Преобразователь постоянного напряжения Советский патент 1992 года по МПК H02M7/538 

Изобретение относится к преобразовательной технике, в частности к вторичным источникам питания.

Известен преобразователь постоянного напряжения, выполненный по полумостовой схеме, содержащий два последовательно соединенных транзистора, в котором для снижения динамических потерь параллельно каждому транзистору включена RCD-цепо .ка, в цепь питания включен дроссель, шунтированный диодом и резистором.

Недостаток такого преобразователя - пониженный КПД из-за рассеиваемой мощности в резисторах RCD- и LDR-цепочек.

Известен полумостовой транзисторный преобразователь, содержащий по два согласно последовательно соединенных силовых транзистора в каждом из плеч, точка

соединения которых подключена через соответствующие диоды к среднему выводу входного емкостного делителя и к одному выводу переключающей обмотки силового трансформатора, коллектор силового транзистора первого плеча и эмиттер транзистора второго плеча соединены с питающими выводами преобразователя, а точка соединения средних транзисторов связана через дроссели с вторым выводом выходного трансформатора.

Недостатки такого преобразователя - низкая надежность из-за наличия четырех транзисторов, сложной схемы управления.

Кроме того, преобразователь имеет низкий КПД из-за повышенных динамических потерь в силовых транзисторах при включении, определяемых напряжением питания и током в дросселе.

х| CJ XI О 00 СО

Известен полумостовой преобразователь, в котором за счет существенного усложнения схемы достигнуто уменьшение динамических потерь при переключениях силовых транзисторов. Преобразователь содержит в каждом плече по два силовых транзистора, включенных согласно последовательно, и обмотку общего дросселя, средняя точка которого через нагрузочный узел соединена со средней точкой источника питания, образованного конденсаторами делителя напряжения. Нагрузочный узел включает выходной трансформатор, выпрямитель, фильтр.

Параллельно транзисторам плеч, связанных одним выводом с соответствующими выводами источника питания, подключены согласно DC-цепи, диоды которых объединены с общими точками транзисторов в каждом из плеч, связанными в свою очередь через диоды со средней точкой источника питания. При этом диоды включены согласно диодам DC-цепи. Средние точки DC-цепей через согласно и после- довательно включенные диоды и дополнительный транзистор связаны между собой. При этом встречно транзистору включены два диода, средняя точка которых соединена со средним выводом дросселя.

Недостатком такого преобразователя являются низкие надежность и КПД из-за наличия пяти силовых транзисторов, сложной схемы управления и необходимости развязки ее цепей.

Наиболее близким является преобразователь постоянного напряжения полумостового типа, содержащий емкостной делитель напряжения, выходной трансформатор, два транзистора, в силовые цепи которых включены дроссели, точка соединения которых подключена к первичной обмотке выходного трансформатора, демпфирующие RCD- цепи, состоящие из конденсаторов, резисторов и двух последовательных диодов.

Устройство обеспечивает безопасный режим работы транзистора за счет применения дросселей. Однако при выключении транзисторов не исключается их перегрузка из-за влияния индуктивностей рассеяния и намагничивания дросселей, что снижает надежность работы преобразователя.

Целью изобретения является повышение надежности путем улучшения динамики выключения транзисторов.

Это достигается тем, что в преобразователе постоянного напряжения, выполненном по полумостовой схеме на емкостном делителе напряжения и транзисторах, в силовые цепи которых включены дроссели,

точка соединения которых подключена к выводу первичной обмотки выходного трансформатора, второй вывод которой подсоединен к средней точке емкостного

делителя напряжения, демпфирующие цепи, состоящие из конденсаторов, резисторов и двух последовательно соединенных диодов, первые из которых присоединены к соответствующим входным выводам встреч0 ной полярностью, точки соединения первых и вторых диодов подключены к первым выводам резисторов, указанное соединение соответствующих входных выводов и первых диодов осуществлено через последо5 вательно соединенные введенные дополнительные дроссели и дополнительные обмотки выходного трансформатора, причем первые и вторые диоды включены друг относительно друга согласно, их точки

0 соединения через конденсаторы подключены к точкам соединения транзисторов с дросселями, вторые выводы резисторов присоединены к соответствующим входным выводам, а свободные выводы вторых дио5 дов подключены к второму выводу первичной обмотки выходного трансформатора.

Введение дополнительных обмоток в силовой трансформатор, обеспечивающих напряжение в соответствующих цепях пере0 зарядки демпфирующих конденсаторов и являющихся в сущности источниками напряжения, и двух дополнительных дросселей позволили уменьшить импульсный ток перезарядки через открытый транзистор, а

5 следовательно, повысить коэффициент использования транзистора по току, и одновременно перезарядить соответствующие демпфирующие конденсаторы до уровня питающего напряжения, служащие источ0 никами напряжения для нагрузки в момент выключения транзисторов. Тем самым улучшаются условия выключения транзисторов, т.е. повышается надежность работы преобразователя.

5 На чертеже представлена схема заявляемого преобразователя, выполненного по полумостовой схеме.

Преобразователь содержит подключенные к источнику питания два последо0 вательно соединенных фильтровых конденсатора 1, 2, образующих емкостной делитель входного напряжения.

Параллельно источнику питания включены последовательно соединенные два

5 транзистора 3, 4 и два дросселя 5, 6, включенные последовательно с силовыми электродами транзисторов 3, 4. Общая точка дросселей 5, 6 через первичную обмотку силового трансформатора 7 соединена с об- щей точкой конденсаторов 1, 2 и двух диодов 8, 9, включенных встречно последовательно полярностью, противоположной полярности источника питания. Вторые выводы этих диодов через соответствующие демпфирующие конденсаторы 10, 11 связаны с точками соединения дросселей 5, 6 с одними из электродов транзисторов 3, 4 и одновременно через согласно включенные с первыми (8,9) вторые диоды 12, 13, дополнительные дроссели 14, 15 и дополнительные обмотки 16, 17 силового трансформатора 7 - к вторым выводам соответствующих транзисторов 3, 4 соединенных с выводами источника питания. Между входными выводами преобразователя и точками соединения первых 8, 9 и вторых 12, 13 диодов включены резисторы 18, 19.

Преобразователь работает следующим образом.

В исходном состоянии напряжения на демпфирующих конденсаторах 10, 11 за счет заряда через резисторы 18, 19 равны напряжениям на конденсаторах 1, 2. При подаче управляющего напряжения, например, на транзистор 3 происходит постепенное нарастание тока через него за счет линейного нарастания тока в дросселе 5, увеличение напряжения на обмотке трансформатора 7.

Одновременно происходит резонансная разрядка и последующая перезарядка конденсатора 10 через второй диод 12, дополнительный дроссель 14 и дополнительную обмотку 16 трансформатора 7. Источником напряжения для перезарядки демпфирующего конденсатора 10 служит дополнительная обмотка трансформатора 16, напряжение на которой несколько больше или равно половине напряжения, приложенного к первичной обмотке трансформатора 7.

Перезарядка конденсатора 10 происходит за время открытого состояния транзистора 3 до уровня напряжения, равного напряжению на конденсаторе 1. Полярность напряжения на конденсаторе 10 при этом противоположна исходной. Избыточная запасенная энергия в дросселе 14 рекуперируется в конденсатор 1 по цели: диоды 8,12 -дроссель 14-дополнительная обмотка 16, конденсатор 1. После снятия управляющего сигнала с транзистора 3 происходит его выключение. Нарастание напряжения на транзисторе 3 определяется скоростью разрядки и перезарядка демпфирующего

конденсатора 10 по цепи дроссель 5 - первичная обмотка трансформатора 7 - диод 8 - конденсатор 10.

Напряжение на конденсаторе 10 достигает исходного состояния и устанавливается на уровне напряжения на конденсаторе 1. Таким образом, за счет резонансной перезарядки демпфирующего конденсатора 10 за время открытого состояния транзистора 3 по вновь организованной цепи, включающей второй диод 12, дополнительный дроссель 14 и обмотку 16 трансформатора 7 обеспечивается выключение транзистора 3 при малых уровнях напряжений на нем.

Аналогично работает второе плечо.

Таким образом, в предложенной схеме достигнута простота управления, не требующая дополнительного количества управляющих транзисторных ключей, снижены

динамические потери, улучшено использование транзистора по импульсному току. Формула изобретения Преобразователь постоянного напряжения, выполненный по полумостовой схеме на емкостном делителе напряжения и транзисторах, в силовые цепи которых включены дроссели, точка соединения которых подключена к первому выводу первичной обмотки выходного трансформатора,

второй вывод которой подсоединен к средней точке емкостного делителя напряжения, демпфирующие RC-цепи, состоящие из соответствующих конденсаторов, резисторов и двух последовательно соединенных диодов, первые из которых присоединены к соответствующим входным выводам встречной полярностью, точки соединения первых и вторых диодов подключены к первым выводам резисторов, отличающийся тем,

что, с целью повышения надежности путем улучшения динамики выключения транзисторов, указанное соединение соответствующих входных выводов и первых диодов осуществлено через последовательно соединенные введенные дополнительные дроссели и дополнительные обмотки выходного трансформатора, причем первые и вторые диоды включены друг относительно друга согласно, их точки соединения через

конденсаторы подключены к точкам соединения транзисторов с дросселями, вторые выводы резисторов присоединены к соответствующим входным выводам, а свободные выводы вторых диодов подключены к

второму выводу первичной обмотки выходного трансформатора.

Использование: проектирование вторичных источников питания. Сущность изобретения: устройство содержит в каждом плече демпфирующий конденсатор 10, подключенный к точке соединения транзистора 3 (4) с дросселем 5 (6) и через первый диод 8