Преобразователь постоянного напряжения Советский патент 1993 года по МПК H02M3/335 

Фиг.1

Изобретение относится к сглектротехни ке и может 5ыт-э использовчно в системах вторичного электропитания различной радиоэлектронной аппаратуры.

Целью изобретений является уменьшение пульсаций выходного YOKS и напряжении, повышение КПД и /лу-ше ис массогабаритных показателей преобразс вателя.

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

Преобразователь постоянного напряжения (см. фиг.1) 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 которыми включены первичная обмотка 3 трансформатора 4 и первичная обмотка 5 дросселя 6, и вторую силовую цепь, включающую транзисторные ключи 7 и 8, последовательно с которыми включены другая первичная обмотка 9 трансформатора 4 и первичная обмоткз 10 дросселя 11. Вторичные обмотки 12 и 13 трансформатора 4 через диоды 14 и It ccoi- ветственно подключены к выходным Bbii.. дам 16 и 17, между которыми включен Фильтрующий конденсатор 18. Выходные выводы блока 19 управления соединены с управляющими электродами фанзислор ПУХ ключей 1, 2, 7 и 8. Вторичнач обмогка 20 дросселя 6 через диод 21 подключена к обмотке 9 трансформатора 4, а вторичная обметка 22 дросселя 11 через диод 23 подключена к обмот ке 3 трансформатора 4. 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

W20 W22 W9 2 Рвых (1) W5 Wio W3 UBX

где Wzo и Ws - числа витков обмоток 20 и 5 дросселя б;

0

5

0

5

0

0

5

0

5

и Wio - числа витков обмоток 22 и О дросселя 11;

Wg и Л/з числа витков обмоток 9 и 3 трансформатора 4;

Увых и UBX - величины выходного и входного (питающего) напряжения преобразова- ля.

При выполнении условий (1) очередные импульсы управления Ui,2 и U,8 (см. фиг.2) s момент 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 4 - обмо - а 5 дросселя 6 щ /чладывается напряжение Unx. которое делится между указанными обмотками поров, у

Начиная с мсмзнтз ti в цепи обмотки 5 дросселя б протекает линейно нарастающий гок is, а в цепи оомотки 2 дросселя 11 -линейно спадающий ток 22- Поскольку оба этих тока текут через обмотку 3 трэнсформа- тора 4 в одном направлении, причем при выполнении условий .(1) скорость нарастания тока is равна скорости спада тока 22, то в течение времени ti-t2 через обмотку 3 протекает постоянный по величине ток з, равней сумме токов 22 и g. Одновременно с згим, в о5мотке 2 трансформатора 4 про- . пс ТОЯШУИ по пепичине трансформируемый гок ii2, который через диод 14 гечет в нагрузку 24.

8 момент t2 импульсы управления U i и ),8 блока 19 переводят транзисторные ключи 1,7 и закрытое состояние, а транзисторные ключи 7, 8 - п отбытое состояние. При этом nci;pH , iь напряжений на обмот а . рансформатг ра 4 и.лвняэтся и в течение времени Т2)з в схеме устройства протекают процессы, аналогкчные гем, которые имели место в течение времени ti-t2. с той разницей, что линейно нарастающий ток течет в цепи обмогкп 10 дросселя 11 (ток ho), линейно спадающий ток - в цепи обмотки 20 дросселя 5 (ток iio), а постоянный по величине ток - в цепях обмо гок 9 и 13 -.рансформатора 4 (токи 19 и i 13) При этом ток течет в нагрузку 24 через диод 15.

Е момент i транзисторные ключи 1,2

снова откоывзются. а транзисторные ключи 7,8

закрываются и процесс повторяется,

обеспечивай протекание постоянного тока в

цепи нагруэки 24.

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

1н -tc(2)

где т.н и tc - времена нарастания и спада тока в дросселях 6 и 11.

В случаях, когда условия (1) не выполня- югся, справедливо другое соотношение, получаемое из условия равенства накапливаемой и отдаваемой за один период в нагрузку 24 мощностей дросселями 6 и 115

tc tH + tn

(3).

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

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

В течение времени ts-te транзисторные ключи 1 и 2 открыты и через обмотку 5 дросселя G протекаетлинейно нарастающий ток, а через обмотку 22 дросселя 11 - линейно спадающий ток is. Ток з, протекающий через обмотку 3 трансформатора 4 и равный сумме токов Is и ш, при этом немного увеличивается, поскольку скорость нарастания тока is больше скорости спадания тока 122 и, следовательно, полной взаимной компенсации изменений этих токоп не происходит. Соответствующим образом изменяется трансформируемый ток ii2, протекающий в цепи -jf мотки 12 т ранг-формат пгэ 4, и ток нагрузки ,;.,.

В fnUM .r te транзисторные лючи 1 и 2 закры ачэтг.. и до момент;1 V закрыты все ключи. ft это время «-г р.эз обмотку 3 трансформатор 4 течет ток обмотки 22 дросселя

11(ток i22), -J через обмотку 9 трансформатора 4 - гок обмотки 20 дросселя 5 (ток 120). Поскольку указанные токи текут во встречном направлении (ток 122 - от начала к концу обмот ки, а ток 120 от конца к началу обмотки), причем ток 122 больше по величине, чем ток 120. то полярность напряжений на обмотках трансформатора 4 определяется направлением протекания тока (22, а в обмотке

12трансформатора 4 трансформируется ток 112. равный разности токов 22 и 2о(см. пунктирная линия на фиг.2). В связи с этим на кривой тока нагрузки (I24) в течение времени появляется провал тока

В момент ty транзисторные ключи 7 и 8 открываются и в течение времени через обмотку 10 дпосселя 11 протекает линейно нарастающий ток ho, через обмотку 20 дросселя 5 - линейно спадающий ток 120, а через обмотку 9 трансформатора 4 - ток ig, равный сумме токов Нои 120. Из-за неполной компенсации изменений этих токов, ток нагрузки (24 в течение времени ty-ta немного увеличивается.

В момент te транзисторные ключи 7 и 8 закрываются и до момента tg закрыты все

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

ключи. В течение времени ta-tg в схеме устройства протекают процессы, аналогичные тем, которые имели место в течение времени te-t7, с той разницей, что ток 20 оказывается большим по величине, чем ток 22. В связи с этим полярность напряжений на обмотках трансформатора 4 определяется направлением протекания тока I20, а ток Из. равный разности токов i20 и (22. трансформируется в обмотке 13 трансформатора 4. Следовательно, на кривой тока нагрузки (J24) в течение времени также появляется провал тока.

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

Таким образом в преобразователе бла- годар.ч введению дополнительных обмоток трансформатора и второго двухобмоточного дросселя осуществляется взаимная компенсация изменений токов двухобмоточных дросселей и трансформатора. При выполнении условий (1) обеспечивается практически полная взаимная компенсация этих изменений, то есть получение наибольшего положительного эффекта. R случаях, когда углов-,,д (11 ite випсл Г1отся. имеет место неполна кгомпен аиия изменений указанных токов что п,ип зодит к некоторому увг лечению мулпоаций выходного тока.

ПгеоПрагоЕ .Э йль обеспечивав 1 резкое ум:. шиние пульсации выходн н : ,ч и :1Пр, по сравнению со всеми известны мл устройства;;., псзыгиение КПД o-i счет уменьшении потерь мощности Б фипьтрую щем конденсаторе и улучшение массогэбе- ритнь х показателей зо счет использования меньшего по величине фильтрующего конденсатора.

Формула изобретения

Преобразователь постоянного напряжения, содержащий две силовые цепи, каж- дая из которых пю.ючпет по меньи:ей мере один транзисторный ключ, трансформатор, первичная обмотка которого включена последовательно с транзисторным ключом, а вторичные обмотки через выпрямительный диод подключены к соответствующему выходному выводу преобразователя, между которыми подключен конденсаторный фильтр и блок управления, выходные выводы которого подключены к управляющим входам транзисторных ключей, отличающийся тем, что с целью уменьшения пульсаций выходного тока и напряжения, повышения КПД и улучшения массогабарит ных показателей, введены два диода и два двухобмоточных дросселя, первая обмотка

каждого из которых включена последова-раллельно первичной обмотке трансформательно с каждым транзисторным ключом итора противоположного транзисторного

первичной обмоткой трансформатора, приключа, причем обмотки трансформатора выэтом вторая обмотка дросселей подключенаполнены на одном магнитопроводе.

через соответствующий введенный диод па-5

Использование: вторичные источники электропитания. Сущность изобретения: блок 19 управления вырабатывает импульсы управления транзисторными ключами 1,2,7 и 8. В течение времени, когда ключи 1, 2 открыты, а ключи 7, 8 закрыты, через обмотку 3 трансформатора 4 одновременно текут линейно нарастающий ток обмотки 5 дросселя 6 и линейно спадающий ток обмотки 22 дросселя 11 и наоборот, Ток обмотки 9 трансформируется в обмотке 13 трансформатора 4 и через диод 15 течет в нагрузку 24. Описаны два возможных режима работы преобразователя, имеющие место при различных соотношениях между числами витков дросселей и трансформатора. В первом режиме через нагрузку 24 течет неизменный по величине ток, а во втором режиме ток имеет небольшую пульсацию, обусловленную различием скоростей нарастания и спада тока в обмотках дросселей и наличием провалов в моменты, когда все четыре ключа закрыты. 2 ил. Ј 00 ю 00 о ел

Ц

«

«V Ч

i« 4li.)

ци

1го 1м «

ч

fe I

Lrt