Однотактный преобразователь постоянного напряжения

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитания. Цель изобретения - уменьшение массы и габаритов и пои вышение КПД. Однотактный преобразователь постоянного напряжения содержит первый трансформатор 3, сердечник которого имеет высокую магнитную проницаемость , и второй трансформатор 4, выполняющий роль двухобмоточного дросселя . При выключении управляемого ключа 5 накопленная во втором трансформаторе 4 энергия отдается через рекуперационный диод 9 в нагрузку RH, а при помощи вспомогательных обмоток 19 и 20 первого 3 и второго 4 трансформаторов обеспечивает обратное перемагничивание сердечника первого трансформатора 3. Дополнительный диод 21 исключает действие данной цепи перемагничивания при отпирании управляемого ключа 5. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Н 02 M 3/335.

ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ в (61) 1617566 (21) 4651575/07 (22) 20.02.89 (46) 23.10.91. 6юл. М 39 (71) Винницкий завод радиотехнической аппаратуры (72) С. Д. Рудык, Е. В. Кравец, В. Е. Турчанинов и А. Ю. Воробьев (53) 621.314,58(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1617566, кл, Н 02 M 3/335, 1987. (54) ОДНОТАКТНЬ1Й ПРЕ06РАЗОВАТЕЛЬ

ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитания. Цель изобретения — уменьшение массы и габаритов и поб

„„5U 1686652 А2 вышение КПД. Однотактный преобразователь постоянного напряжения содержит первый трансформатор 3, сердечник которого имеет высокую магнитную проницаемость, и второй трансформатор 4, выполняющий роль двухобмоточного дросселя. При выключении управляемого ключа

5 накопленная во втором трансформаторе 4 энергия отдается через рекуперационный диод 9 в нагрузку R<, а при помощи вспомогательных обмоток 19 и 20 первого 3 и второго 4 трансформаторов обеспечивает обратное перемагничивание сердечника первого трансформатора 3, Дополнительный диод 21 исключает действие данной цепи перемагничивания при отпирании управляемого ключа 5. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1686652

Изобретение относится к электротехнике, может быть использовано в системах вторичного энергопитания и является усовершенствованием изобретения по авт. св.

М 1617566.

Цель изобретения — уменьшение массы и габаритов и повышение КПД, На фиг. 1 показана принципиальная схема предлагаемого однотактного преобразователя постоянного напряжения; на фиг. 2 — то же, вариант выполнения; на фиг.

3 — диаграммы токов 1 и напряжений U в основных цепях преобразователя, индекс которых соответствует номеру элемента цепи.

Однотактный преобразователь постоянного напряжения (фиг. 1) содержит цепь из последовательно соединенных первичных обмоток 1, 2 соответственно первого 3 и второго 4 трансформаторов и управляемого ключа 5, включенную между входными выводами 6 и 7 преобразователя, блок 8 управления, рекуперационный диод 9, выпрямительный диод 10 и фильтрующий конденсатор 11. Вторичная обмотка второго трансформатора 4 выполнена с промежуточным отводом, т.е. в виде двух секций 12 и 13. В преобразователь введена цепочка из последовательно соединенных разделительного диода 14 и дополнительных обмоток 15 и 16 первого 3 и второго 4 трансформаторов, подключенная между входными выводами 6 и 7 преобразователя.

Между силовыми выводами управляемого ключа 5 и диода 14, не соединенными с входными выводами 6 и 7 преобразователя, включен блокирующий конденсатор 17.

Один крайний вывод вторичной обмотки (секции 12) второго трансформатора 4 через рекуперационый диод 9 соединен с одним выводом конденсатора 11 и первым выводом вторичной обмотки 18 первого трансформатора 3. Второй вывод вторичной обмотки 18 первого трансформатора 3 через выпрямительный диод 10 соединен с промежуточным отводом вторичной обмотки второго трансформатора 4.

Другой крайний вывод вторичной обмотки (секции 13) второго трансформатора

4 соединен с другим выводом конденсатора

11. Вспомогательные обмотки 19 и 20 первого 3 и второго 4 трансформаторов соединены последовательно одна с другой и образуют цепочку, выводы которой.подключены к выводам введенного дополнительного диода 21. В цепь диода 21 может быть включен последовательно введенный токоограничивающий элемент 22 (показан пунктиром).

В качестве токоограничивающего элемента 22 может быть использован резистор.

Для уменьшения мощности, выделяемой а токоограничивающем элементе 22, последний может быть выполнен в виде последовательно соединенных резистора и дросселя. Кроме того, энергия, затрачиваемая в токоограничиаающем элементе, может использоваться для питания вспомогательных узлов преобразователя.

Пример использования части этой энергии для формирования сигнала запуска устройства ограничения зарядного тока входного фильтра преобразователя показан на фиг. 2.

В варианте по схеме фиг. 2 преобразователь, кроме элементов, содержащихся в варианте по схеме фиг. 1 и включения управляемого ключа 5 между входным выводом 6 и точкой соединения первичной обмотки 1 первого трансформатора 3 и конденсатора

17, содержит входной выпрямитель 23, входной фильтр 24 и устройство ограничения зарядного тока входного фильтра преобразователя 25, Однотактный преобразователь постоянного напряжения (фиг. 1) работает следующим образом.

При подаче на базу управляемого ключа

5 положительного импульса напряжения, формируемого блоком 8 управления, начинает протекать ток в первичной цепи преобразователя!Кк 5 (интервал времени t>-тг, фиг.

3), который замыкается по цепи 6-1 — 2-5 — 76. При этом на вторичной обмотке 18 первого трансформатора 3 возникает импульс напряжения, открывающий выпрямительный диод 10, и энергия из первичной цепи преобразователя поступает в конденсатор

11 и нагрузку по контуру соответственно

18-10 — 13-11.

Сердечник первого трансформатора 3 выполняется с высокой магнитной проницаемостью, а сердечник второго трансформатора 4 — с низкой. При этом первый трансформатор 3 можно рассматривать как трансформатор напряжения, а второй трансформатор 4 — как двухобмоточный дроссель.

В момент открывания управляемого ключа 5 заряженный на предыдущем этапе до напряжения источника питания блокирующий конденсатор 17 разряжается через открытый управляемый ключ 5 по контуру протекания тока 17 — 5-16-15-17. В интервале времени ц-т работы преобразователя ток в первичных обмотках 1 и 2 соответственно первого 3 и второго 4 трансформаторов нарастает. Происходит накопление энергии а трансформаторах. При этом диоды 9. 14 и 21 заперты.

1686652

50

Когда управляющий импульс управляемого ключа 5 становится равным нулю, управляемый ключ 5 и диод 10 закрывается (момент времени tz, фиг. 3). Под действием

ЗДС самоиндукции, возникающих на обмотках 1 и 2 и обмотках 15 и 16 трансформаторов 3 и 4, открывается диод 14 и начинается процесс рекуперации энергии, накопленной в индуктивности намагничивания этих трансформаторов. При этом конденсатор 17 подключен к последовательно соединенным первичным обмоткам 1 и 2 трансформаторов 3 и 4, а к закрытому управляемому ключу 5 прикладывается напряжение Ur>s, равное удвоенному напряжению питания преобразователя En r. Кроме того. на вторичной обмотке трансформатора 4 возникает импульс напряжения, открывающий диод 9, и часть энергии, накопленной во втором трансформаторе 4 на предыдущем этапе работы преобразователя, передается на конденсатор 11 и нагрузку., Рекуперация энергии, накопленной в индуктивности намагничивания трансформатора 3, идет на интервале времени tz-тз.

В момент времени тз этот процесс прекращается и диод 14 закрывается, На интервале времени тз-t4 продолжается передача энергии, накопленной в трансформаторе 4, на конденсатор 11 и нагрузку преобразователя Ян.

Кроме того, на интервале времени з-ц происходит подзаряд конденсатора 17 по контуру протекания тока 6-1-2-17-15-167-6. В интервале времени t2 t4 ток вторичной обмотки трансформатора 4 падает.

Одновременно с описанными процессами на интервале времени t2-t4 за счет

ЭДС самоиндукции на дополнительной обмотке 20 второго трансформатора 4 начинает протекать ток по цепи 20 — 19-21-20. При этом происходит намагничивание первого трансформатора 3 в обратном направлении путем протекания намагничивающего тока по дополнительной обмотке 19 первого трансформатора 3. Введенный токоограничивающий элемент 22 предотвращает черезмерное увеличение тока управляемого ключа 5 при насыщении сердечника первого трансформатора 3 в обратном направлении.

Кроме того, он позволяет выбирать диапазон размаха индукции в сердечнике пер5

40 вого трансформатора 3, соответствующий максимальной величине его магнитной проницаемости, за счет чего могут быть уменьшены ток и потери в управляемом ключе 5.

В момент времени Q вновь открывается управляемый ключ 5. При этом рекуперационный диод 9 и введенный диод 21 закрываются, и все описанные процессы повторя ются.

Работа преобразователя по фиг. 2 аналогична описанной. Отличительной особенностью данного преобразователя является то, что энергия, затрачиваемая в токоограничительном элементе 22, используется для формирования сигнала запуска устройства ограничения зарядного тока преобразователя.

В трансформаторе 4 совмещены функции преобразования напряжения по уровню обеспечения гальванической развязки.и фильтрации выходного напряжения преобразователя.

Изменением отношения числа витков секций 12 и 13 вторичной обмотки второго трансформатора 4 обеспечивается перераспределение функций преобразования энергии между первым и вторым трансформатором, а следовательно, перераспределение их габаритов.

Условием безразрывности тока конденсатора 11 является равенство отношения числа витков между обмотками 2 и 12 отношению числа витков между обмотками 1 и

18.

Число витков обмотки 15 должно быть равно числу витков обмотки 1, а обмотки 16 — числу витков обмотки 2.

Формула изобретения

1. Однотактный преобразователь постоянного напряжения по авт. св. М 1617566, отличающийся тем, что, с целью уменьшения массы и габаритов и повышения КПД, в первый и второй трансформаторы введены вспомогательные обмотки, причем эти обмотки соединены одна с другой через цепь введенного дополнительного диода.

2. Преобразователь по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что в цепь дополнительного диода последовательно включен введенный токоограничительный элемент, 1686652

Редактор Н, Гулько

Заказ 3609 Тираж 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

C/ р ) Составитель В. Моин

Техред M.Moðãåíòàë Корректор M. Шароши