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

Изобретение относится к области преобразовательной техники и предназначено для преобразования постоянного напряжения одного уровня в постоянное напряжение другого уровня.

Известен однотактный преобразователь постоянного напряжения, в котором к зажимам источника питания через ключ присоединена первичная обмотка трансформатора, а вторичная обмотка через выпрямительный диод подключена к LCD-фильтру причем дроссель фильтра снабжен дополнительной обмоткой( которая через диод прит соединена к вторичной обмотке трано форматора (авт.св.СССР № , кл. Н 02 М 3/335).

Недостатком данного устройства является повышенная, по сравнению с двухтактной схемой, установленная мощность трансформатора, так как передача энергии через него происходит только при замкнутом состоянии силового ключа.

Известен однотактный преобразователь постоянного напряжения, содержащий подключенную к источнику питания цепь из последовательно соединенных двух первичных обмоток трачсйор- матора, диода и транзистора, началами и концами частей первичной обмотки включены два дросселя, а вторичная через двухполугориог-ный выпрямитель и емкостной Фильтр год 4

ю

iЈ

31

ключеча к нагрузке (авт.св.№ 1249668 кл. Н 02 М 3/335).

Недостатком этого преобразователя является ограниченный диапазон регу- лирования выходного напряжения.

Известен однотактный преобразователь постоянного напряжения, содержащий дроссельно-трансформаторную ячейку, в которую входит трансформатор с первичной обмоткой, состоящей из двух частей, а к вторичной через двухполупериодный выпрямитель по,о,- ключей емкостной фильтр и нагрузка. Между началами и концами первичных обмоток трансформатора включены два дросселя, а между первой парой точек соединения обмоток трансформатора и дросселей включена последовательная цепь из диода и транзистора, а две другие образуют первый и второй выводы ячейки, причем первый вывод ячейки через первый транзистор связан с первым выводом источника питания, а второй через второй транзис- тор - с вторым выводом источника питания и через диод с первым выводом этого источника (Авт.св. № 1697222, кл. Н 02 М 3/335). Данное устройство по технической сущности наиболее близко к предлагаемому и выбрано в качестве прототипа.

Недостатком этого устройства являются ограниченная выходная мощность и пониженная надежность.

Мощность описанного преобразователя ограничена соответствующими предельными параметрами его ключей- транзисторов и диодов, причем известные методы ее увеличения путем парал лельного или последовательного соединения ключей либо невозможно, либо требует специальных схемных решений, что приводит к существенному усложнению преобразователя.

Так как известный преобразователь является по выходу источником тока, возможно увеличение мощности путем использования таких преобразователей выходы которых подключены к нагрузке в зависимости от требований, либо последовательно, либо параллельно. Однако при1 этом в N раз возрастает число всех элементов, что усложняет схему и не всегда оправдано.

Пониженная надежность известного устройства обусловлена тяжелым режи- мом работы транзистора, коллектор которого присоединен к положительно

$ 0 5 0

5

Q 5

/.

5

144

му выводу источника питания. При запирании этого транзистора в нем выделяется энергия, накопленная в ин- дуктивностях намагничивания и рассеяния трансформатора в течение смены знака тока в обмотках, так как другие пути для этого тока отсутствуют. Описанный процесс приводит к выделению в транзисторе значительной мгновенной мощности и, следовательно, снижает надежность преобразователя.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков, то есть увеличение выходной мощности и повышение надежности преобразователя.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователе постоянного напряжения, содержащем дроссель- трансформаторную ячейку, в которую входит трансформатор с первичной обмоткой, состоящей из двух одинаковых секций, и с вторичной обмоткой, подключенной через двухполупериодный выпрямитель к выходным выводам преобразователя, между которыми включен фильтрующий конденсатор, и два дросселя, один из которых включен между началами секций первичной обмотки трансформатора, а другой - между концами этих секций, причем между первой парой точек соединения секции первичной обмотки трансформатора с соответствующим дросселем включена цепочка из согласно-последовательно-соединенных первого транзистора и первого диода, а две другие точки соединения секции первичной обмотки трансформатора и соответствующего дросселя образуют первый и второй вывод основной ячейки, при этом первый вывод основной ячейки через второй транзистор соединен с первым входным выводом преобразователя, а второй вывод основной ячейки через третий транзистор соединен со вторым входным выводом преобразователя л через второй диод - с первым входным выводом преобразователя. По сравнению с прототипом предлагаемое устройство отличается тем, что с целью повышения надежности путем уменьшения перенапряжения на транзисторах и увеличения выходной мощности, введены N дополнительных ячеек, каждая из которых выполнена идентично основной ячейке, N дополнительных транзисторов, N дополнительных диодов и один блокирующий диод, причем первый вы

5

вод каждой дополнительной ячейки поключен к первому выводу основной ячейки, второй вывод каждой дополнительной ячейки через соответствующий дополнительный транзистор под- ключен к второму входному выводу пробразователя и через соответствующи дополнительный диод - к первому вхоному выводу преобразователя, а бло- кирующий диод включен между первым выводом основной ячейки и вторым входным выводом преобразователя.

Таким образом, изобретение соответствует критерию новизна. Анали известных технических оешений в данной области техники показывает, что совокупность перечисленных выше отличительных признаков позволяет увеличить мощность преобразователя и повысить надежность работы.

Схема предлагаемого преобразователя приведена на фиг.1. В его состав входят 1-N дроссельно-трансфор- маторных ячеек, каждая из которых содержит трансформатор 1.1 с двумя первичными обмотками 1.1.1 и 1.1.2. К вторичной обмотке 1.1.3 трансформтора через мостовой выпрямитель 1.2 подключен емкостной ФИЛЬТР 1.3- К нчалам и концам обмоток трансформатора 1.1 подключены дроссели 1.k и 1.5. К точке соединения обмотки 1.1.2 и дросселя 1.k присоединен диод 1.С, второй вывод этого диода через транзистор 1.7 подключен к точке соединения обмотки 1,1.1 и дросселя 1.5. Точки соединения дросселя 1.4 и обмотки 1.1.1 образуют первый вывод ячейки, а точки соеди- нения обмотки 1.1.2 и дросселя 1.5 второй. Первые выводы всех ячеек объединены и к ним подключены вывод транзистора 1.0 и диода 2.0 второй вывод этого транзистора соединен с первым выводом источника питания. 3.0, а диода - с вторым выводом источника питания. К второму выводу каждой ячейки подключены соответственно выводы тран- эисторов 1.8-N.8 и диодов 1.9-N.9. Вторые выводы этих транзисторов объдинены и подключены к второму вывод источника питания З.П, а вторые выводы диодов также объединены и под- ключены к первому выводу источника питания. Выходы ячеек соединены последовательно и к ним подключена общая нагрузка .О.

5

0

5

21

v TOK I Q

о 5 с

5

G

iia . 2 приведены диаграммы изменения напряжений и . Напряжение г-ежду первьм и вторым ывогами - дроссельно-тр.ансформаторной ячейки, через одну из сбмоток транс Форматора и напряжение Гм на этой оомстке в масштабе 1:2. На следующих диаграммах приведены формы тока Т ( 4 и напряжения ня однэм из дросселей ячейки в масштабе 1:2.

Работа преобразователя в установившемся режиме рассмотрим с момента tA (см.фиг.2) отпирания транзисто Г

ров 1.0, 1.0...Х.8. До этого момента ток через первичные обмотки трансформаторов ячеек протекал от конца к началу, обозначенному точкой на фиг.1, замыкаясь в каждой ячейке через транзисторы 1.7 и дроссели 1.4, 1.5, которые отдают энергию в нагрузку. В момент t 0 напряжение на Ьбмотках всех электромагнитных элементов меняет знак и становится равным положение напряжения источника питания 3.0. Под действием этого напряжения начинают нарастать токи всех дросселей. Одновременно начинает меняться направление тока в обмот- каv трансформаторов, Скорость зтог- исмензния определяете, индуктивностью гасселния трансформаторов. В момент сi токи дроссел и и трансформаторов становятся разными, транз- .с- торы 1,7 запираются. Напояже- ние на первичных обмот ах тпл1ч,фор- матора устанавливается равным пересчитанному из вторичной цити напряжению на конденсаторе 1.3. К дросселям прикладывается разность напряжений источника питания и пересчитанного. По цепям: дроссель 1., обмотка 1,2 и обмотка 1.1.1, дроссель 1.5 нарастает ток.

В момент г запираются транзисторы 1.8-N.8 ячеек преобразователя В данном случае одновременность запирания указанных транзисторов принята для простоты изложения. В обцем случае возможно изменения этого момента в каждой ячейке индивидуально. При запирании 1.8-N.8 напряжение па дросселях скачком меняет знак и становится равным напряжению на обмотках, которое остается неизменным. Ток дросселей и трансформаторов, ранее замыкавшийся через транзисторы 1.8-N.8 начинает спадать и замыкается через диоды 1.9-N.9.

3 момент LJ запирается транзистор 1.0 и отпираются транзисторы 1.7 всех ячеек. Напряжение на обмотках трансформаторов меняет знак и становится равным половине питающего, а ток начинает менять знак, замыка- - ясь по прежней цепи через диоды 1.9-N.9, через источник питания 3.0 и блокирующий диод 2,0 общий для всех ячеек. В момент t4 токи обмоток трансформаторов и дросселей становятся равными, диоды 1.9-N.9 и 2.0 запираются. Напряжение на обмотках трансформаторов и дросселях становится равным и пересчитанному из вторичной цепи напряжению на конденсаторе 1.3. 3 момент ts процессы повторяются.

Техническим преимуществом предлагаемого устройства по сравнению с прототипом является увеличенная в N раз выходная мощность, причем без увеличения в N раз числа его элементов. Введение одного блокирующего диода создает путь тока в момент смены знака напряжения на трансформаторах, поэтому напряжение на всех ключах предлагаемого устройства не превышает питающего, что увеличивает его надежность. Наличие нескольких ячеек расширяет функциональные возможности преобразователя, так как путем параллельно-последовательного соединения выходов ячеек проще обеспечить заданный уровень выходного напряжения или тока, используя для стабилизации лишь одну ячейку, в то время как другие могут быть нестабилизированными .

Формула изобретения

Преобразователь постоянного напря жения, содержащий основную ячейку, а которую входят трансформатор с первичной обмоткой, состоящей из двух одинаковых секций, и с вторичной

оЫ откой, подключенной чгроз двух- полупериодный выпрямитель к выходным выводам преобразователя, менду которыми включен фильтрующий конденсатор. и два дросселя, один из которых включен между началами секций первичной обмотки трансформатора, а другой - ме .(ду концами этих секций, причем

между первой парой точек соединения секции первичной обмотки трансформатора с соответствующим дросселем включена цепочка из согласно последовательно соединенных первого транзистора и первого диода, а две другие точки соединения секции первичной обмотки трансформатора и соответствующего дросселя образуют первый и второй вывод основной ячейки, при

С этом первый вывод основной ячейки через второй транзистор соединен с первым входным выводом преобразователя, а второй вывод основной ячейки через тоетии транзистор соединен с вторым входным выводом преобразователя и через второй лиод с первым входным выводом преобразователя, о т- ли чающийся тем, что, с целью повышения на нежности путем

0 уменьшения перенапряжения на транзисторах и увеличения выходной мощное г, введено X дополнительных ячеек, каждая из которых выполнена идентично основной ячейке, N дополнитель5 ных транзисторов, N дополнительных диодов и один блокирующий диод, причем первый вывод какдой дополнительной ячейки подключен к первому выводу основной ячейки, второй вьвод

0 каждой дополнительной ячейки через соответствующий дополнительный транзистор подключен к второму входному выводу преобразователя и через соответствующий дополнительньи диод - к

5 первому входному выводу преобразователя, а блокирующий диод включен между первым выводом основной ячейки и вторым входным выводом преобразователя.

к

№ N

ФигЛ

- ФГ Р 2

Составитель В.Свиридов -о&

Редактор М.Кузнецова- Техред М.Моргентал Корректор Н.Ревская

Заказ 4126 ТиражПодписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР П3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

™- ---- ™ e e ™e 1 ------ -.«.««.-вв-в..,....

Производственно-издательский комбинат Патент, г.Ужгород, ул. Гагарина,101