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

,2

19

в

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в источниках вторичного электропитания. Цель изобретения - повышение КПД и надежности преобразователя, В преобразователь введена демпферная цепочка, состоящая из последовательно соединенных дополнительных обмоток 17 и 18 и токоограничивающего элемента 19, конденсаторы 21 и 23 и диоды 20 и 22. Разгрузка коммутирующих транзисторов от коммутационных воздействий позволяет повысить надежность преобразователя, а передача энергии, запасенной демпферной цепочкой в нагрузку, повышает КПД. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

si

00

VJ

чэ ел

ю

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

Цель изобретения - повышение КПД и надежности преобразователя.

На фиг. 1 показана схема преобразователя постоянного напряжения в постоянное; на фиг, 2 - диаграммы токов и напряжений в основных цепях преобразователя; на фиг. 3 - совмещенная диаграмма тока и напряжения коммутирующего транзистора преобразователя.

Преобразователь (фиг. 1) 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, рекуперационный диод 9, дроссель 10, конденсатор выходного фильтра 11. Дроссель 10 имеет обмотки 12, 13 и 14. Трансформатор 5 имеет обмотки 15, 16.

Преобразователь также содержит цепь, состоящую из дополнительных обмоток 17, 18 и токоограничивающего элемента 19, диод 20, корректирующий конденсатор 21, диод 22, корректирующий конденсатор 23. Индуктивности рассеяния первой обмотки 12 дросселя 10, первичной обмотки 15 силового трансформатора 5 и дополнительных обмоток 17, 18 соответственно дросселя 10 и силового трансформатора 5 условно показаны на фиг. 1 в виде отдельных элементов 24, 25 и 26, 27 соответственно.

Преобразователь постоянного напряжения в постоянное по фиг. 1 работает следующим образом.

При подключении входных выводов 1, 2 преобразователя к источнику питания, когда коммутирующие транзисторы 3, 4 заперты, начинается процесс первичного заряда первого 21 и второго 23 корректирующих конденсаторов по цепи 1-21-20-24-12-25- 15-22-23-2. При этом корректирующие кон- денсаторы 21, 23 заряжаются до напряжения ЕПит/2.

Коммутирующие транзисторы 3, 4 работают синхронно. При подаче на базы коммутирующих транзисторов 3, 4 положительных импульсов напряжения начинает протекать ток в первичной цепи преобразователя (интервал времени ti - t2 на фиг. 2), который замыкается по цепи 1-3-24-12- 25-15-4-2-1. При этом во вторичной обмотке 16 силового трансформатора 5 возникает импульс напряжения, открывающий выпрямительный диод 8, и энергия из первичной цепи преобразователя поступает на конденсатор выходного фильтра 11 и нагрузку. Контур протекания тока соответственно 16- 3-13-11-16. На этом же этапе работы преобразователя ток в первой обмотке 12 дросселя 10 и в первичной обмотке 15 силового трансформатора 5 нарастает. Происходят накопление энергии в дросселе 10 и намагничивание сердечника силового трансформатора 5 в прямом направлении. При этом первый и второй ограничивающие диоды 6, 7 и рекуперационный диод 9 заперты.

Кроме того, в момент открывания ком0 мутирующих транзисторов 3, 4, заряженные на предыдущем этапе до напряжения Епит/2 корректирующие конденсаторы 21, 23 начинают разряжаться по цепи 21-3-24-12-25- 15-4-23-18-27-29-19-21. В указанный

5 контур тока разряда первого 21 и второго 23 корректирующих конденсаторов входят индуктивности рассеяния 24, 25 и 26, 27 первой 12 и первичной 15 обмоток дросселя 10, силового трансформатора 5 и дополнитель0 ных обмоток 17, 15 соответственно дросселя 10 и силового трансформатора 5. Это определяет уменьшение импульсной мощности, рассеиваемой в коммутирующих транзисторах 3,4 в момент их включения (по

5 сравнению со случаем применения известных RCD-цепочек).

Когда импульсы напряжения на базах коммутирующих транзисторов 3, 4 становятся равными нулю, коммутирующие тран0 зисторы 3, 4 начинают закрываться (момент времени 12 на фиг. 2). В этот же момент времени начинает закрываться выпрямительный диод 8.

Одновременно с этим начинается про5 цесс заряда первого 21 и второго 23 коррек- тирующих конденсаторов по цепи 1-21-20-24-12-25-15-22-24-2. Заряд корректирующих конденсаторов 21,23 идет на интервале времени t2 - ta на фиг. 2. Бла0 годаря указанному процессу напряжения на коммутирующих транзисторах 3, 4 нарастают замедленно, что улучшает траектории их выключения и уменьшает импульсную мощность, рассеиваемую в коммутирующих

5 транзисторах 3, 4,

В момент времени t3 на фиг. 2 напряжения на коммутирующих транзисторах 3, 4 и корректирующих конденсаторах 21, 23 достигают значения Епит.

0Под действием суммарной ЭДС самоиндукции на первичной обмотке 15 силового трансформатора 5, на первой обмотке 12 дросселя 10 открываются первый и второй ограничивающие диоды б, 7 и начинается

5 процесс рекуперации энергии, накопленной в индуктивности намагничивания силового трансформатора 5 и индуктивности дросселя 10. При этом на второй 14 и третьей 14 обмотках дросселя 10 возникают импульсы напряжений, 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.

Рекуперация энергии, накопленной в индуктивности намагничивания силового трансформатора 5, идет на интервале времени t3 - t4 (см. временные диаграммы на фиг, 2). При этом напряжение на первом и втором коммутирующих транзисторах 3, 4 фиксируется на уровне Епит. В момент времени t4 указанный процесс рекуперации энергии, накопленной в индуктивности намагничивания силового трансформатора 5, прекращается. Передача энергии, накопленной в индуктивности дросселя 10, на конденсатор фильтра 11 и нагрузку преобразователя продолжается до момента последующего открывания коммутирующих транзисторов - ts.

В момент времени ts вновь открываются первый и второй коммутирующие транзисторы 3, 4, При этом первый и второй корректирующие конденсаторы 21, 23, заряженные до напряжения Епиг, начинают разряжаться по цепи 21-3-24-12-25-15-4- 23-18-27-17-26-19-21, Благодаря наличию в данной цепи индуктивностей рассеяния 24, 25 и 26, 27 соответственно первой 12 и первичной 15 обмоток дросселя 10 и силового трансформатора 5 и дополнительных обмоток 17, 18 соответственно дросселя 10 и силового трансформатора 5, уменьшена (по сравнению со случаем использования известных RCD-цепочек) импульсная мощность, рассеиваемая в коммутирующих транзисторах 3, 4 в момент их включения.

На фиг. 3 представлена совмещенная диаграмма тока з и напряжения Уз коммутирующего транзистора 3, поясняющая процессы при включении коммутирующего транзистора 3. Пунктиром на фиг. 3 представлена диаграмма тока з для случая использования в прототипе известных RCD-корректирующих цепочек.

В момент времени ts рекуперационный диод 9 закрывается и все процессы повторяются.

В дросселе 10 совмещены функции пре5 образования напряжения по уровню, обеспечения гальванической развязки и фильтрации выходного напряжения преобразователя.

Изменением отношения числа витков

0 второй 14 и третьей 13 обмоток дросселя 10 обеспечивается перераспределение функций преобразования энергии первичной сети между силовым трансформатором 5 и дросселем 10.

5 Условием безразрывности тока конденсатора 11 является равенство отношения числа витков между обмотками 12 и 14 отношению числа витков между обмотками 15 и 16. Число .витков обмотки 17 должно быть

0 равно числу витков обмотки 12, а обмотки 18 - числу витков обмотки 15.

Формула изобретения

5 ограничивающего диода, а через введенный первый корректирующий конденсатор - с первым входным выводом преобразователя, причем другой вывод введенной цепочки связан через введенный второй диод с ано0 дом второго ограничивающего диода, а через введенный второй корректирующий конденсатор - с вторым входным выводом преобразователя.

4 U