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

fe

Изобретение относится к преобразовательной технике и может использоваться в источниках вторичного электропитания. Цель изобретения - улучшение массогаба- ритных показателей и повышение КПД. В силовой трансформатор 5 преобразователя введена вспомогательная обмотка 17 через дополнительно введенный диод 18, подключенная встречно-параллельно первой обмотке 12 дросселя 10. Благодаря введению цепи перемагничивания силового трансформатора увеличен диапазон изменения индукции в его сердечнике и, как следствие, уменьшены его габариты. Увеличение диапазона изменения индукции в сердечнике трансформатора позволяет сократить число витков его первичной обмотки, что уменьшает ее активное сопротивление. 1 з.п. ф-лы. 2 ил.

ч ел

00

VI ю

00

ND

фиг.1

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

Известен преобразователь постоянного напряжения в постоянное, содержащий входные выводы, к которым подключены первый и второй коммутирующие транзисторы, соединенные последовательно с первичной обмоткой силового трансформатора, первый и второй ограничивающие диоды, выпрямительный диод, подключенный к вторичной обмотке силового трансформатора, рекуперационный диод, конденсатор выходного фильтра, трехобмоточный дроссель, причем один вывод первой обмотки дросселя соединен с катодом первого ограничивающего диода и через первый коммутирующий транзистор соединен с первым входным выводом и катодом второго ограничивающего диода, другой вывод первой обмотки дросселя соединен с первым выводом первичной обмотки силового трансформатора, второй вывод которой соединен с анодом второго ограничивающего диода и через второй коммутирующий транзистор соединен с вторым входным выводом и анодом первого ограничивающего диода, один выход второй обмотки дросселя соединен с катодом рекуперационного диода, а другой вывод - с одним выводом третьей обмотки дросселя и через выпрямительный диод - с первым выводом вторичной обмотки силового трансформатора, второй вывод которой соединен с анодом рекуперационного диода и одним выводом конденсатора выходного фильтра, другой вывод которого соединен с другим выводом третьей обмотки дросселя.

Кроме того, отношение чисел витков первой и второй обмоток дросселя равно коэффициенту трансформации силового трансформатора.

Недостатками преобразователя постоянного напряжения в постоянное являются большие размеры силового трансформатора и повышенные потери мощности в его обмотках, вызванные малым диапазоном изменения индукции в сердечнике трансформатора (в данном случае диапазон изменения индукции в сердечнике трансформатора не превышает значения ДВ Bs - В2 , где Bs индукция насыщения материала сердечника; Bz - остаточная индукция материала сердечника при напряженности внешнего магнитного поля, равной нулю).

Цель изобретения -улучшение массогэ- баритных показателей и повышение КПД.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователе постоянного напряжения в постоянное, в силовой трансформатор введена вспомогательная обмотка, причем эта обмотка соединена с первой обмоткой дросселя через цепь введенного дополни- тельного диода.

В цепь дополнительного диода может быть последовательно включен введенный токоограничивающий элемент.

На фиг. 1 показана принципиальная схема предлагаемого преобразователя постоянного напряжения в постоянное; на фиг. 2 - диаграммы токов I и напряжений U в основных цепях преобразователя, индеке которых соответствует номеру элемента цепи.

Преобразователь постоянного напряжения в постоянное содержит входные выводы 1, 2, первый и второй коммутирующие

транзисторы 3,4, силовой трансформатор 5, первый и второй ограничивающие диоды 6, 7, выпрямительный диод 8. рекуперационный дио,с, 9, дроссель 10, конденсатор выходного фильтра 11. Дроссель 10 выполнен

трехобмоточным (Wi, Wa, Wa). 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 12 дросселя 10 соединен с первым выводом первичной обмотки 13 силового трансформатора 5. Второй вывод первичной обмотки 13 силового трансформатора 5 соединен с анодом второго ограничивающего диода 7 и через второй коммутирующий транзистор 4 соединен с вторым входным выводом 2 и анодом первого ограничивающего диода 6.

Один вывод второй обмотки 14 дросселя 10соединен с катодом рекуперационного диода 9. Другой вывод второй обмотки 14 дросселя 10 соединен с одним выводом третьей обмотки 15 дросселя 10 и через выпрямительный диод 8 соединен 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 конденсатора выходного фильтра 11 соединен с другим выводом третьей обмотки 15 дросселя 10. Вспомогательная обмотка 17 силового трансформатора 5 соединена с первой обмоткой 12 дросселя 10 через цепь введенного дополнительного диода 18. Последовательно с дополнительным диодом 18 может быть включен токоограничивающий элемент 19 (показан на фиг. 1 пунктиром).

В качестве токоограничивающего элемента 19 может быть использован резистор. Для уменьшения мощности, выделяемой в токоограничивающем элементе 19, последний может быть выполнен в виде последовательно соединенных резистора и дросселя.

Преобразователь постоянного напряжения в постоянное работает следующим образом.

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 -12 на фиг. 2), который замыкается по цепи 1-2-13-13-4-2- 1, При этом во вторичной обмотке 16 силового трансформатора 5 возникает импульс напряжения, открывающий выпрямительный диод 8 (см. временные диаграммы на фиг. 2), и энергия из первичной цепи преобразователя поступает на конденсатор выходного фильтра 11 и нагрузку. Контур протекания тока соответственно 16-8-15-11- 16. Ма этом же этапе работы преобразователя ток в первой обмотке 12 дросселя 10 и в первичной обмотке 13 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 и 7, рекуперационный диод 9 и введенный диод 18 заперты

Когда импульсы напряжения на базах коммутирующих транзисторов 3, 4 становятся равными нулю, коммутирующие транзисторы 3, 4 закрываются (момент времени t2 на фиг. 2). В этот же момент времени закрывается выпрямительный диод 8. Под действием ЭДС самоиндукции, возникающей на первичной обмотке 13 силового трансформатора 5, и ЭДС самоиндукции, возникающей на первой обмотке 12 дросселя 10, открывается первый и второй ограничивающие диоды 6, 7 и начинается процесс рекуперации 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 t2 - 1з (см. временные диаграммы на

фиг. 2). При этом направление на первом и втором коммут чрующих транзисторах 3. 4 фиксируется на уровне Un, где Un - напряжение источника питания преобразователя. 5 В момент времени тз указанный процесс рекуперации энергии, накопленной в индуктивности намагничивания силового трансформатора 5, прекращается

На интервале времени t3 - t продолжа0 ется передача энергии, накопленной в индуктивности дросселя 10, на конденсатор выходного фильтра 11 и нагрузку преобразователя. Контур протекания тока соответственно 15-11-9-14-15. На интервале

5 времени т.2 -14 ток во второй 14 и третьей 15 обмотках дросселя 10 падает.

Одновременно с описанными процессами на интервале времени t2 -14 за счет ЭДС самоиндукции на первой обмотке 12 дрос0 селя 10 начинает протекать ток по цепи 12- 17-18-12. При этом происходит намагничивание сердечника силового трансформатора 5 в обратном направлении путем протекания намагничивающего тока

5 по его дополнительной обмотке 17. Введенный токоограничивающий элемент 19 ограничивает ток коммутирующих транзисторов 3, 4 при насыщении сердечника силового трансформатора 5 в обратном направлении.

0 Кроме того, он позволяет выбирать диапазон размаха индукции в сердечнике силового трансформатора, соответствующий максимальной величине его магнитной проницаемости за счет чего могут быть умень5 шены ток и потери в коммутирующих транзисторах.

В момент времени t4 вновь открываются первый и второй коммутирующие транзисторы 3, 4. Рекуперационный диод 9 и вве0 денный диод 18 закрываются, всег описанные процессы повторяются.

В дросселе 10 совмещены функции преобразования напряжения по уровню обеспечения гальванической развязки и

5 фильтрации выходного напряжения преобразователя.

Изменением отношения числа витков второй 14 и третьэй 15 обмоток дросселя 10 обеспечивается перераспределение функ0 ций преобразования энергии первичной сети между силовым трансформатором 5 и дросселем 10.

Условием безразрывности тока конденсатора 11 является равенство отноше5 ния числа витков между обмотками 12 и 14 отношению числа витков между обмотками 13 и 16.

Предлагаемое изобретение имеет следующие технико-экономические преимущества перед известным техническим

решением. Улучшение массогабзритных показателей. Это достигается тем, что в предлагаемом техническом решении путем введения цепи перемагничивания силового трансформатора увеличен диапазон изменения индукции в сердечнике трансформатора (изменение индукции АВ 2 BS). Вследствие этого уменьшены его габариты и масса, Повышение КПД. Объясняется это тем, что в связи с увеличением диапазона изменения индукции в сердечнике трансформатора, при обеспечении той же выходной мощности преобразователя уменьшено число витков его обмоток, а следовательно, и их активные сопротивления, что обуславливает уменьшение потерь в обмотках

jgl/T -rJ

Uo

№

0

5

трансформатора и повышает КПД преобразователя.

Формула изобретения

2.Преобразователь по п. 1, о т л и ч а ю- щ и и с я тем, что в цепь дополнительного диода введен последовательный токоогра- ничивающий элемент.