Однотактный преобразователь постоянного напряжения

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитания. Цель изобретения - повышение КПД путем уменьшения динамических потерь при включении транзистора. Преобразователь содержит силовой транзистор 1, через который выходной LCD-фильтр, состоящий из диода 2, дросселя 3 и конденсатора 4, подключен к входным выводам преобразователя. При включении силового транзистора 1 происходит заряд конденсатора 6, шунтирующего силовой транзистор 1. Благодаря этому напряжение на силовом транзисторе 1 нарастает плавно и исключаются динамические потери на данном этапе. Во время закрытого состояния силового транзистора 1 происходит разряд конденсатора 6 через последовательный резонансный LC-контур из элементов 7 и 8 до нуля, так как открывается диод 5. Благодаря этому при включении силового транзистора 1 отсутствует его подгрузка током разряда конденсатора 6. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si>s H 02 М 3/335

ГОСУДАРСТВЕННЪ|И КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

I,/3 ,Г (21) 4615463/07 (22) 05.12.88 (46) 07.08.91. Бюл. М 29 (71) Московский авиационный институт им, С.Орджоникидзе (72) Ю.И.Конев и Ю.А.Никитин (53) 621.314.58(088. 8) (56) Патент США

М 4720667, кл. G 05 F 1/40, 1988.

Патент США

N. 4720668, кл. G 05 F 1/40, фиг. 11c., 1988. (54) ОДНОТАКТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитания. Цель изобретения — повышение КПД путем уменьшения динамических потерь при включении тран Ы» 1669О65 А1 зистора. Преобразователь содержит силовой транзистор 1, через который выходной

LCD-фильтр, состоящий из диода 2, дросселя 3 и конденсатора 4, подключен к входным выводам преобразователя. При включении силового транзистора 1 происходит заряд конденсатора 6, шунтирующего силовой транзистор 1, Благодаря этому напряжение на силовом транзисторе 1 нарастает плавно и исключаются динамические потери на данном этапе. Во время закрытого состояния силового транзистора 1 происходит разряд конденсатора 6 через последовательный резонансный LC-контур из элементов 7 и 8 до нуля, так как открывается диод

5. Благодаря этому при включении силового транзистора 1 отсутствует его подгрузка током разряда конденсатора 6, 2 ил.

1669065

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

Цель изобретения — повышение КПД путем уменьшения динамических потерь при 5 включении силового транзистора.

На фиг.1 представлена принципиальная схема, преобразователя; на фиг.2 — диаграммы токов 1 и напряжений О (индексы соответствуют номеру элементов схемы на 10 фиг.1), Преобразователь содержит соединенные последовательно силовой транзистор 1 и LCD-фильтр, состоящий из диода 2, дросселя 3 и конденсатора 4. Конденсатор 4 со- 15 единен с выходными выводами для подключения сопротивления нагрузки.

Встречно-параллельно транзистору 1 включен диод 5, транзистор 1 шунтирован первым конденсатором 6 и последователь- 20 ным резонансным LC-контуром, состоящим из дросселя 7 и конденсатора 8.

Преобразователь (фиг.1) работает следующим образом, На базу силового транзистора 1 посту- 25 пают импульсы тока 1б (фиг.2а), сформированные блоком управления, необходимой амплитуды, обеспечивающей работу силового транзистора 1 в режиме ключа, Блок управления формирует необходимую длительность работы силового транзистора 1.

При регулировании тока в нагрузке. рабочая частота изменяется, а длительность паузы, в течение которой транзистор 1 находится в состоянии отсечки остается постоянной.

При увеличении рабочей частоты ток в нагрузке уменьшается, Примем что индуктивность дросселя 3 и емкость конденсатора 4 настолько велики, что пульсации тока нагрузки отсутствуют, а 40 нагрузку можно заменить эквивалентным источником тока 1з (фиг.26).

В момент времени t< силовой транзистор 1 открывается, при напряжении на нем, равном нулю, что обеспечивается 45 предыдущим этапом работы (проводит ток диод 5). Через силовой транзистор 1 начинает возрастать ток1 (фиг.26):1 =!э+17,в, где

1т,a — ток через резонансный контур иэ элементов 7 и 8, 50

Форма тока зависит от параметров дросселя 7 и конденсатора 8. При частоте переключения, значительно превышающей частоту резонансного контура из элементов

1 .„г

7 и 8 — 1р (fp = >Ly Св), ток11изменя2 7г ется линейно, как показано на фиг.26 сплошной линией, Если fK приближается

К fq, то ii будет приблизительно синусоидальным, следовательно, имеет экстремум до выключения силового транзистора 1, а в момент выключения имеет место скачок коллекторного тока (на фиг.26 показан пунктирными линиямй). При выборе параметров резонансного контура из элементов 6-8 таких, что при регулировании тока в нагрузке

fy, изменяется достаточно близко к 1р1 можно значительно увеличить крутизну регулировочной характеристики преобразователя (большее изменение тока в нагрузке при меньшем диапазоне изменения рабочей частоты), что является достоинством. Однако при этом увеличиваются потери в последовательном резонансном контуре (7,8), особенно в дросселе 7, в результате чего уменьшается КПД, В момент ti блок управления вырабатывает сигнал на запирание транзистора 1, Ток базы становится равным нулю (фиг.2а), Через некоторое время, равное времени рассасывания неосновных носителей в базе, силовой транзистор 1 переходит в состояние отсечки (момент времени t2), Ток коллектора быстро уменьшается, а суммарный ток1з+ 1т,в замыкается через конденсатор

6. Образуется параллельный резонансный контур из элементов 6-8, резонансная часто1, Сб С8 тд которого тр2 — — (L7 должна быть

2л Са+ Св больше Ь. В этом случае обеспечивается необходимый режим работы схемы. Последнее условие обеспечено, если емкость кон-. денсатора 6 значительно ниже емкости конденсатора 8. Таким образам, в момент времени tz в резонансном контуре 6-8 возникает резонанс токов. Напряжение на кон-; денсаторе б и соответственно на силовом транзисторе 1 начинает плавно возрастать и к моменту времени тз достигает напряжение источника питания Ел (фиг,2в). Открывается замыкающий диод 2, ток чег, который становится равным сумме токов 1з + (фиг.2ж). В момент времени з и до момента времени t5 на коллекторе транзистора 1 устанавливается напряжение Еп, так как открыт диод 2. Ток, конденсатора 6 к моменту времени тз уменьшается до нуля (фиг.2е) и будет равным нулю до момента времени ts.

До этого момента времени резонансный контур 7 и 8 оказывается напрямую подключенным к входному источнику питания, так как диод 2 открыт, следовательно, продолжается формирование колебательного процесса в этом контуре с резонансной частотой 1р . Ток в дросселе 7 начинает уменьшаться и в момент времени т4 станет равным нулю, а затем меняет знак на проти1669065

У

0 воположный (фиг,2г), Этот ток увеличивается в противоположную сторону до тех пор, пока не станет равным току нагрузки 1з (момент времени tg). При этом диод 2 закроется, что приведет к вторичному образованию резонансного контура иэ элементов 6, 7, 8, Накопленная энергия в конденсаторе 6 начинает передаваться другим элементам этого контура, и к моменту времени t6 напряжение на транзисторе 1 становится

-равным нулю, что приводит к открыванию диода 5 током дросселя 7. Конденсатор 8 при этом продолжает заряжаться, В момент времени !у=to силовой транзистор 1 должен быть открытым и процессы повторяются.

Следует отметить, что вследствие наличия паразитных параметров элементов схемы и монтажа в момент времени з, когда напряжение на конденсаторе 6 достигнет

Ел, возможны высокочастотные колебания (на фиг,2в показаны пунктирными линиями).

Для уменьшения амплитуды этих нолеблний необходимо выбирать как можно большее

5 значение емкости конденсатора 6, при соответствующем уменьшении индуктивности дросселя 7.

Формула изобретения

Однотактный преобразователь посто10 янного напряжения, содержащий выходной

LCD-фильтр, подключенный к входным выводам через силовой транзистор, шунтированный конденсатором и встречно включенным диодом, отличающийся

15 тем, что, с целью повышения КПД путем уменьшения динамических потерь при включении силового транзистора, параллельно конденсатору ьключен введенный резонансный последовательный LC-контур, 20