Преобразователь постоянного напряжения в постоянное

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в источниках вторичного электропитания. Цель - повышение КПД. Устр-во содержит транзисторный ключ 1, включенный между входным выводом и входом DLC-фильтра 2, выход которого подкпючен к выходным выводам. В установившемся режиме при отпирании транзисторного ключа 1 происходит увеличение тока дросселя 3 и напряжения конденсатора 5. При достижении напряжения на выходных выводах заданной величины транзисторный ключ 1 запирается. Так как напряжение на конденсаторе 4 изменяется медленно по сравнению с временем запирания транзисторного ключа 1, динамические потери минимальны. После того как дроссель 3 отдаст всю запасенную энергию, диод 6 запирается, и напряжение на дросселе 3 начинает увеличиваться под действием энергии, накопленной в конденсаторе 4, При увеличении обратного напряжения транзисторный ключ 1 отпирается при нулевом токе и напряжении, близком к нулю. 2 з.п. ф-лы, 4 ил. . СО с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4641316/07 (22) 25.01.89 (46) 07.09.91. Бюл. N. 33 (71) Мордовский государственный университет им. Н.П.Огарева (72) О.П.Витко вский (53) 621.314.058 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1262661, кл. Н 02 М 3/335, 07.05.84.

Авторское свидетельство СССР

hh 1288670, кл. G 05 F 1/56, 02.08.85. Авторское свидетельство СССР

hh 711554, кл. 6 05 F 1/56, 29.03.78. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО

НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в источниках вторичного электропитания. Цель — повышение КПД. Устр-во содержит транзисторный ключ 1, включенный между входным (s1)s Н 02 M 3/335, О 05 F 1/569 выводом и входом DLC-фильтра 2, выход которого подключен к выходным выводам. В установившемся режиме при отпирании транзисторного ключа 1 происходит увеличение тока дросселя 3 и напряжения конденсатора 5. При достижечии напряжения на выходных выводах заданной величины транзисторный ключ 1 запирается. Так как напряжение на конденсаторе 4 изменяется медленно по сравнению с временем запирания транзисторного ключа 1, динамические потери минимальны. После того как дроссель 3 отдаст всю запасенную энергию, диод 6 запирается, и напряжение на дросселе

3 начинает увеличиваться под действием энергии, накопленной в конденсаторе 4, При увеличении обратного напряжения транзисторный ключ 1 отпирается при нулевом токе и напряжении, близком к нулю.

2 з,п. ф-лы, 4 ил, 1876030

25

35

50

Изобретение относитсл к электротехнике и может быть использовано в источни !ах вторичного электропитания систем радиотехники, автоматики и вычислительной техники.

Целью изобретения является повьныение КПД преобразователя постоянного напряжения в постоянное, На фиг.1 приведена электрическая схема преобразователя; на фиг,2 — диаграф,мы токов и напряжений на элементах схемы в установившемся режиме работы; на фиг.3— диаграммы токов и напряжений в момент включения и при малых токах нагрузки, на фиг.4 — схема выполнения входных цепей компаратора, Преобразователь постоянного напряжения в постоянное содержит транзисторный клепач 1, 0 С-фильтр 2, состоящий из дросселя 3, шунтированиого конденсатором 4, конденсатора 5 фильтра и диода 6, усилитель 7 обратной связи, резистивный делитель 8, компаратор 9, триггер 10, элемент 11 совпадения, источник 12 опорного напряжения, согласующий усилитель 13, датчик 14 тока и обратный диод 15. Компаратор 9 может быть выполнен на операционном усилителе, к одному из входов которого присоединен источник напряжения смещения, а к второму входу — генератор импульса запуска.

Преобразователь постоянного напряжения в постоянное работает следующим образом.

При включении напряжения питания транзисторный ключ 1 закрыт в начальный момент времени, так как на выходе логического элемента 2ИЛИ вЂ” НГ 11 формируется нулевой потенциал, что обусловлено установкой Q-выхода IK-триггера 10 в единицу, а компаратора 9 — в нулевое состояние путем введения, например, цепи смещения.

Запуск преобразователя можн" осуществить разными способами, например с помощью вспомогательной цепи, показанной пунктиром. Конденсатор данной цепи выбирается относитегььно большим по номиналу, чтобы при включении тиристора входное напряжение распределилась главным образом на конденсаторах 4 и 5,. при этом индуктивность данной цепи выбирается намного меньше индуктивности дросселя 3 и служит для ограничения скорости нарастания тока.

Положительный запускающий импуг ьс подается на управляющий переход тиристора и неинвертирующий вход компаратора 9, По переднему фронту этого импульса включается тиристар, изменяется состаяиие компаратара 9 и IK-триггера 10, По заднему фронту запускающего импульса компарагор

9 возвращается в нулевое состояние, à IKтриггер 10 остается в состоянии нуля (фиг.3, диаграммы 20 и 21), В результате этого на выходе логического элемента 2ИЛИ вЂ” HE 11 создается единичный уровень напряжения (фиг,3, диаграмма 22), который поступает на усилитель мощности 13, затем — на управляющий переход транзисторного ключа 1 и включает era, Длительность запускающего импульса выбирается такой, чтобы ток через драссель 3 вырос незначительно, конденсатор цепи запуска зарядился до напряжения, достаточного для запирания тиристора после отпирания транзисторного ключа 1, а суммарное напряжение на конденсаторах 4. и 5 возросло примерно до величины входного напряжения, Как показано на временных диаграммах (фиг.2) установившегося процесса, транзисторный ключ 1 остается включенным до момента t> (фиг.2, диаграмма 17), при этом ток в дросселе 3 (фиг.2, диаграмма 16) возрастает, а напряжение на транзисторном ключе 1 близко к нулю. Когда напряжение на выходных выводах (фиг.2, диаграмма 18) достигает номинального значения и, соответственно, на выходе делителя 8 напряжение равно опорному напряжению источника 12, на выходе усилителя обратной связи формируется передний фронт положительного импульса (фиг,2, диаграмма 19). Эта приводит к появлению единичного уровня напряжения (фиг,2, диаграмма 20) на выходе IK-триггера 10 и нулевого уровня сигнала (фиг.2, диаграмма 22) на выходе логического элемента 2ИЛИ вЂ” НЕ 11, в результате транзисторный ключ 1 выключается. Напряжение на выходе компаратора 9 остается равным нулю (фиг.2, диаграмма 21), так как на выводах датчика 14 тока падение напряжения с указанной на схеме полярностью не изменяет знак в момент т1.

В интервале времени выключения транзисторного ключа 1 суммарное напрлжение на конденсаторах 4 и 5 не успевает существенно измениться, поэтому напряжение между коллектором и эмиттером транзисторного ключа близка к нулю, а динамические потери энергии в нем незначительны.

После выключения транзисторного ключа 1 конденсатор 5 разряжается, а в контуре, состоящем из дросселя 3 и конденсатора 4, начинается колебательный процесс, в результате которого конденсатор 4 пеоезаряжается до нап ряжеи ия на конденсаторе 5.

Затем в интервале времени и — м оставшаяся в дросселе 3 энергия отдается в нагрузку через замыкающий диод б. При этом в зависимости от величины на; руэки напряжение

1676030

10

45

55 на выходе преобразователя может снова вырасти до номинального значения и выше, тогда на выходе усилителя 7 обратной связи появляется положительный импульс (фиг.2, диаграмма 19), например, в момент 1з, однако (К-триггер 10 не изменяет своего состояния и транзисторный ключ 1 остается выключенным.

8 соответствии с указанным принципом работы схемы значения индуктивности дросселя 3 и емкости конденсатора 4 колебательного контура выбираются такими, что при номинальных параметрах нагрузки и выходного напряжения энергия, запасенная в дросселе 3 после размыкания транзисторного ключа 1, намного больше энергии, накопленной в конденсаторе 4. Кроме того, минимальное значение емкости конденсатора 4 ограничено максимальной скоростью изменения напряжения на нем в процессе выключения транзисторного ключа 1, поэтому оно определяется главным образом частотными свойствами транзистора 1 и допустимыми динамическими потерями, 8 ходе колебательного процесса за время t4-t6 конденсатор 4 снова переэаряжается и напряжение íà его обкладках соответствует приведенному на схеме обозначению. 8 данной схеме преобразователя заданное выходное напряжение должно быть равно либо больше половины значения входного напряжения, тогда суммарное напряжение на конденсаторах 1 и 5 после окончания указанного цикла перезаряда в момент времени t5 равно входному напряжению. При наличии избыточной энергии, запасенной в дросселе 3, она отдается в источник входного напряжения и нагрузку через обратный диод 15.

Благодаря наличию цепи смещения в компараторе 9 на его выходе формируется нулевой уровень напряжения при близком к нулю токе в цепи датчика 14 тока в момент, когда заканчивается передача энергии от дросселя 3 в конденсатор 4 либо в источник входного напряжения и нагрузку через обратный диод 15. В результате происходит включение транзисторного ключа 1 с некоторым опережением при близких к нулю значениях напряжения и тока, что обеспечивает малые динамические потери энергии при коммутациях, Условие включения транзисторного ключа 1 определяется также уровнем выходного напряжения преобразователя в момент времени t6. Если выходное напряжение ниже номинального значения, то на выходе IK-триггера 10 сохраняется нулевой уровень и при нулевом уровне напряжения на выходе компаратора 9 происходит включение транзисторного ключа 1, далее указанные процессы в схеме повторяются. Если выходное напряжение преобраэоваталч выше номинального значения, то IK-триггер

10 изменяет свое состояние благодаря присутствию единичного уровня на l-входе, при этом транзисторный ключ 1 не включастся.

После одного цикла колебаний в ко луре и разряда за этот промежуток времени конденсатора 5 на сопротивление нагрузки повторно вырабатывается команда условного перехода для управления транзисторным ключом 1. Сопротивление нагрузки может изменяться в широких пределах. Однако максимальное его значение не должно превышать величины, необходимой для периодического кратковременного включения транзисторного ключа 1 с целью поддержания колебательного процесса в контуре.

Как видно из временных диаграмм, в режиме запуска при уменьшении напряжения на нагрузке в интервале времени too-too (фиг.3) происходит колебательный процесс в параллельном контуре иэ дросселя 3 и конденсатора 5. При этом благодаря противофаэности импульсов, сформированных на выходах триггера 10 (фиг,3, диаграмма 20) и компаратора 9 (фиг.3, диаграмма 21), на выходе логического элемента 2ИЛИ-НЕ 11 (фи .3, диаграмма 22) сохраняется нулевой уровень. I(ocne снижения напряжения на выходных выводах до номинального значения и завершения очередного цикла колебаний в контуре в момент too включается транзисторный ключ 1.

Предлагаемый импульсный преобразователь постоянного напряжения имеет существенно более простое схемное решение по сравнению с его аналогами, позволяет примерно на30 сниэитьдинамические потери в транзисторном ключе и эа счет этого использовать менее мощные и более дешевые транзисторы, а также повысить КПД.

Формула изобретения

1. Преобразователь постоянного напряжения в постоянное, содержащий транзисторный ключ, включенный между одним иэ входных выводов и входом DLC-фильтра, выход которого присоединен к выходным выводам и через резистивный делитель напряжения к первому входу усилителя обратной связи, второй вход которого подключен к источнику опорного напряжения, компаратор, выход которого подключен к первому входу элемента совпадения, выход которого соединен через согласующий усилитель с входом управления транзисторным ключом, 0 т ll è ÷ à о шийся тем, что, с целью

1676030 повышения КПД, введены конденсатор, триггер и датчик тока, включенный в цепь тока дросселя DI. С-фильтра, шунтированную конденсатором, при этом выходные выводы датчика тока подключены к входу компаратора, выход которого присоединен к первому установочному входу триггера, второй установочный вход которого подключен к выходу усилителя обратной связи, а выход — к второму входу элемента совпадения.

2, Преобразователь по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что элемент совпадения выполнен в виде логического элемента

2ИЛИ-НЕ.

5 3. Преобразователь по п,1, отл и ч а юшийся тем, что триггер выполнен в виде

IK-триггера, 1-вход которого подключен к выходу усилителя обратной связи, К-вход — к выходу компаратора, а неинвертирующий

10 выход — к второму входу элемента совпадения.

1676030

Составитель В.Ежов

Текред М.Моргентал

Корректор O,Êðàâöoaà

Редактор И.Шулла

Заказ 3010 Тираж 3 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 д r

ГГ ах

Фиг. 7