Высокочастотный стабилизированный преобразователь постоянного напряжения

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для построения стабилизированных преобразователей , к которым предъявляются высокие требования в части массогабаритных показателей и качества выходного напряжения. Целью изобретения является расширение диапазона стабилизации и повышение КПД высокочастотного преобразователя. Устройство состоит из управляемого силового инвертора 1, трансформатора 2, магнитного ключа 3, выпрямительного диода 4, DLC-фильтра, источника 8 опорного напряжения , усилителя 9 сигнала ошибки и преобразователя 10 напряжение - частота . Положительный эффект достигается за счет использования влияния времени переключения выпрямительных диодов 4 на время перемагничивания ключа 3 при изменении частоты преобразования инвертора 1 под воздействием цепи обратной связи. 3 ил. (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPGHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ НОМИТЕТ

l10 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ FIGHT СССР (21) 4653601/07 (22) 22.02.89 (46) 07.05.91. Бюл. У 17 (72) Д.Л.Орлов и P.-M.Å.Êoñòûðêà (53) 621. 316. 722. 1 (088 . 8) (56) Авторское свидетельство СССР

11! 340036, кн. Н 02 M 5/04, 1970 °

Harada К. ADC to DC converter

controlled by magnetic анр1Нiers with 1 ИНЕ Switching . — Rec . 15 th

Annual IFEE Pover Electronic Spec.

Conference, 1984, р. 382-387, Н@. (54) ВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для построения стабилизированных преÄÄSUÄÄ 1 4 41 щ) 5 С 05 F 1/56, Н 02 М 3/335

2 образователей, к которым предъявляются высокие требования в части массо" габаритных показателей и качества выходного напряжения. Целью изобретения является расширение диапазона стабилизации и повышение КПД высокочастотного преобразователя. Устройство состоит из управляемого силового инвертора 1, трансформатора ?, магнит" ного ключа 3, выпрямительного диода 4, 0ЬС-фильтра, источника 8 опорного напряжения, усилителя 9 сигнала ошибки и преобразователя 10 напряжение — частота, Положительный эффект достигается sa счет использования влияния времени переключениявыпрямительных диодов 4 на время перемагничиванияключа 3 при изменении частоты преобразования инвертора 1 под воздействием цепи обратной связи. 3 ил.

1647541

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для построения стабилизированных преобразователей, к KQTopbM предъявляются высокие требования в части массогабаритных показателей и качества выходного напряжения.

Цель изобретения — расширение диапазона стабилизации и повышение КИД высокочастотного преобразователя.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема преобразователя; на фиг. 2 — схема устройства для однотактного силового инвертора напряжения; на фиг. 3 — эпюры работы устрой— ства.

Преобразователь состоит из управляемого силового инвертора 1, трансформатора 2, магнитного ключа 3, выпрямительного диода 4, коммутирующего диода 5, дросселя 6, конденсатора 7 фильтра, источника 8 опорного напряжения, усилителя 9 сигнала ошибки и преобразователя 1О напряжение — час- 25 тота.

Выход инвертора 1, соединенноговходом с входными выводами, подключен к первичной обмотке трансформатора 2, вторичная обмотка которого первым выводом соединена с одним из выходных выводов, а вторым через последовательно соединенные магнитный ключ 3, выпрямительный диод 4 и дроссель 6 — с другим выходным выводом. Между общей точкой выпрямительного диода 4 и дросселя 6 и выходным выводом включен коммутирующий диод 5, межцу выходными выводами включен конденсатор 7 фильч ра, усилитель 9 сигнала ошибки соеди- 40 нен своими входами соответственно с выходными выводами и источником 8 опорного напряжения, а выходом через преобразователь 10 напряжение — частота — с управляющим входом инвертора 1.!5

Преобразователь работает следующим образом.

При включении стабилизированного преобразователя (фиг. За) (подаче на вход питающего напряжения) напряжение на выходе устройства равно нулю, усилитель 9 сигнала ошибки формирует максимальный сигнал рассогласования, при этом инвертору 1 задается минимальная рабочая частота преобразователем 10 напряжение — частота. Мини55 мальная частбта преобразователя долж-. на быть фиксированной с целью обеспечения рабочих режимов индуктивных элементов — трансформатора 2 и дросселя 6.

Физические процессы в выпрямительном диоде 4 обуславливают максимальный ток в обратном направлении на начальном промежутке времени с момента формирования на вторичной обмотке обратного напряжения. Это позволяет сделать вывод, что цикл перемагничивания магнитного ключа 3 (фиг. Зб) происходит в основном при протекании через него тока в момент восстановления обратного сопротивления диода (доминирует у р — n-диодов),и за счет начального тока перезарядка барьерной емкости (доминирует у диодов Шоттки).

Обратный ток неосновных носителей (р — п-диоды) и ток утечки (диоды Йоттки) влияют на перемагничивание маг- нитного ключа 4 в меньшей степени в основном из-за их малости относительно вышеописанных токов, и из-38 того,,что при высокой частоте устрой-. ства начальные обратные токи не успевают достигать их значения, так как начинается следующий период преобразования.

При включении устройство работает на минимальной частоте диапазона перестройки. Скважность инвертора 1 фиксирована, коэффициент заполнения импульса на вторичной обмотке трансформатора равен 0,5. Так как перемагничивание магнитного ключа 3 (фиг. Зб) происходит в начальный промежуток времени с отрицательного полупериода, длительность промежутка времени его непроводящего эстояния будет приблизительно одинаковой во всем диапазоне перестройки частоты устройства.

Заданное инвертором 1 время паузы (отрицательного напряжения) равно половине периода, второй полупериод разделяется на.промежутки непроводящего и проводящего состояний магнитного ключа 3. В приведении к максимальной длительности периода время непроводящего состояния магнитного ключа 3 мало, коэффициент заполнения импульса приближается к значению 0,5, импульсы максимальной длительности через выпрямительный диод 4 передаются в нагрузку. Напряжение на нагрузке быстро нарастает и достигает номи- нального значения.

При повышении входного напряжения (фиг. За) преобразователь !О напряже1á4 754

1 ние — частота повышает частоту инвертора 1 по напряжению рассогласования усилителя 9 сигнала ошибки. Длительность периода, следовательно, положительного полупериода на вторичной обмотке трансформатора 2 уменьшается, и при той же продолжительности непроводящего состояния магнитный ключ 3 формирует более узкий импульс, передаваемый через выпрямительный диод 4 (фиг. Зв). При уменьшении длительности периода, но при неизменной длительности паузы, формируемой магнитным ключом 3, .среднее значение напря- 15 жения эа период уменьшается, следовательно, напряжение на выходе устройства поддерживается неизменным за счет контура обратной связи с регулированием частоты. При дальнейшем уве- 20 личении входного напряжения частота инвертора 1 повышается, при этом длительность непроводящего состояния магнитного ключа 3 может быть равна длительности отрицательного полуперио-25 да (энергия на выход устройства не передается).

При неизменной нагрузке и повышении входного напряжения стабилизиро ванного преобразователя потребляемый 30 им ток уменьшается, в то же время контуром обратной связи повышается. частота преобразования.

При уменьшении нагрузки для поддержания выходного напряжения на неизменном-уровне необходима передача меньшей энергии на выход, при этом .! длительность импульса через выпрямительный диод 4 сокращается путем повышения частоты инвертора 1 через кон- 4g тур обратной связи. При уменьшении нагрузки уменьшается и потребляемый устройством ток.

Схематическое построение высокочастотного стабилизированного преоб- 45 разователя не требует отбора части тока с выхода устройства для управления длительностью непроводящего состояния магнитного ключа 3 на его перемагничивание, регулирование выходного напряжения осуществляется сигналами малой мощности путем регулирования частоты в контуре обратной связи. За счет этого достигается повышение КПД устройства.

Оптимизация динамических потерь в устройстве позволяет минимизировать потребляемую мощность при максимальной нагрузке, рост динамических по

1 6 терь сопровожпается уменьшением потребляемой стабилизированным преоб- разователем мощности.

Описанные свойства особенно наглядно проявляются при питании устройства от источника напряжения с ограниченной энергоемкостью и конечным выходным сопротивлением (например, аккумуляторная батарея.и т.п.).

На минимальной рабочей частоте устройства время .непроводящего состояния магнитного ключа незначительно по сравнению с длительностью периода, прц этом коэффициент заполнения импульса через выпрямительный диод приближается к значению 0,5. Влияние мертвой зоны регулирования значительно уменьшается, за счет этого расширяется диапазон длительностей передаваемых через выпрямительный диод 4 импульсов, а следовательно, и диапазон стибилизации (регулирования) преобразователя.

Положительный эффект достигается за счет использования неидеальности (временных параметров) выпрямительного диода 4 с целью задания магнитному ключу 3 минимального цикла перемагничивания, длительность импульса через выпрямительный диод 4 задается изменением частоты преобразования посредством преобразователя 10 напряжение — частота, неизменное напряжение на выходе устройства поддержива-. ется за счет усилителя 9 сигнала ошибка. В результате наложения двух свойств осуществляется комбинированный частотно-широтно-импульсный способ регулирования напряжения. При этом устройство не требует перемагничивающего тока в магнитный ключ для регулирования длительности импульса в выпрямителе, а потери в преобразователе при передаче максимальной мощности минимизированны.

Устройство некритично к параметрам (временным) выпрямительного дио-, да за счет использования его обратных токов с положительным эффектом.

Устройство имеет широкий диапазон стабилизации за счет эффективного регулирования длительности импульса через выпрямительный диод беэ затрат энергии иа задание перемагничивающего тока магнитному ключу.

Динамические потери высокочастотного стабилизированного преобразовате1647541 ля снижаются с ростом потребляемой от устройства мощности.

Формула изобретения

Высокочастотный стабилизированный преобразователь постоянного напряжения, содержащий. трансформатор, первичная обмотка которого через силовой инвертор напряжения соединена с входными выводами, первый вывод ,вторичной обмотки через последовательно соединенные магнитный ключ, выпря-! мительный диод в прямом включении и дроссель подключен к первому выходному выводу, второй вывод вторичной обмотки трансформатора подключен к второму выходному выводу, а через кбммутирующий диод — к точке соединения выпрямительного диода и. дросселя, конденсатор, подключенный к выходным выводам, усилитель сигнала ошибкй, входы которого соединены соответственно с выходными выводами и источ" ником опорного напряжения, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью расширения диапазона стабилизации и повышения КПД, в него введен преобразователь напряжение-частота, а си.ловой инвертор выполнен управляемым, при этом выход усилителя сигнала ошибки через преобразователь напряжение— частота соединен с управляющим входом силового инвертора.