Преобразователь постоянного напряжения

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитания. Цель изобретения - повышение КПД и надежности путем уменьшения динамических потерь при переключении транзисторов. Параллельно каждому входному конденсатору 2, 3 включен понижающий ключевой стабилизатор с основным и дополнительным транзисторами 4 - 7 и L - C - D фильтром с дросселем 23, выходными конденсаторами 24, 25 и диодами 12, 13. Коммутационные основные 8, 9 и дополнительные 10, 11 дроссели обеспечивают безопасную траекторию рабочей точки при включении соответственно основных 4, 5 и дополнительных 6, 7 транзисторов. Коммутационные конденсаторы 15, 16 и коммутационные диоды 17 - 20 обеспечивают безопасную траекторию рабочей точки при выключении основных 4, 5 и дополнительных 6, 7 транзисторов. Перезаряд коммутационных конденсаторов 15, 16 и рекуперация энергии основных 8, 9 и дополнительных 10, 11 коммутационных дросселей обеспечивается с помощью рекуперационного трансформатора 14 и рекуперационных диодов 21, 22. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИИЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Н 02 M 3/337

ГОСУДЛРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ .К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

2б (21) 4655432/07 (22) 19.01.89 (46) 23.07.91. Бюл, № 27 (71) Научно-исследовательский, проектноконструкторский и технологический институт силовой полупроводниковой техники (72) В.И.Яшкин (53) 621.314.58(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 11331177661166, кл. Н 02 M 7/537, 1985.

Бас А.А. и др. Источники вторичного электропитания с бестрансформаторным входом. Радио и связь, 1987, с. 62, рис. 2.33. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО

НАПРЯЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитания. Цель изобретения — повышение КПД и надежности путем уменьшения динамических потерь при переключении транзисторов. Параллельно Ы 1665478 А1 каждому входному конденсатору 2, 3 включен понижающий ключевой стабилизатор с основным и дополнительным транзисторами 4-7 и (=С-D-фильтром с дросселем 23, выходными конденсаторами 24, 25 и диодами 12, 13. Коммутационные основные 8, 9 и дополнительные 10, 11 дроссели обеспечивают безопасную траекторию рабочей точки при включении соответственно основных 4, 5 и дополнительных 6, 7 транзисторов. Коммутационные конденсаторы 15, 16 и коммутационные диоды 17-20 обеспечивают безопасную траекторию рабочей точки при выключении основных 4, 5 и дополнительных 6, 7 транзисторов. Перезаряд коммутационных конденсаторов 15, 16 и рекуперация энергии основных 8, 9 и дополнительных 10, 11 коммутационных дросселей обеспечивается с помощью рекуперационного трансформатора 14 и рекуперационных диодов 21, 22. 1 з.п, ф-лы, 2 ил.

1665478

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитания.

Цель изобретения — повышение КПД и надежности путем уменьшения динамических потерь при переключении транзисторов.

На фиг, 1 изображена принципиальная электрическая схема импульсного преобразователя; на фиг. 2 — диаграммы работы преобразователя в двухтактиом режиме.

Преобразователь (фиг. 1) подключен к источнику 1 питающего напряжения со средней точкой, между выводами которого включена цепочка из последовательно соединенных входных конденсаторов 2 и 3.

Основные транзисторы (ключи) 4 и 5 и дополнительные транзисторы 6 и 7 через основные коммутационые дроссели 8 и 9 и дополнительные коммутационные дроссели

10 и 11 соединены с диодами 12 и 13 LCDфильтров. Рекуперационный трансформатор 14 имеет две первичные и две вторичные обмотки. Коммутационные конденсаторы 15 и 16 через коммутационные диоды 17 — 20 подключены к транзисторам

4 — 7, Рекуперационные диоды 21 и 22 подключают вторичные обмотки трансформатора 14 к источнику питания, Двухобмоточный дроссель 23 LCD-фильтров и их выходные конденсаторы 24, 25 подключены к нагрузке 26.

Преобразователь работает следующим образом.

При синхронном и синфаэном включении первой пары транзисторов 4, 5 начинает протекать нарастающий ток через обмотки дросселя 23, заряжая выходные конденсаторы 24, 25 и поступая далее в нагрузку 26.

Когда выключаются транзисторные ключи 4, 5, энергия, накопленная в дросселе

23 через диоды 12, 13, передается в выходные конденсаторы 24, 25 и нагрузку 26. На следующем такте работы, когда выключается очередная пара транзисторных ключей, например 6, 7 синхронно и синфазно, диоды

12, 13 закрываются и протекает аналогичный процесс, т.е. перез обмотки дросселя 23 снова протекает нарастающий ток.

При многотактной работе преобразователя можно существенно снизить частоту работы соответствующих пар транзисторов и повысить рабочую частоту дросселя 23 и конденсаторов 24 и 25 выходного фильтра, гго снижает динамические потери в иих, уменьшает габариты, вес преобразователя и повышает его КПД.

Изменяя длительность времени включения соответствующих пар транзисторных ключей или групп пар, от yML, = t «н/ т до мин= 4 макс/т (фиг.2), можно регулировать и стабилизировать среднее значение, как то- . ка дросселя 23 (IDR), так и тока нагрузки (1,<), а тем самым и выходное напряжение преобазователя. Величина пульсирующей составляющей тока дросселя 23 (IDR), при

10 соответствующем выборе несущей частоты и параметров выходного фильтра дросселя

23 и конденсаторов 24 и 25, будет пренебрежимо малой.

Рассмотрим работу реактивных цепей, I5 обеспечивающих безопасную траекторию переключения транзистора, на примере одного ключа с транзисторами 4.

Предположим, что транзистор 4 закрыт.

В этом случае конденсатор 15 заряжен и напряжение на нем равно, примерно, половине разности входного и выходного напряжений.

При замыкании транзисторного ключа 4 через него, дроссель 8 и обмотку дросселя

25 23, начинает протекает нарастающий ток, поступающий в нагрузку 26 и выходной конденсатор 24. Напряжение на транзисторном ключе 4 спадает до нуля практически, а ток достигает своего кваэиустановившегося

30 значения постепенно, вследствие действия индуктивности дросселя 8. В результате переключение транзисторного ключа 4 происходит в благоприятных условиях, когда отсутствуют динамические (коммутацион35 ные) потери. В момент, при открытом транзисторе 4, происходит переза ряд конденсатора 15 током, протекающим через первичную обмотку трансформатора 14, При запирании транзистора 4 его ток

40 спадает до нуля, а ток дросселя 23 открывает диод 12 в коммутационный диод 17. Благодаря тому, что в дросселе 8 накоплейа в магнитном поле некоторая энергия, диод 17 открывается, конденсатор 15 начнет пере45 заряжаться и по первой первичной обмотке трансформатора 14 начнет протекать ток, перемагничивающий его сердечник. При этом часть энергии 8 затрачивается на перемагничивание сердечника, а оставшаяся

50 часть рекуперируется через открытый в это время диод 21 во входной конденсатор 2.

Напряжение на конденсаторе 15, а следовательно, и на транзисторе 4 нарастает постепенно, процесс выключения также

55 происходит в благоприятных условиях, когда ток спадает до нуля при достаточно малом напряжении, т,е. динамические (или коммутационные) потери практически отсутствуют. По мере перезаряда конденсато1665478

Фиг. 2

Составитель В,Моин

Редактор С.Патрушева Техред М.Моргентал Корректор В.Гирняк

Заказ 2398 Тираж 387 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 ра 15 и рекуперации энергии с дросселя 8 ток через обмотку трансформатора 14 уменьшается, и сердечник его начинает снова перемагничиваться уже прямым током заряда конденсатора 15. В этот момент про- 5 исходит смена полярности напряжения на первой вторичной обмотке трансформатора

14 и запирание диода 21.

После окончания заряда конденсатора

15 и разряда индуктивности дросселя 8 ука- 10 занная формирующая цепь переходит снова в квазиустановившееся состояние. При отпирании транзистора 4 в другой такт работы процессы протекают аналогично описанным. 15

Формула изобретения

1. Преобразователь постоянного напряжения, содержащий подключенную к входным выводам цепочку из двух 20 последовательно соединенных входных конденсаторов, параллельно каждому из которых включен ключевой понижающий стабилизатор с основным транзистором, подключенным первым силовым выводом к 25 входному выводу преобразователя, и LCDфильтром, диод которого одним выводом соединен с общей точкой соединения входных конденсаторов, точка соединения обмотки его дросселя с выходным 30 конденсатором подключена к соответствующему выходному выводу преобразователя, причем обмотки понижающих ключевых стабилизаторов расположены на общем магнитопроводе, отличающийся тем, 35 что, с целью повышения КПД и надежности путем уменьшения динамических потерь при переключении транзисторов, введены два коммутационных конденсатора, каждый из которых первым выводом соединен с соответствующим входным выводом преобразователя, э вторым выводом через введенный основной коммутационный диод— с вторым силовым выводом основного транзистора, который через введенный основной коммутационный дроссель соединен с точкой соединения диода и обмотки дросселя соответствующего LCD-фильтра, и введен рекуперационный трансформатор с двумя первичными обмотками, каждая из которых включена между вторым выводом коммутационного конденсатора и точкой соединения диода и обмотки дросселя соответствующего LCD-фильтра, и двумя вторичными обмотками, каждая из которых через введенный рекуперациснный диод включена параллельно соответствующему входному конденсатору.

2. Преобразователь по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что в каждый понижающий ключевой стабилизатор введено N дополнительных транзисторов, первый силовой вывод каждого иэ которых соединен с первым силовым выводом основногс транзистора, а второй силовой вывод через введенный дополнительный коммутационный дроссель соединен с точкой соединения диода и обмотки дросселя соответствующего LCDфильтра и через введенный дополнительный коммутационный диод — с вторым выводом соответствующего коммутационного конденсатора.