Преобразователь постоянного напряжения

 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в источниках вторичного электропитания Цель изобретения -- повышение надежности , КПД, улучшение массогабаритных показателей , уменьшение уровня генерируемых помех. С этой целью дроссель преобразователя выполнен трехобмоточным и совмещает функции преобразования напряжения по уровню, обеспечения гальванической развязки и фильтрации выходного напряжения. Во втором варианте устройства обеспечивается безразрывный ток конденсатора выходного фильтра. 1 з.п ф-лы, 2 ил

СО103 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (st)s Н 02 М 3/335

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (/)

С: о

О с

С)

Ь3

О (21) 4312242/07 (22) 05.10.87 (46) 07,09,91. Бюл. Q 33 (71) Винницкий завод радиотехнической аппаратуры (72) С,Д.Рудык, В.Е.Турчанинов и А.Ю.Воробьев

3) 621.314,57 (088.8)

56) Патент Франции Q 2334230, кл. Н 02 M 3/24, 1977.

Источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры. Справочник под ред.

Г.С.Найвельта.— М.: Радио и связь, 1985, с. 406, рис. 10.3(б).

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в источниках вторичного электропитания, Целью изобретения является повышение надежности, КПД, улучшение массогабаритных показателей, уменьшение уровня генерируемых высокочастотных помех, На фиг.1 представлена электрическая схема предлагаемого преобразователя .постоянного напряжения в постоянное; на фиг.2 — временные диаграммы напряжений и токов, иллюстрирующие его работу.

Предлагаемый преобразователь постоянного напряжения в постоянное содержит входные выводы 1 и 2, первый 3 и второй 4 коммутирующие транзисторы, силовой трансформатор 5, первый 6 и второй 7 ограничивающие диоды, выпрямительный диод

8, рекуперативный диод 9, дроссель 10, конденсатор выходного фильтра 11. Дроссель

10 выполнен трехобмоточным (Nt, й2, 603).

Один вывод первой обмотки 12 дросселя 10

„„Ы3 „„1676029 Al (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО

НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ (57) Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано

-a источниках вторичного электропитания.

Цель изобретения — повышение надежности, КПД, улучшение массогабаритных показателей, уменьшение уровня генерируемых помех. С этой целью дроссель преобразователя выполнен трехобмоточным и совмещает функции преобразования напряжения по уровню, обеспечения гальванической развязки и фильтрации выходного напряжения.

Во втором варианте устройства обеспечивается безразрывный ток конденсатора выходного фильтра, 1 з,п. ф-лы, 2 ил. соединен с катодом первого ограничивающего диода 6 и через первый коммутирующий транзистор 3 соединен с первым входным выводом 1 и катодом второго ограничивающего диода 7. Другой вывод первои обмотки 12 дросселя 10 соединен с первым выводом первичной обмотки 13 силового трансформатора 5, Второй вывод первичной обмотки 13 силового трансформатора 5 соединен с анодом второго ограничивающе. го диода 7 и через второй коммутирующий транзистор 4 соединен с вторым входным выводом 2 и анодом первого ограничивающего диода 6.

Один вывод второй обмотки 14 дросселя 10 соединен с катодом рекуперационного диода 9, Другой вывод второй обмотки 14 дросселя 10 соединен с одним выводом третьей обмотки 15 дросселя 10 и через выпрямительный диод 8 соединен с первым выводом вторичной обмотки 16 силового трансформатора 5. Второй вывод вторичной

1676029 обмотки 16 силового трансформатора 5 соединен с анодом рекуперационного диода 9 и одним выводом конденсатора выходного фильтра 11. Другой вывод конденсатора выходного фильтра 11 соединен с другим выводом третьей обмотки 15 дросселя 10.

Преобразователь постоянного напряжения в постоянное работает следующим образом.

Коммутирующие транзисторы 3 и 4 работают синхронно. При подаче на базы коммутирующих транзисторов 3 и 4 положительных импульсов напряжения начинает протекать ток в первичной цепи преобразователя (интервал времени ti — tz на фиг,2), который замыкается по цепи 1 — 3—

12 — 13-4-2-1. При этом вторичной обмотке

16 силового трансформатора 5 возникает импульс напряжения, открывающий выпрямительный диод 8 (временные диаграммы на фиг.2), и энергия из первичной цепи преобразователя поступает на конденсаторвыходного фильтра 11 и нагрузку, Контур протекания тока соответственно 16 — 8 — 15—

11-16. На этом же этапе работы преобразователя ток в первой обмотке 12 дросселя 10 и в первичной обмотке 13 силового трансформатора 5 нарастает. Происходит накопление энергии в дросселе 10, при этом первый 16 и второй 17 ограничивающие диоды и рекуперационный диод 9 заперты, Когда импульсы напряжения на базах коммутирующих транзисторов 3 и 4 становятся равными нулю, коммутирующиетранзисторы 3 и 4 закрываются (момент времени т на фиг.2). В этот же момент времени закрывается выпрямительный диод 8, Под действием ЗДС самоиндукции, возникающей на первичной обмотке 13 силового трансформатора 5. и ЭДС самоиндукции, возникающей на первичной обмотке 12 дросселя 10, открываются первый 6 и второй 7 ограничивающие диоды, и начинается процесс рекуперации энергии, накопленной в индуктивности намагничивания силового трансформатора 5 и индуктивности дросселя 10. При этом на второй 14 и третьей 15 обмотках дросселя 10 возникают импульсы напряжения, открывающие рекуперационный диод 9, и часть энергии, накопленной в индуктивности дросселя 10 на предыдущем этапе работы преобразователя, передается на конденсатор выходного фильтра 11 и нагрузку. Ток, соответственно, протекает по контуру 15 — 11--9 — 14 — 15.

Рекуперация энергии, накопленной в индуктивности намагничивания силового трансформатора 5, идет на интервале времени tz — ta (временные диаграммы на фиг.2), 1.

10 15

55 при этом напряжение на первом 3 и втором

4 коммутирующих транзисторах фиксируется на уровне U, где Ол — напряжение источника питания преобразоватегя. В момент времени тз указанный процесс рекуперации энергии, накопленной в индуктивности намагничивания силового трансформатора 5, прекращается.

На интервале времени тз-t4 продолжается передача энергии, накопленной в индуктивности дросселя 10 на конденсатор выходного фильтра 11 и нагрузку преобразователя. Контур протекания тока, соответственно, 15-11-9 — 14-15. На интервале времени tg,- 4 второй 14 и третьей 15 обмоток дросселя 10 падает.

В момент времени ц вновь открываются первый 3 и второй 4 коммутирующие транзисторы, Рекуперационныйдиод9 закрывается.

Все процессы повторяются, аналогично описанным.

Таким образом, в предлагаемом преобразователе в дросселе 10 совмещены функции преобразования напряжения по уровню, обеспечения гальванической развязки и фильтрации выходного напряжения преобра зователя.

Изменением отношения числа витков второй 14 и третьей 15 обмоток дросселя 10 обеспечивается перераспределение функций преобразования энергии первичной сети между силовым трансформатором 5 и дросселем 10, Условия безразрывного тока конденсатора выходного фильтра 11, т.е. режима, соответствующего его наименьшему габариту, определяют следующим образом.

Обозначив птр = — коэффициент

1 1тр 2тр ° трансформации силового трансформатора

5, где: W) р — число витков первичной обмотки 13 силового трансформатора 5, Яр Tp — число витков вторичной обмотки 16 силового трансформатора 5, и приняв, что потери во всех элементах преобразователя равны нулю, а индуктивность намагничивания силового трансформатора 5 и индуктивность дросселя 10 равны бесконечности, при безразрывном токе конденсатора выходного фильтра 11 получают;

1к птр =1н; где 1к — среднее значение тока коллектора коммутирующих транзисторов 3 и 4 на интервале времени т„;

1н — ток нагрузки преобразователя.

Из условия равенства ампер-витков дросселя 10 на интервалах времени г„ и (Т вЂ” гл) (временные диаграммы на фиг,2) следует:

1676029

Iy, W> + Ig птрИ/3 = 1к птр (W2+ W3) где W> — число витков первой обмотки 12 дросселя 10;

W2 — число витков аторой обмотки 13 дросселя 10, Ю/з — число витков третьей обмотки 15 дросселя 10;

Ix W1 Ix W2 Птр

Отсюда следует, что для дросселя 10должно выполняться условие:

W) — = Птр.

W2

Это условие является условием безразрывности тока конденсатора выходного фильтра 11, что соответствует наименьшим его габаритам.

Формула изобретения

1. Преобразователь постоянного напряжения в постоянное, содержащий входные выводы, к которым подключены первый и второй коммутирующие транзисторы, соединенные последовательно с первичной обмоткой силового трансформатора, первый и второй ограничивающие диоды, выпрямительный диод, подключенный к вторичной обмотке силового трансформатора, рекуперационный диод, дроссель и конденсатор выходного фильтра, отличающийся тем, что, целью повышения надежности, КПД, улучшения массогабаритных показателей, уменьшения уровня генерируемых высокочастотных помех, дроссель выполнен трехобмоточным, причем один вывод первой обмотки дросселя соединен с катодом первого ограничивающего диода и че5 рез первый коммутирующий транзистор соединен с первым входным выводом и катодом второго ограничивающего диода, другой вывод первой обмотки дросселя соединен с первым выводом первичной аб10 мотки силового трансформатора, второй вывод которой соединен с анодом второго ограничивающего диода и через второй коммутирующий транзистор соединен с вторым входным выводом и анодом первого ограни15 чивающего диода, один вывод второй обмотки дросселя соединен с катодом рекуперационного диода, а другой вывод— с одним выводом третьей обмотки дросселя и через выпрямительный диод соединен с

20 первым выводом вторичной обмотки силового трансформатора, второй вывод которой соединен с анодом рекуперационного диода и одним выводом конденсатора выходного фильтра, другой вывод которого со25 единен с другим выводом третьей обмотки дросселя, 2. Преобразователь по п,1, о т л и ч а юшийся тем, что отношение чисел витков первой и второй обмоток дросселя равно

30 коэффициенту трансформации силового трансформатора.

1676029 б 7

Составитель С.Коняхин

Техред M. Моргентал Корректор М.Максимишинец

Редактор О.Хрипта

Заказ 3010 Тираж 375 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101