Преобразователь постоянного напряжения в постоянное Советский патент 1992 года по МПК H02M3/335 G05F1/56 

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.

Известны ключевые преобразователи постоянного напряжения в постоянное, в которых снижение динамических потерь в регулирующем транзисторе при включении достигается введениемдемпфирующего дросселя, запасенная энергия которого с помощью дополнительного диода рассеивается на резисторе, либо возвращается в нагрузку.

В этих устройствах имеют место повышенные импульсные напряжения на регулирующем транзисторе и динамические потери при его выключении, что снижает надежность и КПД из-за передачи накопленной энергии демпфирующего дросселя в резистор.

Известен преобразователь, содержащий регулирующий транзистор, последовательно с которым соединены накопительные конденсатор и дроссель, образующие LC-фильтр, демпфирующий дроссель с цепью откачки запасенной энергии, первый коммутирующий диод, последовательно соединенные демпфирующий конденсатор и второй диод, включенные параллельно .LC-, фильтру, общая точка демпфирующего конденсатора и второго диода связана с цепью за рядки .демпфирующего конденсатора, включающей дополнительные дроссель, третий диод, транзистор и емкостный делитель входного питающего напряжения.

Недостатком этого устройства является пониженная надежность из-за наличия дополнительного ключевого транзистора, необходимости организации дополнительных цепей управления и питания дополнительного транзистора, Кроме того, устройство имеет низкий КПД, поскольку энергия демпфирующего дросселя не используется, а выделяется в резисторе. Указанные недостатки особенно проявляются при работе преобразователей с входным питающим напряжением 300-600 В и при использовании серийно выпускаемых ключевых транзисторов с относительно большим временем переключения.

Наиболее близким к предлагаемому является преобразователь напряжения, содержащий регулирующий транзистор, накопительные дроссель и конденсатор, демпфирующий дроссель, две последовательные цепочки из диода и конденсатора, три диода, дополнительный дроссель

Устройство обеспечивает выключение транзистора при малых напряжениях за счет зарядки конденсатора DC-цепей за время открытого состояния транзистора и последующей передачи энергии при закрывании, при этом конденсатор одной из DC цепей работает с переполюсовкой полярности напряжения на нем, что требует установки конденсатора с реактивной мощностью больше допустимой. Другим недостатком схемы является неполное использование транзистора по напряжению, так как силовой дроссель выполнен автотрансформатором, повышающим уровень рабочего напряжения на транзисторе. Далее в схеме не решены вопросы обеспечения безопасных условий работы транзистора при включении. Постановка дополнительного дросселя с CDR-цепями ведет к снижению КПД.

Целью изобретения является повышение КПД и надежности преобразователя.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователе постоянного напряжения в постоянное, содержащем накопительные дроссель и конденсатор, транзистор и соединенный с ним демпфирующий дроссель, две последовательные цепочки из диода и конденсатора три диода, дополнительный дроссель, последовательно соединенные накопительный и демпфирующий дроссели и транзистор, подключенные к источнику питания, точка соединения дросселей через первый диод соединена с накопительным конденсатором, подключенным другим выводом к общей шине, параллельно демпфирующему дросселю включена

первая последовательная цепочка, параллельно накопительному дросселю через дополнительный дроссель включена вторая цепочка, конденсаторы цепочек одними выводами соединены вместе, другими через

0 второй и третий диоды подключены к накопительному конденсатору.

Включение в преобразователе параллельно демпфирующему и накопительному дросселям конденсаторов и организация

5 цепей перезаряда их на накопительный конденсатор позволяет уменьшить динамические потери в регулирующем транзисторе и повысить коэффициент использования транзистора по току, повысить КПД преоб0 разователя

На фиг.1 дана схема предлагаемого трансформатора; на фиг.2 - диаграмма токов и напряжений.

Преобразователь состоит из источника

5 питания 1, включающего входной емкостной фильтр, регулирующего транзистора 2. демпфирующего дросселя 3, накопительного дросселя 4, соединенных последовательно и образующих цепь накопления энергии.

0 Выходной накопительный конденсатор 5 и первый коммутирующий диод 6 соединены последовательно с накопительным дросселем 4 и образуют фильтр. Параллельно демпфирующему дросселю 3 и регулирую5 щему транзистору 2 включен демпфирующий конденсатор 7. Параллельно накопительному дросселю 4 включена одна последовательная цепочка, состоящая из дополнительного дросселя 8. фиксирующе0 го диода 9 и конденсатора 10. Другая после- довательная цепочка включена параллельно демпфирующему дросселю 3, включает в себя диод 11 и конденсатор 12. Конденсаторы 10,12 одним выводом связаны с

5 точкой соединения накопительного 4. демпфирующего 3 дросселей и коммутирующего диода б, а точки соединения диодов | 9,11 с конденсаторами 10,12 подключены соответственно через второй 13 и третий 14

0 диоды к потенциальному выводу накопительного конденсатора 5. Диоды 13,14 включены согласно первому 9 и второму 11 диодам

Устройство работает следующим обра5 зом

При открывании транзистора 2 от источника напряжения 1 (фильтра) происходит резонансная раэрчдка конденсатора 7 через дроссель 3. накопление энергии в дросселях 3 и 4 и резонансная зарядка

конденсатора 10 через дроссели 8,3, диод 9 до уровня, определяемого соотношением напряжения на входе (Епит) и выходе (1)Вых). При напряжении питания Епит ивых 2Епит конденсатор 10 заряжается до Квых- а при Увых 2ЕПит-до 2ЕПит. Вначале происходит накопление энергии в дросселе 8. После достижения напряжения на конденсаторе 10, равного Епит, дроссель 8 меняет полярность, происходит отдача энергии дросселя 8 в конденсатор 10 и при достижении уровня напряжения на нем, равного ивых, в дросселе 8 происходит передача оставшейся энергии в конденсаторы 5 через диоды 9,13. Накопленная энергия вдемпфи- рующем дросселе 3 через диод 11 заряжает конденсатор 12.

При выключении транзистора 2 в начальный момент происходит резонансная зарядка конденсатора 7 яерез дроссель 4 от источника питания 1 до уровня Квых и одновременно конденсатор 10 через диод 13 разряжается на конденсатор 5 током дросселя 4, а накопленная энергия в демпфирующем дросселе 3 через диод 11 заряжает конденсатор 12. Время зарядки конденсаторов 7 и 12 определяет начальную скорость нарастания напряжения на транзисторе 2. При достижении напряжения на конденсаторе, равного Епит + Uci2 происходит даль- нейшее нарастание напряжения на конденсаторе 7 и разрядка конденсатора 12 через диод 14 на конденсатор 5 током дросселя 4. Конденсаторы 10 и 12 разряжаются до нуля и не перезаряжаются, так как ток дросселя 4 замыкается через коммутирующий диод 6 на накопитель 5.

Таким образом, к следующему включению транзистора 2 токи в дросселях 3,8 равны нулю, напряжение на конденсаторах 10 и 12 равны нулю, напряжение на конденсаторе 7 равно Увых.

При очередном включении транзистора 2 процессы повторяются. Таким образом достигается практически полная передача

запасенных энергий в реактивных элементах, за счет чего достигается повышение КПД.

За счет введения резонансной цепи, включающей дроссель 8, обеспечивается увеличение проходящего тока через транзистор 2 на величину его спада при разрядке дросселя 4, форма тока приближается к прямоугольной. Это влечет увеличение передаваемой энергии, улучшается использование транзистора по току, кроме того, указанная цепь позволяет существенно уменьшить крутизну нарастания напряжения на реактивных элементах за счет увеличения величины конденсатора 10 и импульсный ток через транзистор 2 при включении за счет существенного уменьшения величин конденсатора 7 и увеличения времени заряда конденсатора „10. Тем самым достигается эффективная работа преобразователя

Формула изобретения Преобразователь постоянного напряжения в постоянное, содержащий накопительный дроссель и конденсатор, транзистор и соединенный с ним демпфирующий дроссель, две последовательные цепочки из диода и конденсатора, три диода, дополнительный дроссель, отличающийся тем. что, с целью повышения КПД и надежности, последовательно соединенные накопительный и демпфирующий дроссели и транзистор подключены к входным выводам, точка соединения дросселей через первый диод соединена с накопительным конденсатором, подключенным другим выводом к общей шине, параллельно демпфирующему дросселю включена одна по- следовательная цепочка, параллельно накопительному дросселю через дополнительный дроссель включена другая цепочка, конденсаторы цепочек одними выводами соединены вместе, другими через второй и третий диоды подключены к накопительному конденсатору.

Использование: преобразователь постоянного напряжения в постоянное для вторичных источников электропитания. Сущность изобретения: устройство содержит ключевой транзистор 2 с ограничительным 3 и накопительным 4 дросселями. Накопительный конденсатор 5 подключен через диод 6 к дросселю 4. Включение параллельно накопительному 4 и ограничительному 3 дросселям соответственно цепочек из последовательно соединенных дополнительного дросселя 8, диода 9, конденсатора 10 и диода 11, конденсатора 12 обеспечивает приближение формы тока через транзистор У к прямоугольной, уменьшение динамических потерь. Организация цепей перезаряда конденсаторов 10,12 в конденсатор 5 через диоды 13,14 позволяет повысить коэффициент использования транзистора 2. 2 ил.

0-т

-.12

ZS

4

4i4

-й-0

Ls

-0

bit it

tj

t r tsttfrtJ ft/e

Фиг. 2