кроме того, дроссель 6 имеет вторую обмотку 8, подключенную между вторым выводом первичной обмотки 4 трансформатора 3 и вторым силовым выводом коммутирующего транзистора 2. Обмотки 4 и 8, а также 5 и 7 соединены согласно. Катоды первого 9 и второго 12 выпрямительных диодов подключены соответственно через первую обмотку 7 дросселя 6 и непосредственно к второму выходному выводу преобразователя.

Преобразователь работает следующим образом.

В интервале длительности у Т, где у - скважность импульсов управления, вырабатываемых блоком 15 управления; Т - длительность периода коммутации, коммутирующий транзистор 2 открыт. Ток источника 1 питания протекает через первичную обмотку 4 согласующего трансформатора 3, вторую обмотку 8 дросселя 6 и транзистор 2 (эпюра а на фиг. 2). Начальное значение этого тока равно значению тока в конце предыдущего интерзала в первой обмотке 7 дросселя б с учетом коэффициента трансформации пз, равного отношению числа витков первой обмотки 7 к числу витков

второй обмотки 8 дросселя 6. Сверхток при включении коммутирующего транзистора 2 не возникает из-за наличия в его цепи дросселя б (его второй обмотки 8) согласно зако- 5 ну коммутации о непрерывности тока через индуктивность. В этом интервале происходит передача энергии от источника 1 питания через согласующий трансформатор 3 (напряжение на первичной 4 и на секции

0 вторичной обмотки 5 согласующего транс- форматора 3 имеют полярность, показанную на эпюре в) и через открытый второй выпрямительный диод 12 на выход преобразователя. Все остальные диоды заперты.

5 Действительно, зарядный диод 11 находится под отрицательным напряжением накопительного конденсатора 14 и секции вторичной обмотки 5, первый выпрямительный диод 9 - под напряжением выходного

0 конденсатора 13, первой обмотки 7 дросселя 6 и секции вторичной обмотки 5 согласующего трансформатора 3, а разрядный диод 10 заперт разностью напряжений на выходном 13 и накопительном 14 конденсаторах

5 и отрицательным напряжением первой обмотки 7 дросселя 6. В этом же интервале происходит и накопление энергии в магнитном поле дросселя 6 за счет роста его тока (эпюра а) под действием положительного

0 напряжения (эпюра б). После запиранич коммутирующего транзистора 2 в Интерполе (1- у)Т за счет ЭДС самоиндукции происходит изменение полярности напряжений на обмотках согласующего трансформатора 3 и

5 дросселя 6 (эпюры в и г). Энергия, запасенная в магнитных полях трансформатора 3 и дросселя 6 из-за прерывания цепи протекания тока по первичной обмотке 4 и второй обмотке Ь соответственно, переходит на

0 вторичную сторону и по обмоткам 5 трансформатора 3 и 7 дросселя 6 начинает проте- кать -10К Разность токов между обмотками воспринимает на себя накопительный конденсатор 14. Среднее значение этих токов,

5 равное выходному току преобразователя, протекает через первый выпрямительнь.й диод 9, а ток заряда и разряда накопительного конденсатора 14 протекает соответственно через зарядный 11 и разрядный 10

0 диоды (эпюры д, е, ж и з). Ток через секцию вторичной обмотки 5 трансформатора 3 протекает навстречу напряжению накопительного конденсатора 14, а ток первой обмотки 7 дросселя спадает под действием разности

5 напряжений на выходе преобразователя (на выходном конденсаторе 13) и на накопительном конденсаторе 14. Тем самым энергия, запасенная в магнитных полях согласующего трансформатора 3 и дросселя

б в предыдущем интервале, передается на

выход преобразователя. Исходя из того, что среднее за период напряжение UHc на трансформаторе 3 и дросселе 6 в стационарном режиме должно быть равно нулю, можно получить связь выходного напряжения DH с напряжением Un на источнике 1 питания и коэффициентом заполнения управля- IOUIMX им пульсов у

иппз1

(и-й-о

где гн, П2 и пз соответственно отношение числа витков секции вторичной обмотки 5, связанной с вторым выпрямительным диодом 12, к числу витков первичной обмотки 4 согласующего трансформатора 3, числа витков другой секции вторичной обмотки 4 к числу витков первичной обмотки 4 согласующего трансформатора 3, числа витков первой обмотки 7 к числу витков второй обмотки 8 дросселя 6,

Если сравнить с аналогичным соотношением для известного устройства

Un-у UnCni-i-na),

то понятно, что предлагаемое устройство позволяет реализовать более широкий спектр регулировочных характеристик с большим диапазоном регулирования выходного напряжения. И, наконец, поскольку в интервале (1- у )Т ток протекает одновременно и по вторичной обмотке 5 трансформатора 3 и первой обмотке 7 дросселя 6, то, обеспечивая непрерывность магнитного потока дросселя 6, поддерживается и непрерывный магнитный поток согласующего трансформатора 3, тем самым снижается уровень радиопомех.

Таким образом, в преобразователе существенно снижены помехи за счет устранения сверхтока при включении коммутирующего транзистора 2 и создания

режима непрерывного магнитного потока трансформатора 3 при расширенном диапазоне регулирования выходного напряжения.

Формула изобретения Однотактный преобразователь постоянного напряжения, содержащий коммутирующий транзистор с блоком управления,

согласующий трансформатор, дроссель, два выпрямительных диода, зарядный и разрядный диоды, выходной и накопительный конденсаторы, первый входной вывод подключен к первому выводу первичной оомотки согласующего трансформатора, а второй входной вывод - к первому силовому выводу коммутирующего транзистора, аноды выпрямительных диодов подключены к концам вторичной обмотки согласующего

трансформатора, средняя точка которого подключена к первому выходному выводу преобразователя, соединенному через выходной конденсатор с вторым выходным выводом, а через накопительный конденсатор

и разрядный диод - с катодом первого выпрямительного диода, анод которого через зарядный диод подключен к аноду разрядного диода, а управляющий переход коммутирующего транзистора подключен к выходу

блока управления, отличающийся тем. что, с целью снижения уровня генерируемых радиопомех и расширения функциональных возможностей путем расширения диапазона регулирования выходного напряжения, дроссель снабжен второй обмоткой, подключенной между вторым выводом первичной обмотки согласующего трансформатора и вторым силовым выводом коммутирующего транзистора, причем катод первого выпрямительного диода через первую обмотку дросселя, а катод второго выпрямительного диода непосредственно подключены к второму выходному выводу.

Испэльзование: преобразовательная техника. Сущность изобретения: устройство содержит трансформатор 3, коммутирующий транзистор 2, дроссель 6, выпрямительные диоды 9 и 12, зарядный и разрядный диоды 11 и 10 и выходной и накопительный конденсаторы 13 и 14, дроссель снабжен второй обмоткой 8, включенной последовательно с первичной обмоткой 4 трансформатора, и изменены функциональные связи, за счет чего обеспечивается непрерывность магнитного потока трансформатора 3 при расширенном диапазоне регулирования выходного напряжения. 2 ил.

гт

а-г)т

В

Цц

$

1д

ж

iff

tr

Г±

Фиг. 2