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

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 введением демпфирующего дросселя, запасенная энергия которого с помощью дополнительного диода рассеивается на резисторы, 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 ключевой элемент - регулирующий транзистор, последовательно с которым соединены накопительные конденсатор и дроссель, образующие LC-фильтр, демпфирующий дроссель с цепью откачки запасенной энергии, обратный диод, последовательно соединенные демпфирующий конденсатор и второй диод, включенvj

4

Ю О О

ные параллельно LC-фильтру, общая точка демпфирующего конденсатора и второго диода связана с цепью зарядки демпфирующего конденсатора, включающей дополнительные дроссель, третий диод и ключ (транзистор), и емкостный делитель входного питающего напряжения.

Недостатками 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 ис- пользуется, а выделяется в резисторе.

Указанные недостатки особенно проявляются при работе преобразователей с входным питающим напряжением 300-600 В и при использовании серийно выпускав- мых ключевых транзисторов с относительно большим временем переключения,

Цель изобретения - повышение КПД и надежности за счет уменьшения динамических потерь в управляемом ключевом эле- менте, возврата запасенной энергии в демпфирующих LC-элементах в нагрузку и обеспечения условий замедленного нарастания напряжения на дросселях.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь постоянного напряжения в постоянное, содержащий входной, выходной и общий выводы для подключения источника питания и нагрузку, соответственно первую последовательную цепь из управляемого ключевого элемента, демпфирующего дросселя, накопительного дросселя и накопительного конденсатора, включенную между входным и общим выводами, а также вторую последовательную цепь из демпфирующего конденсатора, диода и дополнительного дросселя, причем накопительный конденсатор включен между входным и общим выводами, а между точкой соединения дросселей первой по- следовательной цепи и общим выводом включен обратный диод, дополнительно введена третья последовательная цепь из диода и конденсатора, включенная параллельно демпфирующему дросселю, идвадо- полнительных диода, один из которых включен между точкой соединения диода и конденсатора второй последовательной цепи и общим выводом, а другой - между точкой соединения диода и конденсатора третьей последовательной цепи и общим выводом.

На чертеже представлена схема преобразователя постоянного напряжения в постоянное.

Преобразователь содержит источник питания 1, управляемый ключевой элемент - транзистор 2, демпфирующий дроссель 3, накопительный дроссель 4, накопительный конденсатор 5, соединенные последовательно обратный диод 6 и демпфирующий конденсатор 7, включенные между точкой соединения дросселей 3 и 4 и общим выводом устройства.Параллельно дросселю 4 включена цепочка из последовательно соединенных дополнительного дросселя 8, первого диода 9 и первого конденсатора 10. Параллельно дросселю 3 включена цепочка из последовательно соединенных второго диода 11 и второго конденсатора 12.

Конденсаторы 10,12 одним выводом связаны с точкой соединения накопительного 4 и демпфирующего 3 дросселей, а точки соединения диодов 9,11 и конденсаторов 10,12 подключены соответственно через четвертый 13 и пятый 14 диоды к общему выводу источника питания 1. Диоды 13,14 включены согласно первому 9 и второму 11 диодам.

Преобразователь работает следующим образом.

При отпирании транзистора 2 от источника напряжения 1 через демпфирующий 3 и накопительный 4 дроссели происходит зарядка конденсатора 5 через демпфирующий дроссель 3 и резонансная зарядка демпфирующего конденсатора 7. Одновременно происходит резонансная зарядка конденсатора 10 через дополнительный дроссель 8 и диод 9 до уровня, определяемого соотношением напряжения на входе Епит и выходе UBWX. При напряжении ивых 1/2ЕПит конденсатор 10 заряжается до напряжения Епит, а при иВых 1/2Епит напряжение равно (Епит-11вых):2. Вначале происходит накопление энергии в дросселе 8. После достижения напряжения на конденсаторе 10, равного Епит-иВых, напряжение на дросселе 8 меняет полярность, начинается процесс отдачи энергии дросселя 8 в конденсаторы 10 и 5. При достижении на дросселе 8 напряжения, равного выходному напряжению 1)вых, оставшаяся энергия передается в конденсатор 5 через диоды 9,14.

При выключении транзистора 2 в начальный момент происходит разрядка конденсаторов 7 и 10 током дросселя 4. Скоростью разрядки этих конденсаторов определяется скорость нарастания напряжения на транзисторе 2.

При достижении напряжения на конденсаторе 7, равного напряжению на конденсаторах 10 и 12 с учетом падения напряжения на диодах 14,13, происходит одновременная разрядка через дроссель 4

всех трех конденсаторов 7,10,12. После их разрядки дальнейшая их перезарядка не происходит, так как ток дросселя 4 протекает через обратный диод на накопительный конденсатор 5.

Таким образом, к следующему включению транзистора 2 в дросселях 3,4 и конден- саторах 7,10,12 токи и напряжения отсутствуют, запасенные энергии в этих элементах равны нулю.

При очередном включении процессы повторяются. Таким образом, обеспечивается практически полная передача запасенных энергий в реактивных элементах в нагрузку, за счет чего и достигается повы- шенный КПД.

За счет 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 скоро- сть нарастания напряжения на реактивных элементах за счет увеличения величины емкости конденсаторов при выключении транзистора и передачи избыточной энергии в дросселе 8 в нагрузку при выходном напря-

жении иВых 1/2ЕПит. Тем самым достигается эффективная работа преобразователя. Формула изобретения Преобразователь постоянного напряжения в постоянное, содержащий входной, выходной и общий выводы для подключения источника питания и нагрузки, соответственно первую последовательную цепь из управляемого ключевого элемента, демпфирующего дросселя, накопительного дросселя и накопительного конденсатора, включенную между входным и общим выводами, а также вторую последовательную цепь из демпфирующего конденсатора, диода и дополнительного дросселя, причем накопительный конденсатор включен между выходным и общим выводами, а между точкой соединения дросселей первой последовательной цепи и общим выводом включен обратный диод, отличающий- с я тем, что, с целью повышения КПД и надежности, дополнительно введена третья последовательная цепь из диода и конденсатора, включенная параллельно демпфирующему дросселю, и два дополнительных диода, один из которых включен между точкой соединения диода и конденсатора второй последовательной цепи и общим выводом, а другой - между точкой соединения диода и конденсатора, третьей последовательной цепи и общим выводом.

Использование: повышение КПД и надежности. Сущность изобретения: устройство содержит источник питания 1, управляемый ключевой элемент (транзистор) 2, демпфирующий дроссель 3, накопительный конденсатор 5, соединенные последовательно. Обратный диод 6 и демпфирующий конденсатор 7 включены между точкой соединения дросселей 3,4 и общим выводом. Дроссель 3 зашунтирован цепочкой из диода 11 и конденсатора 12, общая точка соединения которых через диод 13 подключена к общему выводу. Дроссель 4 зашунтирован цепочкой из конденсатора 10, диода 9 и дополнительного дросселя 8. Точка соединения конденсатора 10 с диодом 9 через диод 14 подключена к общему выводу. Цепь перезаряда, включающая диоды 13,14, позволяет обеспечить передачу энергии конденсаторов 10,12 в накопительный конденсатор 5. При этом обеспечивается полная передача запасенной энергии в реактивных элементах. Форма тока транзистора 2 близка к прямоугольной. 1 ил. (Л С