Преобразователь напряжения Советский патент 1992 года по МПК H02M3/335 

1

(21)4738469/07 (22) 18.09.89 (46)07.10.92. Бюл. №37 (75) А.Д.Артым

(56)Авторское свидетельство СССР Ms 1279028, кл. Н 02 М 3/335, 1986.

Авторское свидетельство СССР № 1277324, кл. Н 02 М 7/5395, 1986. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ

(57)Использование: вторичные источники электропитания. Сущность изобретения: преобразователь содержит высокочастотный трансформатор 1, два транзисторных

ключа 2, 3, два накопительных дросселя 4, 5, высокочастотный дроссель 6, два дополнительных дросселя 7, 8 конденсаторы 9, 10, диоды 11, 12. В момент включения источника питания Еп и коллекторов транзисторов начинается заряд конденсаторов 9 и 10 через обмотки дросселей 4, 5, 7, 8. Одновременно заряжается конденсатор- 14, напряжением которого отпираются транзисторы 2 и 3, что обеспечивает самовозбуждение (запуск) преобразователя за счет положительной обратной связи. 2 з.п.ф. 4 ил.

СО

С

S4 О VI

О 4 VJ

Изобретение относится к электронике и может быть использовано в электронной аппаратуре.

Известен преобразователь напряжения, работающий в классе Е, в котором переключения активного прибора происходят при напряжениях на них, близких к нулю, бл-агодаря чему достигается снижение уровня коммутационных потерь в сГктивном лрибореП

Недостатком устройств данного типа является относительно низкая надежность, обусловленная действием высокого пикового напряжения на активном приборе, в несколько раз превышающего уровень напряжения источника питания.

Наиболее близким к предлагаемому устройству по технической сущности и достигаемому результату является ключевой преобразователь постоянного напряжения, выполненный на основе параллельного резонансного инвертора с цепью защиты от перенапряжений (авт.св. СССР Ns 1277324, кл. Н02 М 7/5395, 1986 г).

Он содержит резонансный контур, состоящий из параллельно соединенных высокочастотного дросселя и конденсатора, включенных между кол лекторами двух силовых транзисторов, эмиттеры кото рых соединены с отрицательным выводом источника питания, положительный вывод которого через питающий основной дроссель соединен со средней точкой высокочастотного дросселя, дополнительный дроссель, присоединенный параллельно к основному дросселю одним выводом через блокировочный конденсатор, а другим - через источник питания, причем точка соединения дополнительного дросселя с блокировочным конденсатором соединена с положительным выводом источника питания через диод, включенный встречно по отношению к напряжению источника питания.

В данном устройстве не достигается жесткого ограничения выбросов напряжения на транзисторе, вследствие чего понижается его надежность, возникает необходимость снижения питающего напряжения, что приводит к снижению мощности и КПД, обусловленному высоким уровнем напряжения, действующего на транзисторах (3, 14ЕП) и тока, протекающего по элементам колебательного контура (в число раз, равное добротности нагруженного контура, превышающего гок, потребляемый от источника питания).

Целью изобретения является повышение КПД и мощности путем снижения амплитуды напряжения на транзисторах и токов в реактивных элементах.

Изобретение поясняется фиг.1 - 4. На фиг.1 приведена принципиальная схема изобретения.

Она содержит высокочастотный трансформатор 1, вторичная обмотка которого подключена ко входу выпрямительной цепи, к выходу которой присоединены параллельно фильтровой конденсатор и нагрузка, два электронный транзисторных ключа 2 и 3,

0 два накопительных дросселя 4 и 5, соединенных началами с положительным выводом источника питания, а концами с коллекторами соответствующих транзисторов 2, 3, и цепью, состоящей из параллельно

5 соединенных первичной обмотки трансформатора 1 и высокочастотного дросселя 6. Устройство содержит также два дополнительных дросселя 7 и 8, начала которых присоединены к отрицательному выводу

0 источника питания, а концы - к первым выводам конденсаторов 9 и 10 и анодам ограничительных диодов 11 и 12, соответственно. При этом катоды диодов 11 и 12 подключены к положительному выводу

5 источника питания, а вторые выводы конденсаторов 9 и 10 подключены к коллекторам транзисторов 2 и 3, соответственно.

Изобретение работает следующим образом.

0 Транзисторы 2 и 3 (фиг.1) возбуждаются противофазно прямоугольными колебаниями, вследствие чего суммарный ток lo дросселей (фиг.1) поочередно замыкается через каждый из транзисторных ключей

5 (фиг.2,а,с,б). Максимальные напряжения на ключах 2, 3 (фиг.1) фиксируются на уровне удвоенного питающего при помощи цепей жесткого ограничения, включающих дополнительные дроссели 7, 8, конденсаторы 9,

0 10 и диоды 11,12 (фиг,1). В результате этого, а также вследствие равенства вольтсекунд- ных площадей Si и $2 на фиг.2,в,г (см,ниже) на транзисторах 2,3 действуют напряжения прямоугольной формы с амплитудой 2ЕП

5 (фиг.2, в,г). Из-за наличия дросселей средние напряжения на коллекторах равны Еп, поэтому вольтсекундные площади Si и $2 на фиг,2в,г равны, Поскольку напряжение на транзисторе в открытом состоянии отлично

0 от нуля, положительные относительно уровня Еп полуволны колебаний несколько короче отрицательных. К высокочастотному дросселю 6 приложено напряжение, равное разности напряжений на ключах2,3. Форма

5 этого напряжения приведена на фиг.2д, тока через дроссель - на фиг.2,е. Индуктивность дросселя 6 имеет такую величину, что за некоторый промежуток времени до выключения транзистора (Дт) она успевает накопить весь ток, подводимый к обмотке

трансформатора основными дросселями 4 или 5. Скорость изменения тока в этой индуктивности становится равной нулю, поэтому, начиная с момента достижения током в индуктивности значений ± 0/2 обращается в нуль и напряжение на обмотке трансформатора и транзистора, на который должен поступить отпирающий сигнал,

В результате включение этого транзистора имеет место при нулевом напряжении на нем (фиг.2 в,г).

Формы токов в обмотках трансформаторов и на выходе выпрямителя приведены на фиг.2 ж,з.

Таким образом, в изобретении реализован режим работы с прямоугольной формой колебаний на коллекторах транзисторов, амплитуда которых не превышает величины удвоенного напряжения питания.

Дроссели 4 и 5 (фиг.1) соединены параллельно первичной обмотке трансформатора, поэтому эта обмотка, выполненная со средней точкой, может выполнять функции дросселей 4 и 5. Дроссели 7 и 8 по переменному напряжению соединены параллельно дросселям 4 и 5, так как падениями переменных напряжений на конденсаторах 9 и 10 и на источнике питания Е можно пренебречь, поэтому с целью улучшения массога- баритных показателей выходной высокочастотный трансформатор, основные и дополнительные дроссели могут быть выполнены на общем магнитном сердечнике, согласно фиг.З.

С целью повышения надежности устройства путем автоматической установки режима коммутации транзисторов дополнительные дроссели могут быть подключены к отрицательному выводу источника питания через цепь, состоящую из параллельно соединенных дополнительного конденсатора 14 и диода 13 анод которого соединен с отрицательным выводом источника питания, дополнительные дроссели выполнены с отводами, причем отвод от дросселя 7 первой цепи через первый токозадающий резистор 15 соединен с управляющим входом второго транзистора 3, а отвод от дросселя 8 второй цепи-с управляющим входом первого транзистора 2, согласно фиг.4, благодаря чему обеспечивается положительная обратная связь в преобразователе.

В момент включения источника питания Еп коллекторов транзисторов начинается заряд конденсаторов 9 и 10 через обмотки дросселей 4, 5, 7, 8. Одновременно заряжается конденсатор 14, напряжением которого отпираются транзисторы 2 и 3, что обеспечивает самовозбуждение (запуск) преобразователя за счет положительной обратной связи.

Формула изобретения

высокочастотный дроссель, а эмиттеры подключены к отрицательному выводу источника питания, а также первую цепь, включающую в себя основной дроссель, соединенный одним своим выводом с положительным выводом источника питания, а вторым - через конденсатор с анодом диода и одним из выводов дополнительного дросселя, причем катод Диода соединен с положительным выводом источника питания, а

другой вывод дополнительного дросселя - с отрицательный вводом источника питания, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД и мощности путем снижения амплитуды напряжения на транзистоpax и токов в реактивных элементах, второй вывод основного дросселя первой цепи соединен с коллектором одного транзистора, введена вторая аналогичная цепь, второй вывод основного дросселя которой соединен с коллектором другого транзистора, а также введен выходной трансформатор, первичная обмотка которого включен параллельно высокочастотному дросселю, а к вторичной обмотке подключен вход выпрямителя, на выходе которого включены фильтровый конденсатор и цепь нагрузки, соединенные параллельно.

подключены к отрицательному выводу источника питания через цепь, состоящую из параллельно соединенных дополнительного конденсатора и диода, анод которого присоединен к отрицательному выводу источника питания, дополнительные дроссели выполнены с отводами, п ричем отвод от дросселя первой цепи через первый токозадающий резистор соединен с управляющим входом второго транзистора, а отвод от

дросселя второй цепи через второй токозадающий резистор - с управляющим входом первого транзистора.

W,

Т/2 i

IIZT

з)

J.U.

X

т

3V2

2Т

2ЕГ

Фиг.З

I St.npfiMилелько ФияьЛ пръъщая цепь

±П

Т

/6

&