Преобразователь постоянного напряжения Советский патент 1993 года по МПК H02M3/337 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитания различной радиоэлектронной аппаратуры.

Цель изобретения - уменьшение пульсаций, повышение КПД и улучшение массо- габаритных показателей преобразователя.

На фиг. 1 представлена электрическая схема предлагаемого преобразователя постоянного напряжения; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие егр работу.

Преобразователь постоянного напряжения содержит первую силовую цепь, включающую в себя транзисторные ключи 1 и 2 (число последовательно соединенных транзисторных ключей выбирается таким, которое-обеспечивает оптимальный по напряжению режим работы каждого ключа), последовательно с которой включены первая первичная обмотка 3 трансформатора 4 и первичная обмотка 5 дросселя 6, и вторую силовую цепь, включающую транзисторные ключи 7 и 8 и последовательно включенную вторую первичную обмотку 9 трансформатора 4 через первичную обмотку 10 дросселя 11. Вторичные обмотки 12 и 13 трансформатора 4 через диоды 14 и 15 соответственно подключены к выходным выводам 16 и 17, между которыми включен фильтрующий конденсатор 18. Выходные выводы блока 19 управления соединены с управляющими выводами транзисторных ключей 1, 2, 7 и 8. Вторичная обмотка 20 дросселя 6 через диод 21 и вторичная обмотка 22 дросселя 11 через диод 23 подключены соответственно к выходным выводам 16 и 17. Позицией 24 на фиг. 1 обозначена нагрузка преобразователя.

Преобразователь работает следующим образом.

Блок 19 управления, на который по цепи обратной связи могут поступать сигналы датчиков токов и напряжений, вырабатывает импульсы управления транзисторными ключами 1, 2, 7 и 8.

Необходимо отметить, что наибольший положительный эффект при работе устройства достигается в случае, когда выполняются следующие условия:

Л/22 W12 Wio W3

Wis 2 Квых

Wg

UB

где W2o и Ws - числа витков обмоток 20 и 5 дросселя 11;

W22 и Wio - числа витков обмоток 22 и 10 дросселя 11;

Wg. Wi2, Wia и WG - числа витков обмоток 9, 12, 13 и 3 трансформатора 4;

L/ьых и UBX величины выходного и входного (питающего) напряжения преобразователя.

При выполнении условий (1) очередные

5 импульсы управления Ui,2 и Uy.a (фиг. 2) в момент времени ti переводят транзисторные ключи 1 и 2 в открытое состояние, а ключи 7 и 8 - в закрытое состояние, в результате чего к цепи обмотка 3 трансформатора

10 4 - обмотка 5 дросселя 6 прикладывается напряжение UBX, которое делится между указанными обмотками поровну.

Начиная с момента ti в цепи о.бмотки 3 трансформатора 4 и обмотки 5 дросселя 6

15 протекает линейно нарастающий ток з,5, а в цепи обмотки 12 трансформатора 4 - линейно нарастающий ток ii2. Одновременно с этим, в цепи обмотки 22 дросселя 11 протекает линейно спадающий ток 122, скорость

20 уменьшения которого при выполнении условий (1) равна скорости нарастания тока Н2. Поскольку ток нагрузки i24 в течение времени равен сумме токов ii2 и I22, то, как видно из диаграммы на фиг. 2, величина

25 тока 24 в течение указанного времени будет постоянной.

В момент времени т.2 импульсы управления Lh,2 и U,8 блока 19 переводят транзисторные ключи 1, 2 в закрытое состояние, а

30 транзисторные ключи 7, 8 - в открытое состояние. При этом в течение времени в схеме устройства протекают процессы, аналогичные тем, которые имели место в течение , с той разницей, что линейно

35 нарастающие точки протекают в цепи обмотка 9 трансформатора 4 - обмотка 10 дросселя 11 (ток 1д,ю)и в цепи обмотки 13 трансформатора 4 (ток Из), а линейно спадающий ток - в цепи обмотки 20 дросселя 5

40 (ток i2o). Ток нагрузки 124 в течение времени также постоянен по величине, поскольку он равен сумме токов Из и i20.

В момент времени т.з транзисторные ключи 1, 2 снова открываются, а трзнзистор45 ные ключи 7, 8 - закрываются и процесс повторяется, обеспечивая протекание постоянного тока в цепи нагрузки 24.

Рассмотренный выше режим работы преобразователя, как уже отмечалось, воз50 можен лишь при выполнении условий (1), поскольку в этом случае справедливо также соотношение:

(2) где tH и tc - время нарастания и спада тока

55 в дросселях 6 и 11.

В случаях, когда условия (1) не выполняются, справедливо другое соотношение, получаемое из условия равенства накапливаемой и отдаваемой за один период в нагрузку 24 мощностей дросселями 6 и 11;

tc tH+tn,(3)

где tn - время паузы, соответствующее закрытому состоянию всех транзисторных ключей.

На фиг. 2 такой режим показан, начиная с момента времени. Рассмотрим процессы, имеющие место в преобразователе при вы- полнении,условия (3).

В течение времени ts-te транзисторные ключи 1 и 2 открыты и через обмотку 3 транс- форматора 4 и обмотку 5 дросселя 6 протекает линейно нарастающий ток з,5, через обмотку 12 трансформатора 4 - линейно нарастающий ток Ii2, а через обмотку 22 дросселя 11 - линейно спадающий ток yi. Ток нагрузки 24 при этом немного увеличивается по линейному закону, поскольку ско- рость нарастания тока h2 больше скорости спадания тока гг и, следовательно, полной взаимной компенсации изменений этих то- ков не происходит.

В момент te транзисторные ключи 1 и 2 закрываются и до момента гт закрыты все транзисторные ключи. В это время в нагрузку 24 текут линейно спадающие токи обмот- ки 20 дросселя б (ток l2o) и обмотки 22 дросселя 11 (ток 22). Как видно из фиг. 2, это приводит к появлению небольшой пульсации тока (24.

В момент t открываются транзистор- ные ключи 7 и 8 и в течение времени через обмотку 9 трансформатора 4 и обмотку 10 дросселя 11 протекает линейно нарастающий ток 19,10. через обмотку 13 трансформатора 4 - линейно нарастающий ток Из, а через обмотку 20 дросселя 6 - линейно спадающий ток iao. Ток нагрузки и при этом немного увеличивается, а в момент te, когда закроются транзисторные ключи 7 и 8, снова уменьшается.

В момент tg транзисторные ключи 1 и 2 снова открываются и далее процесс продолжается аналогичным образом.

Таким образом, в предлагаемом преобразователе по сравнению с устройством- прототипом осуществляется взаимная компенсация изменений токов двухобмо- точных дросселей и трансформатора. При выполнении условий (1) обеспечивается

практически полная компенсация этих изменений, то есть получение наибольшего положительного эффекта. В случаях, когда условия (1) не выполняются, имеет место неполная компенсация изменений указанных токов, что приводит к некоторому увеличению пульсаций выходного тока.

В целом предлагаемый преобразователь обеспечивает резкое уменьшение пульсаций выходного тока и напряжения по сравнению со всеми известными устройствами, повышение КПД за счет уменьшения потерь мощности в мощности в фильтрующем конденсаторе и улучшение массогаба- ритных показателей за счет использования меньшего по величине фильтрующего конденсатора.

Формула изобретения Преобразователь постоянного напряжения, содержащий включенные между его входными выводами две силовые цепи, в каждой из которых включен по меньшей мере один транзисторный ключ, трансформа- тор, первая первичная обмотка которого включена последовательно в первую силовую цепь, а первая вторичная обмотка через первый диод подключена к выходным выводам преобразователя, между которыми включен конденсатор, а также первый двух- обмоточный дроссель, первичная обмотка которого включена последовательно в первую силовую цепь, и блок управления, выходные выводы которого соединены с управляющими выводами транзисторных ключей, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД и улучшения массргабарит- ных показателей, в него введен второй двух- обмоточный дроссель, а трансформатор снабжен вторыми первичной и вторичной обмотками, первая из которых включена последовательно во вторую силовую цепь через первичную обмотку введенного второго двухобмоточного дросселя, а вторая через второй диод подключена к выходным выводам преобразователя, при этом вторичные обмотки первого и второго двухобмоточного дросселей через введенные третий и четвертый диоды соответственно подключены к выходным выводам преобразователя.

«7,6

t

t

t-5

t5

Использование: преобразование постоянного напряжения в системах вторичного Электропитания. Сущность изобретения: блок управления 19 -генерирует импульсы управления транзисторными ключами 1,2,7 и 8. В течение времени, когда ключи 1, 2 открыты, а ключи 7, 8 закрыты, через нагрузку 24 одновременно текут линейно нарастающий ток обмотки 5 дросселя 6, трансформируемый через обмотки 3 и 12 трансформатора 4, и линейно спадающий ток обмотки 22 дросселя 11. В течение другого полупериода, когда ключи 7, 8 открыты, а ключи 1, 2 закрыты, через нагрузку 24 одновременно текут линейно нарастающий ток обмотки 10 дросселя 11, трансформируемый через обмотки 9 и 13 трансформатора 4, и линейно спадающий ток обмотки 20 дросселя 6. Ток нагрузки 24 имеет небольшую пульсацию, обусловленную различием скоростей нарастания и спада тока в обмотках дросселей.2 ил. .. Ц..К.Д 7 (Л