Однотактный преобразователь постоянного напряжения Советский патент 1992 года по МПК H02M3/335 

vj ел

00

ел

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в источниках питания различных систем.

Известен ключевой повышающий преобразователь, в котором условия выключения транзистора улучшаются за счет включения конденсатора через диод параллельно транзистору. Энергия этого конденсатора рассеивается в резисторе, подключенном параллельно диоду при- открытом состоянии транзистора, это снижает КПД преобразователя.

Известен ключевой повышающий преобразователь постоянного напряжения, содержащий дроссель, включенный по отношению к транзистору по автотрансформаторной схеме, коммутирующий диод, включенный последовательно с одной обмоткой дросселя и выходным фильтром, дополнительный диод, подключенный параллельно цепи, состоящей из коммутирующего диода и второй обмотки дросселя. При этом диоды включены согласно. Недостаток такого преобразователя - низкая надежность из-за высоких уровней напряжения и тока при выключении транзистора, что дополнительно снижает и КПД,

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому преобразователю является ключевой повышающий преобразователь постоянного напряжения, в котором для улучшения условий выключения транзистора параллельно ему включают шунтирующую DC-цепочку. Для передачи запасенной энергии конденсатора DC-цепочки параллельно диоду включена резонансная цепь, состоящая из дополнительных дросселя, отсекающего диода и конденсатора, а точка соединения последних двух элементов через разрядный диод соединена с положительным выводом источника питания,

Недостаток такого преобразователя заключается в снижении эффективности преобразования и функциональных возможностей из-за использования только обратного хода работы преобразователя, передачи частично запасенной энергии шунтирующего конденсатора в источник питания, что соответственно уменьшает коэффициент использования транзистора по току.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей и увеличение выходной мощности за счет использования как обратного, так и прямого хода преобразования и обеспечения возможности работы от-постоянного и пульсирующего напряжений.

Указанная цель достигается тем, что в известном преобразователе напряжения, содержащем силовой дроссель, подключенный одним выводом к первому входному выводу преобразователя, а другим выводом через силовой транзистор - к второму входному выводу преобразователя, последовательную DC-цепочку, шунтирующую транзистор, конденсатор фильтра, который через первый диод и силовой дроссель подключен к входным клеммам, дополнительный дроссель, последовательно соединенный со

0 вторым диодом, и третий диод, силовой дроссель выполнен двухобмоточным, вторая обмотка включена между согласно включенными вторым и третьим диодами, последний из которых подключен к второму

5 входному выводу преобразователя и включен параллельно конденсатору DC-цепочки, дополнительный дроссель подключен к конденсатору фильтра,

Введение второй обмотки в силовой

0 дроссель позволило обеспечить передачу энергии конденсатора шунтирующей цепи в нагрузку и дополнительно обеспечить передачу мощности в нагрузку из источника питания за время открытого состояния

5 транзистора. При этом улучшается коэффициент использования транзистора по току и обеспечивается возможность преобразования не только постоянного, но и выпрямленного переменного напряжения в постоянное.

0 что ведет к повышению коэффициента использования первичной питающей сети переменного напряжения (повышению cos p),

На фиг.1 представлена схема преобразователя; на фиг.2 - эпюры, поясняющие его

5 работу.

Преобразователь содержит источник питания 1, к которому через двухобмоточ- ный силовой дроссель 2 посредством его первой обмотки подключен транзистор 3,

0 параллельно которому включена шунтирующая DC-цепь, состоящая из последовательно срединенных диода 4 и конденсатора 5. Точка соединения дросселя 2 и транзистора 3 через диод 6 подключена к конденсатору

5 7 выходного фильтра. Вторая обмотка дросселя 2 подключена одним выводом через последовательно соединенные второй диод 8 и дополнительный дроссель 9 к конденсатору 7 фильтра, другим выводом - к конден0 сатору 5 DC-цепочки, шунтированному третьим диодом 10, При этом третий диод 10 включен согласно со вторым диодом 8 и встречно диоду 4 DC-цепочки, Нагрузка подключается к выходному фильтру - кон5 денсатору 7.

Отношение числа витков первой Wi и второй W2 обмоток силового дросселя 2 выбирается из условия гарантированной разрядки шунтирующего конденсатора в цепь нагрузки.

На эпюрах (фиг.2) представлены Uynp - управляющий сигнал транзистором 3; И - ток первой обмотки дросселя, Us - напряжение на конденсаторе 5; Ig - ток дросселя; Но - ток диода 10; 1з - ток, протекающий через транзистор 3; 1е - ток через диод 6; I - ток заряда конденсатора 7.

Преобразователь работает следующим образом. В исходном состоянии напряжения на конденсаторах 5 и 7 почти равны входному напряжению, токи обмоток дросселя 2 отсутствуют, При подаче управляющего Uynp сигнала на транзистор 3, последний открывается (1з), происходит нарастание тока li в первой обмотке Wi дрос- селя 2 (фиг.2, 0-ti) одновременный резонансный разряд конденсатора 5 (Us) (рис,2) по цепи: конденсатор 5 - вторая (Л/2) обмотка дросселя 2 - диод 8 - дроссель 9 - конденсатор фильтра 7. После полной раз- рядки конденсатора 5 (tf-ta) и ток в дросселе 9 (Ig) замыкается по цепи: конденсатор 7 - разрядный диод 10 - вторая обмотка W2 дросселя 2 - диод 8 - дроссель 9.

Передача запасенной энергии конден- сатора 5 достигается за счет напряжения второй обмотки Л/2 дросселя 2, служащей источником напряжения для цепи разрядки конденсатора 5. С момента начала проводимости диода 10 (ti, фиг.2) в зависимости от соотношения витков первой Wi и второй Л/2 обмоток дросселя 2 можно получить различный режим работы дросселя 9, за время открытого состояния транзистора 3. При отI I

ношении витков W2/Wi вых ток в дросUox

селе 9 (э) после разряда конденсатора 5 уменьшается. Скорость уменьшения тока (з определяется величиной индуктивности дросселя 9 и разницей между выходным на- пряжением ивых и напряжением на второй Wa обмотке дросселя 2.

Если разница напряжений относительно большая, дроссель 9 будет работать с полной отдачей энергии за время открытого состояния транзистора 3.

Следует заметить, что в случае неполной передачи запасенной энергии дросселем 9 в конденсатор 7 из источника 1 мощность в нагрузку будет передаваться значительно больше (t/r-t5, фиг.2).

После снятия управляющего сигнала Uynp с транзистора 3, ток И первой Wi обмотки дросселя 2 продолжает нарастать и замыкается по цепи: диод 4 - конденсатор 5-источникпитания 1 -дроссель2. Конденсатор 5 резонансно заряжается током h дросселя 2, если ток дросселя 9 равен нулю и диод 10 не проводит. При достижении

напряжения на конденсаторе 5 (гз). равного входному питающему напряжению, рост тока И в первой Wi обмотке дросселя 2 прекращается, напряжение на ней меняет полярность и начинается процесс передачи запасенной энергии дросселя 2 в конденсатор 5, ток дросселя 2 уменьшается. В момент Ь) равенства напряжения на конденсаторе 5 выходному напряжению открывается диод 6. С этого момента конденсаторы 5 и 7 одновременно заряжаются током первой обмотки Wi дросселя 2. Напряжение на второй обмотке Л/2 дросселя 2 имеет обратную полярность и равно разнице напряжений выходного и входного напряжений, этим обеспечивается передача запасенной энергии дросселя 9 в конденсатор 7.

Режим работы дросселя 2 по току может быть как непрерывный, так и прерывистый. В случае, если ток э дросселя 9-к моменту запирания транзистора 3 имеет определенное значение, зарядка конденсатора 5 будет осуществляться разностью токов первой Wi обмотки дросселя 2 и дросселя 9. Диод 10 прекращает проводить, когда напряжение на конденсаторе 5 будет равно падению напряжения на диоде 10. Заряд конденсатора 5 будет осуществляться разностью токов дросселей 2 и 9. Таким образом можно достигнуть увеличения времени зарядки к°онденсаюра 5 и уменьшение скорости нарастания напряжения из транзисторе 3, а следовательно, е некоторых случаях допустимо уменьшение величины конденсатора 5.

За счет передачи запасаемых энергий в основном и дополнительных реактивных элементах преобразователя в нагрузку, дополнительной передачи мощности источника питания в нагрузку за время прямого хода, достигается эффективность преобразования и расширяются функциональные возможности преобразователя. В частности обеспечивается возможность преобразования как постоянного, так и пульсирующего напряжений в постоянное, увеличивается выходная мощность преобразователя, повышается коэффициент использования транзисторов по току, улучшается при преобразовании переменного напряжения.

Формула изобретения Однотактный преобразователь постоянного напряжения, содержащий силовой дроссель, подключенный одним выводом к первому входному выводу преобразователя, а другим выводом через силовой транзистор - к второму входному выводу преобразопте- ля, последовательную DC-цепочку, шунтирующую силовой транзистор, конденсатор фильтра, подключенный через первый диод и СИЛОРОЙ дроссель к входным клеммам, дополнительный дроссель, последовательно соединенный с вторым диодом, и третий диод, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения и увеличения выходной мощности, силовой дроссель

выполнен двухобмоточным, вторая обмотка включена согласно включенным вторым и третьим диодами, последний из которых подключен к второму входному выводу преобразователя и включен параллельно конденсатору DC-цепочки, дополнительный дроссель подключен к конденсатору фильтра.

Использование: источниках питания различных систем. Сущность изобретения: устройство позволяет повысить эффективность преобразования за счет использования как прямого, так и обратного хода преобразований, пеоедачи энергии реактивных элементов дросселя (2), конденсатора (7) и дополнительного дросселя (9) в нагрузку и дополнительной передачи энергии от источника питания 1 во время открытого состояния транзистора (3). 2 ил.

0 i

ii Ь Ъ ±$ РиЪ.1