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

Шг1

и входом фильтра и тем защитить ключевой элемент от перегрева. Кроме того, после выключения диода 2 индуктивный элемент4 замыкается накоротко и как бы исчезает, сохраняя в себе энергию, но не препятствуя

изменению тока через указанную общую точку соединения диода 2 с его основной обмоткой, а после размыкания ключа 1 возвращает энергию во внешний источник питания. 2 ил.

Использование: в мощных источниках питания и импульсных усилителях. Сущность изобретения: устройство состоит из ключевого элемента 1, двух диодов 2, 5, Г- образного LC-фильтра З и индуктивного элемента 4 с основной и дополнительной обмотками. Изобретение позволяет резко снизить динамические потери при коммутации ключевого элемента, что существенно улучшает конструктивные и эксплуатационные показатели устройства за счет того, что индуктивный элемент снабжен дополнительной обмоткой.включенной в том же направлении, что и Основная обмотка, один вывод дополнительной обмотки подключен к общей точке соединения диода 2 с основной обмоткой, а другой ее вывод через диод 5 соединен с входным выводом, возникла возможность воспринять разность потенциалов между выходом ключевого элемента 1 + сл С

Изобретение относится к области радиотехники и электроники и предназначено для использования в мощных источниках питания и импульсных усилителях.

Известны импульсные преобразователи постоянного напряжения, содержащие ключевой элемент, защитный диод и Г-об- разный LC-фильтр нижних частот, причем вход ключевого элемента подключен ко входному выводу устройства, общий провод LC-фильтра подключен к общему выводу устройства, а выход LC-фильтра - к выходному выводу устройства, защитный диод связывает вход LC-фильтра с общим выводом устройства.

Основной недостаток такого преобразователя - большая мощность, выделяющаяся в ключе на том интервале, когда ключ уже замкнут, а защитный диод еще не вышел из режима насыщения.

Тот же недостаток проявляется и в преобразователях с изолирующим трансформатором.

Ближайшим к заявляемому является устройство, в котором ток ключа ограничивается с помощью дополнительного индуктивного элемента (ИЭ). В этом устройстве дополнительный ИЭ запасает ту энергию, которая в предыдущем случае выделяется в ключе. Однако затем необходимо эту энергию куда-то передать, чтобы восстановить в дополнительном ИЭ начальные условия. В прототипе для этого используются несколько дополнительных диодов, позволяющих передать энергию из дополнительного ИЭ в специально установленные балластные резисторы. Таким образом, энергия отводится от ключа, но потери не устраняются.

Цель изобретения - повышение КПД. Поставленная цель достигается тем, что в импульсном преобразователе постоянного напряжения в постоянное, содержащем входной, выходной и общий выводы для подключения, соответственно, источника постоянного напряжения и нагрузки, ключевой элемент, вход которого соединен с входным выводом, а выход с одним из выводов основной обмотки индуктивного элемента, другой вывод соединен через первый диод с общим выводом, Г-образный LC-фильтр

нижних частот, конденсатор которого включен между общим и выходным выводами, а свободный вывод обмотки его дросселя подключен к общей точке соединения первого

диода с основной обмоткой индуктивного элемента, а также второй диод, включенный в том же направлении, что и первый диод, согласно изобретению, индуктивный элемент снабжен дополнительной обмоткой,

включенной в том же направлении, что и его основная обмотка, причем один вывод дополнительной обмотки подключен к общей точке соединения первого диода с основной обмоткой, а другой вывод дополнительной

обмотки через второй диод соединен с входным выводом.

На фиг. 1 приведена схема предлагаемого устройства (для случая, когда к общему выводу подключается положительный зажим источника питания); на фиг.2 - временная диаграмма, поясняющая работу устройства.

Устройство содержит входной, выходной и общий выводы для подключения, соответственно, источника постоянного напряжения и нагрузки, ключевой элемент 1, первый диод 2, Г-образный LC-фильтр З, индуктивный элемент 4 и второй диод 5.

Вход ключевого элемента 1 соединен со входным выводом устройства, выход - с одним из выводов основной обмотки индуктивного элемента 4, другой вывод которой соединен через первый диод 2 с общим выводом. Конденсатор фильтра 3 включен между общим и выходным выводами, а свободный конец обмотки дросселя фильтра 3 подключен к общей точке соединения диода 2 с основной обмоткой элемента 4. Один

вывод дополнительной обмотки элемента 4 подключен к общей точке соединения диода 2 с основной обмоткой элемента 4, а другой вывод дополнительной обмотки элемента 4 через диод 5, включенный в том же направлении, что и диод 2, соединен с входным выводом устройства. Диоды 2 и 5 включены таким образом, что при разомкнутом ключе 1 оба они в статике не проводят. Если полярность источника питания обратна показан0 ной на фиг.1, то и диоды 2, 5 должны быть включены инверсно по отношению к фиг.1.

Устройство работает следующим образом.

Этап 0. Пусть в начальный момент ключ 1 разомкнут, ток нагрузки протекает через дроссель фильтра 3 и диод 2, токи в обмот- ках элемента 4 равны нулю.

Этап 1. В момент включения ключа 1 напряжение на основной обмотке элемента 4 возрастает до величины, близкой к напряжению источника питания. В силу этого ток Ю в основной обмотке элемента 4 линейно нарастает и достигает величины тока в дросселе фильтра 3. На этом этапе ток в диоде 2 спадает до нуля.

Этап 2. Однако и при нулевом токе в 15 диоде 2 может сохраняться заряд неосновных носителей, в силу чего от проводит, так что продолжается рост тока в элементе 4 и идет рассасывание заряда в диоде 2. Наконец, диод 2 запирается.20

Этап 3, В этот момент оказываются последовательно включенными два дросселя - дроссель фильтра 3 и основная обмотка элемента 4. Ток в 4 больше, чем в дросселе фильтра (за счет этапа 2). Избыточная энер- 25 гия обеспечит изменение потенциала в точке соединения обмоток элемента 4 с дросселем фильтра 3 до тех пор, пока не начнет проводить диод 5. С этого момента обмотки элемента 4 оказываются замкнуты- 30 ми накоротко, так что потенциал в точке соединения обмоток 4 с дросселями фильтра 3 практически равен потенциалу входного вывода устройства. Таким образом, комплекс ключ 1 - элемент 4 - диод 5 35 работает на этом этапе так же, как и простой ключ, однако элемент 4 хранит энергию, запасенную в процессе выключения диода 2 на этапах 1 и 2.

Этап 4. Когда ключ 1 запирается, ток 40 через основную обмотку элемента 4 прекращается, запасенная в нем энергия заставит возрасти ток через дополнительную обмотку 4, а потенциал на входе фильтра 3 под воздействием токов его дросселя и элемен- 45 та 4 быстро приблизится к потенциалу общего вывода устройства, вследствие чего включится диод 2. Напряжение на дополнительной обмотке элемента 4 оказывается примерно равным напряжению питания. Поэтому ток в дополнительной обмотке элемента 4 быстро спадает вплоть до запирания диода 5. Таким образом, восстанавливаются начальные условия: диод 2 проводит, токи в обмотках элемента 4 равны нулю.

Из изложенного ясно, что на этапе 1 элемент 4 защищает ключ 1 от перегрева и накапливает энергию, на этапе 3 элемент 4 замыкается накоротко и хранит энергию, не препятствуя изменениям тока в дросселе фильтра 3, а на этапе 4 запасенная в элементе 4 энергия возвращается источнику питания.

Формула изобретения Импульсный преобразователь постоянного напряжения в постоянное, содержащий входной, выходной и общий выводы для подключения соответственно источника постоянного напряжения и нагрузки, ключевой элемент, вход которого соединен с входным выводом, а выход - с одним из выводов основной обмотки индуктивного элемента, другой вывод которой соединен через первый диод с общим выводом, Г-об- разный LC-фильтр нижних частот, конденсатор которого включен между общим и выходным выводами, а свободный вывод обмотки его дросселя подключен к общей точке соединения первого диода с основной обмоткой индуктивного элемента, а также второй диод, включенный в том же направлении, что и первый диод,о тличающий- с я тем, что, с целью повышения КПД, индуктивный элемент снабжен дополнительной обмоткой, включенной в том же направлении, что и его основная обмотка, причем один вывод дополнительной обмотки подключен к общей точке соединения первого диода с основной обмоткой, а другой вывод дополнительной обмотки через второй диод соединен с входным выводом.

обмотки элеме

я -Ч

nani/jr/ -i

нагрузки и фильтра

лнительной од

Im/21

Этапы

О

та Ч #777,

X

t

Т

опт элемента Ц

t

2

Фи&2