Преобразователь постоянного напряжения в постоянное Советский патент 1992 года по МПК H02M3/135 

i Изобретение относится к электротехнике, в частности к вторичным источникам питания, и может быть использовано для питания стабилизированным постоянным или импульсным напряжением систем радиотехнических устройств, изделий квантовой электроники и др.

Известен ключевой преобразователь постоянного напряжения в постоянное} в котором снижение динамических по- тель в регулирующем транзисторе при включении достигается введением демпфирующего дросселя, запасенная энергия которого с помощью дополнительного диода возвращается в нагрузку. В этом преобразователе имеют мест6 повышенные импульсные напряжения на регулирующем транзисторе и динамические потери при его выключении, что снижает надежность и КПД из-за пере- дачи накопленной энергии демпфирующего дросселя в нагрузку.

Известен преобразователь напряжения, содержащий два последовательно включенных двухобмоточных дросселя: накопительный и ограничительный. Использование вторых обмоток дросселей позволяет обеспечить передачу накопленной энергии на выход преобразователя. „

Этому решению присущи недостатки, связанные с индуктивностью рассеяния двухобмоточных дросселей. Практически не удается исключить в полной мере влияние индуктивности рассеяния на процессы выключения транзистора, особенно при работе с высокими

СО СП

со

ч|

65

31

ряжениями, когда требования к элект- ропроМности ведут к росту индуктив ности рассеяния. Даже небольшая индуктивность рассеяния влияет на рост динамических потерь при выключении быстродействующих транзисторов. Все это снижает надежность в работе пре образователя.

Наиболее близким к предлагаемому является преобразователь, содержащий регулирующий транзистор, последовательно с которым соединены накопительные конденсатор и дроссель, об

для перезаряда демпфирующего конден-- сатора и частично - для передачи в нагрузку, что позволяет повысить КПД.1

На чертеже представлена схема преобразователя.

Преобразователь содержит подключенные к источнику питания 1 через регулирующий транзистор 2 последовательно соединенные ограничительный дооссел 3, дроссель b и конденсатор 5 LC-фильтра. К точке соединения транзистора 2 с ограничительным дросселем 3 подключен демпфирующий конден

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве вторичного источника питания. Цель изобретения - повышение КПД. Благодаря введению ограничительного дросселя 3, включенного между транзистором 2 и LC-фильтром из коденсатора 5 и дросселя 4, обеспечивается режим работы, при котором осуществляется передача энергии, накопленной дросселем 3 в конденсатор 5 LC-фильтра. При этом обеспечиваются включение демпфирующего конденсатора 6 через диод 7 между точкой соединения транзистора 2 с дросселем 3 и общей шиной и подключение конденсатора 6 через демпфирующий дроссель 9 и диод 8 к конденсатору 5. 1 ил. г

разующие LC-фильтр, демпфирующий дрос-,, сатор 6, соединенный другим выводом

25

30

сель с цепью откачки запасенной энергии, первый коммутирующий диод, последовательно соединенные демпфирующий конденсатор и второй диод, включенные параллельно LC-фильтру, общая 20 точка демпфирующего конденсатора и второго диода связана с цепью зарядки демпфирующего конденсатора, вклю чающей дополнительный дроссель, третий диод и транзистор, и емкостный делитель входного питающего напряжения.

Целью изобретения является повы- . шение КПД преобразователя,

Поставленная цель достигается тем, что в.известный преобразователь постоянного напряжения в постоянное, содержащий входной, выходной и общий выводы для подключений источника постоянного напряжения и нагрузки, регулирующий транзистор, первым выводом подключенный к входному выводу, LC- фильтр, между свободными выводами дросселя и конденсатора которого включен коммутирующий диод, причем общая точка соединения дросселя и конденса- тора образует выходной вывод, а об- щая точка Соединения конденсатора .« коммутирующего лиода подключена к общему выводу, а также демпфирующий конденсатор, соединенный одним выводом с вторым выводом транзистора, а другим выводом через пер вый диод с общим выводом, а через последовательную цепочку из второго диода и демпфирующего дросселя - с выходным выводом, дополнительно вве-i ден ограничительный дроссель, включенный между вторым выводом регулирующего транзистора и общей точкой соединения коммутирующего диода с дроссе- леи фильтра. Такое включение ограничительного дросселя позволяет использовать накопленную дросселем энергию

через первый диод 7 с общей шиной и через последовательную цепочку из втооого диода 8 и демпфирующего дро селя 9 - к конденсатору 5 LC-фильтра Между точкой соединения дросселей 3, включен коммутирующий диод 10.

Устройство работает следующим об разом „

8 исходном состоянии напряжение на демпфирующем конденсаторе 6 и ко денсаторе 5 LC-фильтра равно нулю, токи в дросселях 3,,9 отсутствуют.

При включении регулирующего тран зистора 2 происходит одновременная зарядка накопительного конденсатора 5 LC-фильтра по цепи: источник пита ния 1 - регулирующий транзистор 2 - ограничительный дроссель 3 - дроссел

4LC-фильтра и по цепи: источник питания 1 - транзистор 2 - демпфирую

35 щий конденсатор 6 - второй диод 8 - демпфирующий дроссель 9 - конденсато

5LC-фильтра.

.За время открытого состояния тра зистора 2 происходят линейное нараст

40 ние тока в дросселе 3 и резонансная зарядка демпфирующего конденсатора 6 При достижении напряжения на демпфир ющем конденсаторе 6, равного суммарн му напряжению источника питания 1 и

45 конденсатора 55 ток зарядки через демпфирующий конденсатор 6 прекращается , а ток демпфирующего дросселя 9 замыкается через первый 7 и второй 8 диоды и накопительный конденсатор 5

50 При этом оставшаяся запасенная энергия в дросселе 9 передается в конденсатор 5 LC-фильтра. Время передачи энергии дросселя 9 определяется исходным уровнем напряжения на кон-

55 денсаторе 5. величиной его емкости и индуктивностью дросселя 9.

После снятия управляющего напряже ния с регулирующего транзистора 2 на

5

0

через первый диод 7 с общей шиной и через последовательную цепочку из втооого диода 8 и демпфирующего дросселя 9 - к конденсатору 5 LC-фильтра. Между точкой соединения дросселей 3, включен коммутирующий диод 10.

Устройство работает следующим образом „

8 исходном состоянии напряжение на демпфирующем конденсаторе 6 и конденсаторе 5 LC-фильтра равно нулю, токи в дросселях 3,,9 отсутствуют.

При включении регулирующего транзистора 2 происходит одновременная зарядка накопительного конденсатора 5 LC-фильтра по цепи: источник питания 1 - регулирующий транзистор 2 - ограничительный дроссель 3 - дроссель

4LC-фильтра и по цепи: источник питания 1 - транзистор 2 - демпфирую5 щий конденсатор 6 - второй диод 8 - демпфирующий дроссель 9 - конденсатор

5LC-фильтра.

.За время открытого состояния транзистора 2 происходят линейное нараста0 ние тока в дросселе 3 и резонансная зарядка демпфирующего конденсатора 6. При достижении напряжения на демпфирующем конденсаторе 6, равного суммарному напряжению источника питания 1 и

5 конденсатора 55 ток зарядки через демпфирующий конденсатор 6 прекращается , а ток демпфирующего дросселя 9 замыкается через первый 7 и второй 8 диоды и накопительный конденсатор 5.

0 При этом оставшаяся запасенная энергия в дросселе 9 передается в конденсатор 5 LC-фильтра. Время передачи энергии дросселя 9 определяется исходным уровнем напряжения на кон- .

5 денсаторе 5. величиной его емкости и индуктивностью дросселя 9.

После снятия управляющего напряжения с регулирующего транзистора 2 на

517

чинаются процессы его выключения, при

запирании транзистора 2 ток ограничительного дросселя 3 и дросселя LC-фильтра замыкается через конденсатор 5 второй диод 8 и демпфирую- щий конденсатор 6. Поскольку напряжение на демпфирующем конденсаторе 6 равно почти напряжению источника питания 1 за счет его разряда, то ток в дросселях 3, увеличивается.

При полной разрядкр демпфирующего конденсатора 6 рост тока прекращается.. При этом скорость нарастания напряжения на регулирующем транзисторе 2 за время его выключения определяется скоростью разрядки демпфирующего конденсатора 6.

Выбором величины емкости демпфирующего конденсатора 6 с учетом тока его разрядки достигается выключение транзистора 2 при низком коллекторном напряжении. После полного разряда демпфирующий конденсатор б перезаряжается током дросселей 3 и k. При

достижении напряжения на нем, равного

иС6 иС5Ьз

L34- L4

где L и L - индуктивности соответ- ствующих дросселей 3,

;

U, - напряжение ria конденсаторе 5 LC-фильтра, начинает проводить коммутирующий диод 10; Тем самым обеспечивается передача оставшейся энергии ограничительного дросселя 3 в демпфирующий конденсатор 6. Время передачи оставшейся энергии определяется величинами индук тивности и емкости соответственно дросселя 3, конденсатор 6 и уровнем напряжения на последнем.

Таким образом, к началу очередного включения транзистора 2 ток в демпфирующем дросселе 9 равен нулю, а напряжение на демпфирующем конденсаторе 6 имеет противоположную полярность по сравнению с выходным напряжением.

При очередном включении регули- рующего транзистора 2 процессы работы в преобразователе повторяются. При этом демпфирующий конденсатор 6 перезаряжается до уровня напряжения, определяемого уровнем напряжения на нем и разностью входного и выходного напряжений при исходном напряжении на демпфирующем конденсаторе 6, превышающем выходное напряжение. Нап

0

1

0

5

5

D

«

S

5

1Ьб

ряжение на конденсаторе 6 к моменту выключения будет равно входному питающему напряжению. Избыточная энергия в дросселе 9 через первый 7 и второй 8 диоды передается в конденсатор 5. Тем самым достигается выключение транзистора 2 при низких уровнях напряжений на нем.

Подключение демпфирующего дросселя 9 к конденсатору 5 LC-фильтра гарантирует работу транзистора 2 с малыми потерями в широком диапазоне изменения тока нагрузки.

При несоблюдении этого условия напряжения на демпфирующем конденсатор® 6 перед выключением транзистора 2 может быть ниже входного напряжения. Это приводит к росту динамических потерь в транзисторе 2 при выключении .

Таким образом, в предложенном преобразователе энергия, запасаемая в основных и дополнительных реактивных элементах, передается в нагрузку, что повышает КПД, а исключение тепло- рассеивающих элементов с сохранением лучшего использования регулирующего транзистора 2 по току повышает надежность преобразователя. Формула изобретения

Преобразователь постоянного напряжения в постоянное, содержащий входной, выходной и общий выводы для подключения источника постоянного напряжения и нагрузки, регулирующий транзистор, первым выводом подключенный к входному выводу, LC-фильтр, между свободными выводами дросселя и конденсатора которого включен коммутирующий диод, причем общая точка соединения дросселя и конденсатора образует выходной вывод, а общая точка соединения конденсатора и коммутирующего диода подключена к общему выводу, а также демпфирующий конденсатор, соединенный одним выводом с вторым выводом транзистора, а другим выводом через первый диод - с общим выводом, а через последовательную цепочку из второго диода и демпфирующего дросселя - с выходным выводом, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД, в него дополнительно введен ограничительный дроссель, включенный между вторым выводом регулирующего транзистора и общей точкой соединения коммути-- рующего диода с дросселем фильтра.

f

7 А0 kJ

L