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

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в источниках вторичного электропитания для преобразования уровня постоянного напряжения.

Целью изобретения является уменьшение пульсаций потребляемого тока и повышение надежности путем снижения напряжения на ключах.

На фиг. 1 представлена функциональная схема преобразователя постоянного на- пряжения; на фиг. 2 - временные диаграммы его работы.

Преобразователь постоянного напряжения содержит два дросселя 1 и 2, первич- ные обмотки которых соединены согласно-последовательно и подключены к выходу инверторной ячейки, выполненной по двухтактной полумостовой схеме с двумя ключами 3 и 4 и двумя конденсаторами 5 и 6, образующими емкостный делитель входного напряжения. Вторичные обмотки дросселей 1 и 2 через диоды 7 и 8, соединенные по схеме двухполупериодного выпрямителя, подключены к выходным выводам преоб- .разователя, между которыми включен фильтрующий конденсатор 9. Цепи управления ключей 3 и 4 соединены с выходами блока управления 10, причем последний формирует сигнал управления одним ключом на интервале 0-у Т, а другим ключом - оставшуюся часть периода Т, где у- регулируемая относительная длительность открытого состояния ключа.

Преобразователь постоянного напряжения в установившемся режиме работает следующим образом. На управляющие электроды транзисторов 4 и 3 поступают противофазные широтно-модулированные импульсы (фиг. 2,а,б), вырабатываемые блоком управления 10. При проводящем состоянии транзистора 4 на вторичных обмотках трансформатора 1 и дросселя 2 наводятся ЭДС индукции, отпирающие диод 7 и запирающие диод 8. Ток источника питания (фиг. 2,и) протекает через конденсатор 5, подзаряжая его (фиг. 2,з), от конденсатора 6 потребляется разряжающий его ток (фиг. 2,ж), а в первичной обмотке дросселя 2 возрастает ток намагничивания (фиг. 2,в), создаваемый суммой токов конденсаторов 5 и б. Ток намагничивания трансформатора 1 спадает (пунктир на фиг. 2,г)при этом в первичной обмотке трансформатора протекает ток намагничивания дросселя, а во вторичной обмотке - сумма пересчитанных значений токов намагничиванкя трансформатора и дросселя, замыкающаяся через диод 7 (фиг. 2,д), нагрузку, шунтированную конденсатором 9. В интервале времени (уТ...Т)- когда

открыт транзистор 3 и закрыт транзистор 4, отпирается диод 8 и запирается диод 7. Изменяются направления протекания токов в конденсаторах 5 и 6 и первичных обмотках

трансформатора 1 и дросселя 2. Ток источника питания фиг. 2,и, протекая через конденсатор 6, заряжает его (фиг. 2,ж), а конденсатор 5 разряжается (фиг. 2,з), при . этом сумма токов конденсаторов создает

возрастающий ток намагничивания транс- Форматора 1, протекающий по его первичной обмотке (фиг, 2,г). Ток намагничивания дросселя 2 спадает (фиг. 2,в), при этом через его первичную обмотку протекает ток намагничивания трансформатора 1, а через вторичную обмотку, диод 8 (фиг. 2,е) и нагрузку - сумма пересчитанных токов намагничивания трансформатора и дросселя.

Так как изменение токов намагничивания трансформатора и дросселя происходит в противофазе, а в нагрузку замыкается их сумма на протяжении всего периода работы преобразователя, то: имеет место токовая

компенсация пульсаций выходного напря жения. Выходные пульсации компенсируются полностью, как показано на фиг. 2,д,е, если приращения токов намагничивания трансформатора и дросселя (фиг. 2,в,г) одинаковы, что имеет место при выполнении условия (1 - у )LT, где Ц, LA - индуктивности намагничивания трансформатора и дросселя, у- коэффициент заполнения управляющих импульсов.

При любых значениях напряжение, прикладываемое к запертому транзистору, не превышает величины питающего напряжения Е, в то время как в прототипе определяется по формуле

икэ Е(1+2у).

Следовательно, при у 0,5 в заявляемом устройстве коэффициент нагрузки транзисторов по напряжению снижен в 2 раза, что позволяет на 12-15% увеличить

время наработки на отказ всего преобразователя.

В отличие от прототипа в заявляемом преобразователе ток непрерывно потребляется от источника питания в течение всего

периода работы преобразователя, что позволяет уменьшить габариты входного сглаживающего фильтра, улучшить электромагнитную совместимость преобразователя и повысить максимальную преобразующую мощность при использовании той же элементной базы.

Ток, потребляемый от источника питания, имеет одинаковые средние значения на

обоих интервалах коммутации при выполнении условия

С5(1-У ) С6у.

где Cs. Сб - емкости конденсаторов 5 и б соответственно.

Формула изобретения Преобразователь постоянного напряжения, содержащий два дросселя, первичные обмотки которых соединены согласно последовательно в цепочку, подключенную к выходу инверторной ячейки, а вторичные обмотки через диоды, соединенные по схеме двухполупериодного выпрямителя, подключены к выходным выводам преобразователя, между которыми включен фильтрующий конденсатор, и блок управле0

5

ния, выходы которого соединены с цепями управления ключей инверторной ячейки, отличающийся тем. что, с целью уменьшения пульсаций потребляемого тока и повышения надежности путем снижения напряжения на ключах, инверторная ячейка выполнена по двухтактной полумостовой схеме с двумя ключами и двумя конденсаторами, образующими емкостный делитель входного напряжения, а блок управления выполнен с формированием на его выходах сигнала управления одним ключом на интервале времени 0-у Т, а другим ключом - оставшуюся часть периода Т, где у - регулируемая относительная длительность открытого состояния ключа.

Использование: преобразование и регулирование постоянного напряжения для°систем вторичного электропитания и автоматики. Сущность изобретения: к выходу полумостового инвертора на ключах 3, 4 и конденсаторах 5, 6 подключены два двухоб- моточных дросселя 1 и 2. При открытом состоянии одного из ключей 3 (4) происходит накапливание энергии в одном из дросселей 1 (2) при закрытом диоде 7(8) и передача ранее накопленной энергии в нагрузку в другом дросселе 2 (1) через открытый диод 8(7). Благодаря параллельному соединению вторичных обмоток дросселей 7, 8 пульсации тока в конденсаторе фильтра 9 уменьшаются. 2 ил..