Преобразователь напряжения Советский патент 1980 года по МПК G05F1/56 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в импульсных усилителях и стабилизаторах постоянного напряжения. Известны преобразователи постоянного напряжения, содержащие силовой транзисторный ключ, магнитный токоогргничивающий элемент, LC-фильтр Недостатками известного преобразователя являются низкий КПД и повы шенные масса и габариты, что обусло лено работой магнитного токоограничивакадего элемента в линейном режиме и перемагничиванием его сердечни на по неполному циклу. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является преобразователь постоянного напряжения, содержащий силовой транзисторный ключ, трехобмоточный токоограничивающий дроссель, рекупера ционный диод, сглаживающий дроссель демпфирующий диод и выходной конденсатор. Этот преобразователь также характеризуется низкими массо-габаритными показателями, что особенно резко - проявляется при эффективном ограничении амплитуды прямых токов во время открывания транзистора силового ключа. Цель изобретения - уменьшение массы и габаритов преобразователя. Поставленная цель достигается тем, что в преобразователе, содержащем силовой транзисторный ключ, LС-выходной фильтр, демпфирующий и рркуперационный диоды, трехобмоточный токоограничиваквдий дроссель, его первая обмотка включена последовательно в силовую цепь транзисторного ключа, вторая последовательно в цепь демпфируняцего диода, а третья через рекуперационный диод подключена к выходному конденсатору. При этом для маломощных преобразователей токоограничивающий дроссель имеет две обмотки, причем первая обмотка зашунтирована последовательно соединенным рекуперационным диодом и резистором, либо этим диодом и стабилитроном, либо одним диояам. На фиг. 1 представлена схема преобразователя напряжения,а на фиг.2 схема маломощного преобразователя напряжения.

Преобразователь напряжения содержит источник 1 питания, транзистор 2, работающий в ключевом режиме, демпфирующий диод 3, сглаживакядий дроссель 4, выходной конденсатор 5, к которому подключена нагрузка б и трехобмоточный токоограничивакяций дроссель 7, обмотки которого расположены на сердечнике 8. При этом .обмотка 9 включена в силовую цепь транзистора, обмотка 10 - в цепь демпфирующего диода, а обмотка 11 через рекуперационнь й диод 12 соединена с выходным конденсатором 5.

В маломощном преобразователе постоянного напряжения токоограничивающий дроссель 7 выполнен двухобмоточным, параллельно обмотке 9 которого включены последовательно соединенные стабилитрон и рекуперационный диод 12.

Работа преобразователя происходит следующим образом.

Когда транзистор 2 закрыт, энергия, накопленная в сглаживсшадем дросселе 4 за время открытого состояния транзистора 2, через демпфирующий диод 3 передается в нагрузку б. При этом ток нагрузки, протекающий по обмотке 10 токоограничивающего дросселя 7, перемагничивает сердечник 8 в направлении, например, - В.

При отпирании транзистора 2.,вследствие инерционности демпфирукндего диода 3, связанной с наличием объемного заряда, напряжение источника 1 питания прикладывается к последовательно включенным обмоткам 9 и 10 токоограничивающего дросселя 7. Сердечник 8 перемагничивается в обратном направлении, т.е. в сторону +В, и происходит ограничение тока, запирающего демпфирующий диод 3. Рекуперационный диод 12 удерживается в запертом состоянии под действием обратного напряжения, равного сумме напряжений на обмотке 11 токоограничивающего дросселя 7 и .нагрузке 6. Параметры токоограничивакяцего дросселя 7 выбираются таким образом,чтобы за время рассасывания объемного заряда в демпфирунвдем диоде 3 при максимальном напряжении источника 1 питания обеспечивался ненасыщенный режим работы сердечника 8. Коллекторный ток ti| транзистора 2 за врем рассасывания объемного заряда в демпфирующем диоде 3 достигает значения определяемого выражением

На

:),-23jt..

-ток нагрузки Ь,

где 3„

-соответственно число ков обмоток 9 и 10 токоограничивающего дросселя 7.

При запирании транзистора 2 энергия, накопленная в токоограничивающем дросселе 7 за время открытого состояния транзистора 2, через обмотку 11 и рекуперационный диод 12 сбрасывается в нагрузку 6. При этом к закрытому транзистору 2 прикладывается напряжение U, определяемое выражением

.11 ЦнСчЦэ- Ц ю)

к -вх--ш;

V я VгТ

0 где и - напряжение источника 1 пи- тания;

и - напряжение на нагрузке б, i - число витков обмотки 11 токоограничивающего дроссе5 ля 7.

Отношение выбирается таким образом, чтобы суммарное напряжение и, не превышало допустимое коллекторное напряжение транзистора 2. « Далее описанные процессы повторяются -периодически с частотой переключения транзистора 2.

В маломощном преобразователе с целью упрощения схемы использован токоограничивающий дроссель 7 с двумя 5 обмотками 9 и 10. После запирания транзистора 2 энергия, накопленная . в токоограничивающем дросселе 7 за время открытого состояния транзистора 2, рассеивается в стабилитроне, 0 поступая в него через рекуперационный диод 12. Так как упрощение схемы преобразователя сопровождается уменьшением его КПД, то использование ЭТО.ГО преобразователя целесооб5-чРззно лишь для преобразования малой мощности. .

При низких частотах преобразова- . ния стабилитрон может отсутствовать, а обмотка 9 токоограничивающего

0 дросселя 7 шунтируется диодом либо последовательно соединенными диодом и резистором.

Указанное включение обмоток токоограничивающего дросселя 7 позволяг ет уменьшить необходимую индуктивность этих обмоток при более эффективном ограничении амплитуды прямых токов при переключении транзистора 2, в результате чего уменьшаются масса и габариты преобразователя.

Формула изобретения

1. Преобразователь напряжения,содержащий силовой транзисторный ключ, LC-выходнрй фильтр, трехобмоточный токоограничивающий дроссель,демпфирукяций и рекуперационный диоды, о тличающийся тем, что, с целью уменьшения массы и габаритов . цервая из обмоток токоограничивающего дросселя включена последовательно в силовую цепь транзисторного ключа, вторая последовательно в цепь демпфирующего диода, а третья

через рекуперационный диод подключена к выходному конденсатору.

2.Преобразователь напряжения по п. 1,отличающийся тем, что, с целью упрощения при маломощном выходе преобразователя, токоограничивающий дроссель выполнен двухобмоточным, причем параллельно первой обмотке подключена шунтирующая цепочка.

3.Преобразователь по п. 2, отличающийся тем, что шунтирующая цепочка выполнена в виде последовательно соединенных рекуперационного диода и стабилитрона.

4.Преобразователь по п. 2, о тличающийся тем, что шунтирующая цепочка выполнена в виде по|:ледовательно соединенных рекуперационного диода и резистора.

5. Преобразователь по п. 2, о тличающийся тем, что шунтирующая ..цепочка выполнена в виде рекуперационного дирда.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 280572, кл. Н 02 М 3/20, 1970.

2.Сб. Миниатюризация вторичных источников электропитания электронной аппаратуры. МДНТИ им. Ф.Э.Дзержинёко,го, 1973, с. 72, рис. 2.

/г //

НФЙ