Однотактный преобразователь постоянного напряжения в постоянное

 

1. однотАктнМ ПРЕОБРАЗОВА . ТЕЛЬ постоянного НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ , содержащий трансформатор, пер вичная обмотка которого через регулирующий ключ соединена с одним из входных выводов для подключения источника питающего-напряжения, а его вторичные обмотки через выпрямитель и LC -фильтр соединены с выходными выводами для подключения нагрузки, а также обмотку вывода реактивной энер фие.1 гии, которая последовательно соединена с блокирунщим диодом, образуя цепь, включенную параллельно цепи из первичной обмотки трансформатора и регулирующего ключа, отличающийся тем, что, с целью улучшения качества потребляемого тока путем обеспечения непрерывности потребления энергии и расширения диапазона регулирования выходного напряжения , в него дополнительно введены входной дроссель, два диода и конденсатор , причем каждый из вьшодов первичной обмотки трансформатора через один из указанных диодов и дроссель соединен с другим входным выводом, а конденсатор включен параллельно цепи из первичной обмотки и регулирующего ключа. 2. Преобра.зователь по п.1, отличающийся тем, что, с целью упрощения и уменьшения пульсаций тока дросселей, обмотки входного дросселя и дросселя LC -фильтра расположены на одном магнитопроводе.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТ ИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

А (l9) (11) (51)4 Н 02 M 3 335

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ J . ".

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТБУ

75 (21) 3685135/24-07 (22) 04.01. 84 (46) 15.11.85. Бюл. ¹ 42 (71) Московский ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции энергетический институт (72) А.Г.Поликарпов, Е.Ф.Сергиенко и В.М.Титкин (53) 62 1.314. 1(088.8) (56) Электронная техника в автоматике. Сб. статей под ред.Ю.И.Конева, вып.9. M. Советское радио, 1977, с. 83-89.

Там же, с. 87, рис. 4. (54)(57) 1. ОДНОТАКТНЫИ ПРЕОБРАЗОВА. ТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТО-.

ЯННОЕ, содержащий трансформатор, первичная обмотка которого через регулирующий ключ соединена с одним из входных выводов для подключения источника питающего напряжения, а его вторичные обмотки через выпрямитель и LC -фильтр соединены с выходными выводами для подключения нагрузки, а также обмотку вывода реактивной энергии, которая последовательно соединена с блокирующим диодом, образуя цепь, включенную параллельно цепи из первичной обмотки трансформатора и регулирующего ключа, о т л и ч а— ю шийся тем, что, с целью улучшения качества потребляемого тока путем обеспечения непрерывности потребления энергии и расширения диапазона регулирования выходного напряжения, в него дополнительно введены входной дроссель, два диода и конденсатор, причем каждый из выводов первичной обмотки трансформатора через один из указанных диодов и дроссель соединен с другим входным выводом, а конденсатор включен параллельно цепи из первичной обмотки и регулирующего ключа.

2. Преобразователь по п.1, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью упрощения и уменьшения пульсаций тока дросселей, обмотки входного дросселя и дросселя LC -фильтра расположены на одном магнитопроводе.

1192064

Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразователям, позволяющим получить в нагрузке постоянное напряжение, гальванически отделенное трансформатором 5 от цепи первичного источника электропитания.

Цель изобретения — улучшение качества потребляемого тока путем ,обеспечения непрерывности потребления энергии, упрощение и уменьшение пульсаций тока дросселей.

На фиг.1 представлена электрическая схема однотактного преобразователя постоянного напряжения в посто15 янное; на фиг.2 — электрическая схема одпотактпого преобразователя постоянного напряжения в постоянное с расположением обмоток входного дросселя и дросселя фильтра на одном магнитопроводе.

Преобразователь содержит включенную между положительным 1 и отрицательным 2 полюсами источника первич25 ного электропитания последователь-. ную цепь, состоящую из входного дросселя 3, диода 4, включенного в про- водящем направлении, первичной обмотки 5 трансформатора 6 и регулирующего ключа 7. Катод диода 8 подключен к общей точке соединения первичной обмотки 5 и регулирующего ключа 7, а анод диода 8 связан с общей точкой соединения дросселя 3 и диода 4. Параллельна цепи, состоя- 35 щей из обмотки 5 и регулирующего ключа 7, включены конденсатор 9 и обмотка вывода реактивной энергии

10 с последовательно включенным блокирующим диодом 11. К вторичной об- 40 мотке 12 трансформатора 6 через выпрямительный диод 13 подключены последовательно соединенные дрбссель фильтра 14 и нагрузка 15, шунтированная конденсатором фильтра 16.

Вход Г-образного С -фильтра, образованного дросселем 14 и конденсатором 16, шунтирован диодом 17. Полярность включения диодов 11, 13 и 17 такова, что во включенном состоянии 50 регулирующего ключа 7 диод 13 находится в проводящем состоянии, а диоды 11 и 17 под обратным смещением.

На фиг.2 обмотки входного дросселя 3 и дросселя фильтра 14 выпалне- 55 ны на одном магнитопроводе 18.

Преобразователь в установившемся режиме при непрерывном изменении магнитных потоков в сердечниках дросселей 3 и 14 работает следующим образом.

Если регулирующий ключ замкнут, то дроссель 3 через прямосмещенный диод 8 оказывается подключенным к зажимам источника питания, а первичная обмотка 5 трансформатора 6 включена параллельно конденсатору 9.

Полярность напряжения U на конденсаторе 9 такова, что диод 4 находится под обратным смещением. На этом этапе работы осуществляется накопление энергии, запасенной в магнитном поле сердечника дросселя 3, а энергия, накопленная в конденсаторе 3 через прямосмещенный диод 13 передается в I.G -фильтр и нагрузку. Полярность напряжения на обмбтке вывода реактивной. энергии 10 при этом тако ва,.что блокирующий диод закрыт.

После размыкания регулирующего ключа 7 полярность напряжений на обмотках дросселей 3 и 14, а также на обмотках трансформатора 6, изменяется на противоположную. При этом запираются диоды 8 и 13 и открываются диоды 4, 11 и 17. Ток дросселя 3 замыкается через конденсатор 9, вос-, полняя потери энергии в нем на предыдущем этапе. Диод 11 открыт до тех пор, пока магнитный поток в сердечнике трансформатора 6 не достигнет величины, определяемой остаточной индукцией. Ток дросселя 14 в режиме

Ф непрерывного изменения магнитного потока замыкается через диод t7 в течение всей длительности разомкнутого состояния ключа 7.

Определим регулиравочную характеристику преобразователя. Если пре- небречь падением напряжений на прямо" смещенных диодах и регулирующем ключе и обозначить через / коэффициент заполнения или относительную (к периоду T } длительность проводящего состояния регулирующего ключа, то можно записать равенство нулю вольтсекундного интеграла на дросселе 3 в следующем виде:E T=(g -Е)(» g)y. В приведенном выражении Е и а — соответственно величины входного напряжения и среднего напряжения на конденсаторе 9. Из равенства следует Ц = Ef(1- g) . Таким образом, во включенном состоянии регулирующего ключа 7 на вторичной обмотке 12 трансформатора 6 напряжение равно

ВНИИПИ Заказ 7170/54 Тираж 645 Подписное филиал ППП "Патент", г.Ужгород, ул. Проектная, 4 з 1192 . тр tie = и, Е/(1- g) где п, — коэффициент трансформации трансформатора

6. Поскольку выпрямительный диод 13 открыт, то это же напряжение приложено к входу С -фильтра 14 и 16. S

Поэтому напряжение на дросселе 14 определяется соотношением (п р Е /

/(1- ))- U„ . Когда регулирующий ключ 7 разомкнут, открыт диод 17 и напряжение на дросселе 14 имеет противоположную полярность и равно 0

Поэтому справедливо равенство (n,pÅ/(1-y)- 0ц) УТ = 0„(1-фТ, из которого следует U„-П, Еу/(e-1). Отметим, что в преобразователе принятом 15 нами за прототип, величина выходного напряжения определяется величиной n Eg . Поэтому в предлагаемом преобразователе напряжения диапазона изменения выходного напряжения при 20 регулировании увеличивается в 1/(1- ) раз.

Сравним между собой напряжения на обмотках дросселей 3 и 14 на раз-, личных этапах работы преобразователя.2 Как указывалось во время замкнутого состояния регулйрующего ключа 7 0 =.

=E, а на входе С -фильтра 14 и 16 ,действует напряжение А» Е /(1- f ) ,Если учесть найденное значение 0, то напряжение на обмотке дросселя 14

0ц п рE/(1 /) (» пт Е Когда, разомкйут U =- (0 -Е) = -Е у /(1.- у ) то напряжение на обмотке дросселя фильтра 14 по абсолютной величине равно 0 „= Il р Е g /(1 ) ° Следовательно в режиме йепрерывного изменения магнитных потоков в сердечниках вход-.

064 4 ного дросселя 3 и дросселя фильтра

14 напряжение на обмотках дросселей связаны соотношением ll> -- н, (J . Это обусловливает возможность вйполнения -. обмоток дросселей 3 и 14 на одном магнитопроводе как это было показано на фиг.2, если отношение витков обмоток удовлетворяет равенству % 1 /

/W = nT . Подобное выполнение позволяет уменьшить общее количество магнитных элементов преобразователя, .т.е. упростить преобразователь.

Более детальный анализ работы преобразователя показывает, что учет неидеальности выполнения дросселей, обусловленный наличием потоков рассеяния, позволяет существенно уменьшить пульсации тока в обмотках входного дросселя 3 и дросселя I4 LC -фильтра, что приводит к улучшению массогабаритных показателей преобразователя в целом.

Таким образом, подключение первичной обмотки трансформатора к источнику питания через дополнительно. введенные диоды и входной дроссель, а также включение конденсатора параллельно цепи, состоящей из первичной обмотки трансформатора и регулирующего ключа, позволяет обеспечить непрерывность потребления энергии от источника питания и увеличить диапазон регулирования выходного напряжения, а выполнение обмоток входного дросселя и дросселя фильтра на одном магнитопроводе, упрощает преобразо-. ватель.