Однотактный преобразователь постоянного напряжения Советский патент 1993 года по МПК H02M3/335 

$LJ

ю

Предлагаемое изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитания для преобразования постоянного напряжения.

Цель изобретения уменьшение массы габаритов преобразователя.

На чертеже приведен один из примеров схемы предлагаемого преобразователя.

Однотактный преобразователь постоянного напряжения содержит транзисторы

1и 2 возвратные диоды 3 и 4, выходной трансформатор 5 с первичной обмоткой 6 вторичной обмоткой 7, выпрямительный диод 8, сглаживающий фильтр 9, блок управления 10.

Транзисторы 1 и 2 и возвратные диоды 3 и 4 образуют мост, к одной из диагоналей которого подсоединены клеммы для подключения источника питания, а в другую диагональ включена первичная обмотка 6 выходного трансформатора 5 с параллельно подсоединенной к ней демпферной цепочкой из диода 11 и конденсатора 12. Дополнительная обмотка 13 подсоединена одним выводом к точке соединения конденсатора 12 и диода 11, а вторым выводом соединена с выводом первичной обмотки одноименной полярности.

Однотактный преобразователь постоянного напряжения работает следующим образом.

В установившемся режиме блок 10 управления осуществляет одновременное включение и выключение транзисторов 1 и

2определенной частотой и продолжительностью импульсов в соответствии с задан- ным законом управления.К концу интервала включенного состояния транзисторов 1 и 2 конденсатор 12, как будет показано ниже, заряжен до напряжения питания с полярностью, указанной на чертеже без скобок, а в магнитном поле первичной обмотки 6 выходного трансформатора 5 под действием протекающего тока намагничивания накоплена энергия. После подачи блоком 10 управления сигнала на запирание транзисторов 1 и 2 их коллекторные токи спадают практически при напряжении незначительно превышающем напряжение их насыщения. Это обьясняется тем, что при уменьшении коллекторных токов транзисторов 1 и 2 ток намагничивания обмоток 6 открывает диод 11 и напряжение на ней становится равным напряжению ранее заряженного конденсатора 12.

Во время фронта возрастания напряжения коллектор-эмиттер запирающихся транзисторов 1 и 2 до величины напряжения питания преобразователя из-за слабой магнитной связи между первичной обмоткой 5

0

трансформатора и дополнительной обмоткой 13 вследствие заданной индуктивности рассеяния, изменение напряжения на дополнительной обмотке 13 отстает от изменяющегося напряжения на первичной обмотке 4, поэтому напряжение первичной обмотки 6 прикладывается к дополнительной обмотке 13. Ток намагничивания, протекая через первичную обмотку 6 и диод 11,

0 затем разветвляется на две параллельные ветви, состоящие из конденсатора 12 и дополнительной обмотки 13.

Следовательно перезаряд конденсатора 12 осуществляет часть тока намагничивас ния обмотки 6, который протекает по контуру состоящему изэлементов 6-11-12-6. В это время остальная часть тока намагничивания протекает по контуру состоящему из элементов 6-11-13-6. При достижении на первичной обмотке 6 и, соответственно, а конденсаторе 12 напряжения равного напряжению питания преобразователя, ток через диод 11 прекращается, возвратные диоды 3 и 4 открываются и остаток энергии магнитного поля трансформатора 5 будет рекуперирован в источник питания преобразователя.

По окончании протекания тока намагничивания по первичной обмотке 6 начинается разряд конденсатора 12 через дополнитель0 ную обмотку 13.

Ток разряда конденсатора 12 протекая по дополнительной обмотке 13 перемагни- чивает сердечник выходного трансформатора 5 до определенного отрицательного

5 значения индукции В, увеличивая этим размах изменения индукции сердечника трансформатора 5.

За время закрытого состояния транзисторов 1 и 2 в процессе работы преобразо0 вателя, конденсатор 12 полностью разряжается.

Блок 10 управления через определенный промежуток времени отпирает транзисторы 1 и 2. При этом спад напряжения на

5 них происходит с нарастанием тока коллектора определяемым индуктивностями рассеяния обмоток 6 и 7. Из-за заданной большой величины индуктивности рассеяния дополнительной обмотки 13, длительQ ность фронта нарастания напряжения значительно (в несколько раз) больше длительности фронта нарастания напряжения на первичной обмотке. При этом заряд конденсатора 12 от медленно возрастающего напряжения на дополнительной обмотке происходит за длительное время и, соответственно, с малой амплитудой зарядного тока, значит, и с малой амплитудой выброса

5

коллекторного тока после открывания транзисторов 1 и 2.

Поэтому приведенный ток дополнительной обмотки 13 к обмотке б во время фронта включения транзисторов 1 и 2 будет соответствовать значениям близким нулю.

Так как число витков дополнительной обмотки 13 равно числу витков первичной обмотки 6 выходного трансформатора 5, то с течением времени открытого состояния транзисторов 1 и 2 конденсатор 2 зарядится до напряжения, равного напряжению приложенному к первичной обмотке 6.

Таким образом, в предлагаемом прео&- разователе значительно уменьшен выброс тока через транзисторы 1 и 2 после их открывания из-за меньшего необходимого значения заряда конденсатора 12; а также меньшего необходимого значения емкости конденсатора 12, что облегчает режим работы транзисторов 1 и 2 и уменьшает выходную мощность блока 10 управления и, соответственно, уменьшает его весогаба- ритные показатели.

Перемагничивание сердечника выходного трансформатора в область отрицательных значений магнитной индукции за счет энергии накопленной в конденсаторе 12 во время закрытого состояния транзисторов 1 и 2 увеличивает диапазон изменения индукции выходного трансформатора и, соответ- ственно, уменьшает его вес и габариты.

В предлагаемом преобразователе для формирования заданной крутизны нарастания напряжения на выводах коллектор- эмиттер транзисторов 1-2 при их закрывании требуется меньшая величина корректирующей емкости, так как часть тока намагничивания первичной обмотки ответ

5

Q

0

5

0

5

вляется в задерживающую обмотку 13, подключенную параллельно конденсатору 12.

Преимуществом преобразователя по сравнению с прототипом являются уменьшенные его вес и габариты. Это достигнуто за счет уменьшения числа его элементов.

Формула изобретения

Однотактный преобразователь постоянного напряжения, содержащий два транзистора, один из которых коллектором соединен с первым входным выводом преобразователя, а второй эмиттером - с вторым входным выводом преобразователя, выходной трансформатор, первичная обмотка которого началом соединена с эмиттером первого транзистора, а концом - с коллектором второго транзистора, а вторичная обмотка через выпрямитель и фильтр соединена с выходными выводами преобразователя, два возвратных диода, один из которых включен между эмиттерами, а другой - между коллекторами первого и второго транзисторов, и подключенная параллельно первичной обмотке выходного трансформатора демпферная цепочка, состоящая из по- следовательно соединенных диода и конденсатора, отличающийся тем, что, с целью уменьшения массы и габаритов, в выходной трансформатор введена дополнительная обмотка, подключенная параллельно конденсатору так, что один ее вывод соединен с одноименным выводом первичной обмотки выходного трансформатора, и выполненная с числом витков, равным числу витков первичной обмотки выходного трансформатора и с определенной индуктивностью рассеяния между ними.

Использование: преобразование и стабилизация постоянного напряжения в системах вторичного электропитания. Сущность изобретения: преобразователь выполнен по однотактной прямоходовой схеме на транзисторах 1,2, выходном трансформаторе 5, возвратных диодах 3. 4, выпрямительном диоде 8 и LCD-фильтре 9 При запирании транзисторов 1, 2 ранее заряженный конденсатор 12 перезаряжается током намагничивания выходного трансформатора 5. Благодаря JTOMY напряжение на закрывающемся тр0нзисторе 1, 2 нарастает после спада его тока коллектора и динамические потери уменьшаются Обратный перезаряд конденсатора 12 происходит через дополнительную обмотку 13 2 ил