Способ преобразования постоянного напряжения в постоянное Советский патент 1993 года по МПК H02M3/335 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано во вторичных источниках питания радиоэлектронной аппаратуры.

.Целью изобретения является увеличение КПД и снижение импульсных помех путем уменьшения динамических потерь энергии в ключевом элементе.

Увеличение КПД и снижение импульсных помех достигается за счет отпирания ключевого элемента в момент достижения напряжения на конденсаторе и индуктив- .ном элементе резонансного контура значений напряжений при открытом ключевом элементе, что уменьшает динамические потери энергии в ключевом элементе.

На фиг. 1 представлен пример уст- ройств.реализующих способ преобразования постоянного напряжения в постоянное; на фиг. 2 представлены эпюры токов и напряжений, поясняющие предлагаемый способ.

На чертежах приняты следующие обозначения: ключевой элемент 1, индуктивный элемент 2 с первичной 3 и вторичной А обмотками, датчик тока 5, резонансный контур 6, конденсатор 7 резонансного контура б, блок 8 изменения волнового сопротивления резонансного контура 6 из конденсатора 9. транзисторного ключа 10 и диода 11, выпрямительный диод 12 и нагрузка 13.

Рассмотрим процессы при реализаций способа.

В момент времени ц (фиг. 2 а,б) отпирают ключевой элемент 1. При этом напряжение на нем и ток через него равны нулю.

После отпирания ключевого элемента 1 через первичную обмотку 3 индуктивного элемента 2, ключевой элемент 1 и датчик тока 5 начинает протекать нарастающий ток (фиг. 2,6). В этот момент конденсатор 7 заряжен до напряжения Ui, определяемого структурой и параметрами конкретного устройства, конденсатор 9 разряжен (фиг. 2,в),а .на транзисторном ключе 10 действует напряжение Ui ттт-(фиг.2г).

В момент времени т.2 при достижении тока через датчик тока 5 порогового значения ключевой элемент 1 запирается и начинается перезаряд конденсатора 7 и изменение полярности на обмотках индуктивного элемента 2 (фиг. 2,а). В момент времени ta открывается диод 11 (фиг. 2,г) и начинается заряд конденсатора 9. В момент времени t4 открываемся выпрямительный диод 12 и накопленная в индуктивном элементе 2 энергия отдается в нагрузку 13. Во время (интервал времени ts -t4, фиг. 2) отдачи накопленной в индуктивном элементе 2 энергии в нагрузку 13 конденсаторы 7 и 9 резонансного контура 6 заряжены до напряжений, определяемых структурой и пара- метрами конкретного устройства и имеют

CQ U

9 Э USп

С U5W5 энергию соответственно и .

Кроме того, транзисторный ключ 10 открыт (фиг. 2,г). В момент.времени ts после полной отдачи в нагрузку 13 энергии из индуктивного элемента 2 выпрямительный диод 12 закрывается и в резонансном контуре 6 начинается свободный колебательный процесс (фиг. 2,а), определяемый параметрами элементов резонансного контура 6: индуктивностью обмоток индуктивного элемента 2 и величинами емкостей конденсаторов 7 и 9. В интервал времени te - ts суммарная энергия конденсаторов 7 и 9 передается в магнитное поле индуктивного элемента 2. В момент времени te транзисторный ключ 10 запирается, отключая конденсатор 9 от ре- зонансного контура 6, изменяя (в данном случае увеличивая) волновое сопротивление

с р .

Li

r,-u г W С + Cg-кW3

на р2 резонанс5

0

5

0

5

Ут1

ного контура 6. При этом величина емкости конденсатора 7 определяется из требований на устройство и из-за конечного времени рассасывания и спада ключевого элемента 1, а величина емкости конденсатора 9 определяется из условия дополнительной энергии, необходимой, для перезаряда конденсатора 7 до напряжения, равного напряжению во время открытого состояния ключевого элемента 1 при полном разряде конденсатора 9 и минимальном коэффици1 2 V

енте заполнения у: Сэ Св .

WJ

W§

Энергия магнитного поля индуктивного элемента 2, полученная от конденсаторов 7 и 9 при их разряде, передается на интервале времени t - te в конденсатор 7, заряжая его до напряжения,равного напряжению при открытом ключевом элементе 1,

В.конце переходного процесса в момент времени t ток в контуре достигает нулевого значения (фиг. 2,6), а конденсатор 7 заряжен до напряжения, позволяющего открыть ключевой элемент при нулевом напряжении. Далее все процессы повторяюг- ся.

Помимо описанного приема, изменение врлнового сопротивления резонансного

контура можно производить подключением элементов к резонансному контуру 7, переключением элементов резонансного контура 7 из последовательного соединения в параллельное и наоборот за счет нелинейных свойств элементов резонансного конту ра 7.

Таким образом, в предлагаемом спосо-. бе в отличие от базово/о объекта, в качестве которого выбран прототип, за счет управления моментом изменения волнового сопро- тивления резонансного контура обеспечивается отпирание ключевого элемента в момент достижения на основном конденсаторе резонансного контура при переходном процессе напряжения,равного напряжению при открытом ключевом элементе тока в резонансном контуре.равно- го нулю. Это означает, что в момент отпирания ключевого элемента при любом коэффициенте заполнения отсутствует бросок тока, обусловленный зарядом основного конденсатора резонансного контура при включении ключевого элемента при коэффициентах заполнения у 0,5. Вследствие этого в устройстве, реализующем способ, по сравнению с прототипом значительно снижены импульсные помехи, обусловленные бросками тока при отпирании ключевого элемента, а влияние паразитной межвитко- вой емкости первичной обмотки индуктивного элемента и подключенного параллельно ей конденсатора на величину потерь при отпирании, а также сами потери от бросков тока близки к нулю. Кроме того, правляя схемой изменения волнового сопротивления резонансного контура, можно

снизить импульсные помехи и при запира- нии ключевого элемента.

На предприятии-заявителе изготовлен макет устройства, реализующий предлагаемый способ, и проведены испытания, которые подтвердили достижение положительного эффекта и показали целесообразность использования предлагаемого способа при разработке аппаратуры,

выпускаемой предприятием.

Формулаизобретения Способ преобразования постоянного напряжения в постоянное, заключающийся в том, что формируют отпирающее напряжение на ключевом элементе, накапливают энергию в индуктивном элементе резонансного контура при открытом ключевом элементе, сравнивают ток через ключевой элемент с пороговым значением и по достижении им порогового значения формируют запирающее смещение ключевого элемента, передают накопленную в индуктивном элементе энергию в цепь нагрузки и формируют отпирающее напряжение ключевого

элемента в момент достижения током резонансного контура при переходном процессе нулевого значения, о т л и ч а и и с я тем, что, с целью увеличения КПД и снижения импульсных помех путем уменьшения динамических потерь энергии в ключевом элементе, изменяют волновое сопротивление резонансного контура так, чтобы в конце переходного процесса перед отпиранием ключевого элемента напряжение на индуктивном элементе достигло значения, равного значению на нем при открытом кл,ючевом элементе.

Использование: вторичные источники питания радиоэлектронной аппаратуры. Сущность изобретения: устройство, реализующее способ преобразования постоянного напряжения в постоянное, содержит индуктивный элемент (1), ключевой элемент (2) и датчик тока (3), первичную обмотку токового трансформатора (4) блока (6) изменения волнового сопротивления резонансного контура (7), блок (6) состоит из последовательно соединенных конденсатора (8) и встречно-параллельно включенных диода (9) и транзисторного ключа (10), блока (15) обратной связи. 2 ил.