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

Ј

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в источниках вторичного электропитания. Цель изобретения - улучшение массогаба- ритных показателей и повышение КПД. В преобразователь введена цепь, состоящая из последовательно соединенных дополнительных обмоток 17 и 18 силового трансформатора 5 и дросселя 10, и дополнительный диод 19. Улучшение массогабаритных показателей достигается через уменьшение геометрических размеров силового трансформатора за счет расширения диапазона изменения индукции в его сердечнике, а повышение КПД - за счет уменьшения активного сопротивления обмоток силового трансформатора, 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

UO

Фиг/

VJ

(Л 00 VI

Ю

Ю

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в источниках вторичного электропитания.

Цель изобретения - улучшение массога- баритных показателей преобразователя и повышение КПД.

На фиг. 1 показана принципиальная схема предлагаемого преобразователя постоянного напряжения в постоянное; на фиг, 2 - пример ее использования; на фиг. 3 - диаграммы токов и напряжений в основных цепях преобразователя, где индексы соответствуют элементам схемы.

Преобразователь постоянного напряжения в постоянное содержит входные выводы 1, 2, первый и второй коммутирующие транзисторы 3, 4, силовой трансформатор 5. первый и второй ограничивающий диоды 6, 7, выпрямительный диод 8, рекуперацион- ный диод 9, трехобмоточный дроссель 10, конденсатор выходного фильтра 11. Один вывод первой обмотки 12 дросселя 10 соединен с катодом первого ограничивающего диода 6 и через первый коммутирующий транзистор 3 соединен с первым входным выводом 1 и катодом второго ограничивающего диода 7. Другой вывод первой обмотки

12дросселя 10 соединен с первым выводом первичной обмотки 13 силового трансформатора 5. Второй вывод первичной обмотки

13силового трансформатора 5 соединен с анодом второго ограничивающего дисца 7 и через второй коммутирующий транзистор 4 соединен с вторь,tw зходнь м выводом 2 и анодом первого ограничивающего диода б,

Один вывод второй обмотки 1 дросселя 10 соединен с катодом рекуперационно- го диода 9. Другой вывод второй обмотки 14 дросселя 10 соединен с одним выводом третьей обмотки 15 дросселя 10 и через выпрямительный диод 8 - с первым выводом вторичной обмотки 16 силового трансформатора 5. Второй вывод вторичной обмотки 16 силового трансформатора 5 соединен с анодом рекуперационного диода 9 и одним выводом конденсатора выходного фильтра 11. Другой вывод конденсаюра выходного фильтра 11 соединен с другим выводом третьей обмотки 15 дросселя 10.

Дополнительные обмотки 7 н 3 сило- вого трансформатора 5 и дроссе -10 соединены последовательно друг с другом л образуют цепочку, выосды которой подключены к выводам введенного диода 19, В цепь соединения выводов дополнительно введенной цепочки и введенного диода 19 может быть включен введенный токоогра- ничивающий элемент 20 (показан пунктиром). В качестве токоограничивающего элемента 20 может быть использован резистор. Для уменьшения мощности, выделяемой в токоограничивающем элементе 20, последний может быть выполнен в виде последовательно соединенных резистора и

дросселя, Кроме того, энергия, затрачиваемая в токоограничивающем элементе, может использоваться во вспомогательных узлах преобразователя. Пример использования части этой энергии для формирования

0 сигнала запуска устройства ограничения зарядного тока входного фильтра преобразователя показан на фиг. 2. В варианте по фиг, 2 преобразователь, кроме элементов, показанных на фиг. 1, содержит входной выпря5 митель 21, входной фильтр 22 и устройство ограничения зарядного тока входного фильтра 23.

Преобразователь постоянного напряжения в постоянное (фиг. 1) работает следу0 ющим образом.

Коммутирующие транзисторы 3, 4 работают син/ронно. При подаче на базы коммутирующих транзисторов 3,4 положительных импульсов напряжения начинает протекать

5 ток в первичной цепи преобразователя (интервал времени ti - t2 на фиг, 3), который замыкается по цепи 1-3-12-13-4-2-1. При этом во вторичной обмотке 16 силового трансформатора 5 возникает импульс на0 пряжения, открывающий выпрямительный диод 8 (фиг. 3), и энергия из первичной цепи преобразователя поступает на конденсатор выходного фильтра 11 ч нагрузку Контур протекания тока соответственно 16-8-155 11--16. На этом же эгепе работы преобразователя ток в первой обмотке 12 дросселя 10 и в первичней обмоле 13 силового трансформатора 5 нарастает. Происходит накопление энергии в дросселе 10 и

0 намагничивание сердечника силового трансформатора в прямом направлении. При этом первый и второй ограничивающие диоды 6, 7, рекуперационный диод 9 и введенный диод 19 заперты.

5Когда импульсы напряжения на базах

коммутирующих транзисторов 3, 4 стано- аягся равными нулю, коммутирующие транзисторы 3, 4 закрываются (момент времени t2 на фиг. 3). В этот же момент времени

0 закрывается выпрямительный диод 8. Под действием ЭДС самоиндукции, возникающей на первичной обмотке 13 силового трансформатора 5, и ЭДС самоиндукции, возникающей на первой обмогке 12 дроссе5 ля 10, открывается первый и второй ограничивающие диоды 6, 7 и начинается процесс рекуперации энергии, накопленной в индуктивности намагничивания силового трансформатора 5 и индуктивности дросселя 10. Пои этом на второй 14 и Tpf . ей 15 обмотках

дросселя 10 возникают импульсы напряжения, открывающие рекуперационный диод 9, и часть энергии, накопленной в индуктивности дросселя 10 на предыдущем этапе работы преобразователя, передается на конденсатор выходного фильтра 11 и нагрузку. Контур протекания тока соответственно 15-11-9-14-15.

Рекуперация энергии, накопленной в индуктивности намагничивания силового трансформатора 5, идет на интервале времени т.2 - ta (см. временные диаграммы на фиг, 3). При этом напряжение на первом и втором коммутирующих транзисторах 3, 4 фиксируется на уровне Un, где Un - напря- жение источника питания преобразователя. В момент времени тз указанный процесс рекуперации энергии, накопленной в индуктивности намагничивания силового трансформатора 5, прекращается.

На интервале времени гз -14 продолжается передача -энергии, накопленной в индуктивности дросселя 10 на конденсатор выходного фильтра 11 и нагрузку преобразователя. Контур протекания тока соответ- ственно 15-11-9-14-15. На интервале времени г - t4 ток во второй 14 и в третьей 15 обмотках дросселя 10 падает.

Одновременно с описанными процессами на интервале времени 12 - t/j за счет ЭДС самоиндукции на дополнительной обмотке 18 дросселя 10 начинает протекать ток по цепи 18-17-19-18. При этом происходит намагничивание сердечника силового трансформатора 5 в обратном направлении путем протекания намагничивающего тока по его дополнительной обмотке 17. Введенный токоограничивающий элемент 20 ограничивает ток коммутирующих транзисторов 3, 4 при насыщении сердечника силового трансформатора 5 в обратном направлении. Кроме того, он позволяет выбирать диапазон размаха индукции в сердечнике силового трансформатора, соответствующий максимальной величине его магнитной про- ницаемости, за счет чего могут быть уменьшены ток и потери в коммутирующих транзисторах.

В момент времени м вновь открывается первый и второй коммутирующие транзисторы 3, 4. Рекуперационный диод 9 и введенный диод 19 закрываются, все процессы повторяются.

Работа преобразователя по фиг. 2 аналогична описанной. Отличительной особенностью данного преобразователя является то, что энергия, рассеиваемая в токоограни- чивающем элементе 20, здесь используется для формирования сигнала запуска устройства ограничения зарядного тока преобразователя.

В дросселе 10 совмещены функции преобразования напряжения по уровню, обеспечения гальванической развязки и фильтрации выходного напряжения преобразователя.

Изменением отношения числа витков второй 14 и третьей 15 обмоток дросселя 10 обеспечивается перераспределение функций преобразования энергии первичной сети между силовым трансформатором 5 и дросселем 10.

Условием безразрывности тока конденсатора 11 является равенство отношения числа витков между обмотками 12 и 14 отношению числа витков между обмотками 13 и 16.

Формула изобретения

-frj,

M W

Ua Ы

(9

Vuz.Z