Однотактный преобразователь постоянного напряжения

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитания. Цель изобретения - повышение КПД и надежности путем 6 К + -1-&уменьшения динамических потерь при выключении управляемого ключа. Параллельно управляющему ключу 5 включена корректирующая цепочка, состоящая из конденсатора 19 и диода 20. Конденсатор 19, заряжаясь при выключении управляемого ключа 5, обеспечивает малые динамические потери, так как спадтока управляемого ключа 5 происходит практически при отсутствии приложенного к нему напряжения. При включении управляемого ключа 5 происходит разряд конденсатора 19 через дополнительные обмотки 22 и 23 первого 3 и второго 4 трансформаторов и через источник питания, причем ток разряда ограничен индуктивностью рассеяния элементов 26 и 27 этих обмоток, 1 з.п. ф-лы, 2 ил. о оо о о ел. W

СОВХОЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (sl)s Н 02 М 3/335

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) 1617566 (21) 4687312/07 (22) 10.05.89 (46) 23.10.91. Бюл. N 39 (71) Винницкий завод радиотехнической аппаратуры (72) С. Д. Рудых, В. Е. Турчанинов, А, tO. Воробьев и С. В. Корнеев (53) 621,314.58(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

hL 161?566, кл. Н 02 M 3/337, 1987. (54) ОДНОТАКТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к.электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитания. Цель изобретения — повышение КПД и надежности путем б 1Ô

„„ Ж„„1686653 А2 уменьшения динамических потерь при выключении управляемого ключа. Параллельно управляющему ключу 5 включена корректирующая цепочка, состоящая из конденсатора 19 и диода 20. Конденсатор

19, заряжаясь при выключении управляемого ключа 5, обеспечивает малые динамические потери, так как спад тока управляемого ключа 5 происходит практически при отсутствии приложенного к нему напряжения.

При включении управляемого ключа 5 происходит разряд конденсатора 19 через дополнительные обмотки 22 и 23 первого 3 и второго 4 трансформаторов и через источ- . ник питания, причем ток разряда ограничен индуктивностью рассеяния элементов 26 и

27 этих обмоток, 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1686653

40 пряжения Елит

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

М 1617566.

Цель изобретения — повышение КПД и надежности путем уменьшения динамических потерь при выключении управляемого ключа.

На фиг. 1 показана принципиальная схема предлагаемого однотактного преобразователя постоянного напряжения; на фиг. 2 — диаграммы токов! и напряжений U в основных цепях преобразователя, индекс которых соответствует номеру элемента цепи.

Однотактный преобразователь постоянного напряжения (фиг. 1) содержит цепь последовательно соединенных первичных обмоток 1 и 2, соответственно первого 3 и второго 4 трансформаторов и управляемого ключа 5, включенную между входными выводами 6 и 7 преобразователя, Блок 8 управления соединен с управляющим электродом ключа 5, рекуперационный диод 9 и выпрямительный диод 10 подключены к фильтрующему конденсатору

11, шунтированному нагрузкой йн, 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 рекуперационный 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. Параллельно силовым выводам управляемого ключа 5 включена введенная корректирующая цепочка, состоящая из последовательно соединенных конденсатора 19 и диода 20. При этом их точка соеди5

35 нения подключена через введенный токоограничивающий элемент 21 к первому выводу введенной разрядной цепочки, состоящей из согласно последовательно соединенных дополнительных обмоток 22 и 23 первого 3 и второго 4 и трансформаторов, Точка соединения конденсатора 19 с вторым силовым выводом управляемого ключа 5 подключена к первому входному выводу 7, а второй вывод разрядной цепочки соединен с вторым входным выводом 6.

В качестве токоограничивающего элемента

21 может быть использован резистор. Для уменьшения потерь в токоограничивающем элементе 21 последний мо>кет быть выполнен в виде дросселя или цепочки, состоящей из последовательно соединенных резистора и дросселя.

Входные выводы 6 и 7 предлагаемого однотактного преобразователя постоянного напряжения подключены к источнику питания с напряжением Еп». Индуктивности рассеяния первичных обмоток 1 и 2 и дополнительных обмоток 22 и 23 первого 3 и второго 4 трансформаторов условно показаны на фиг. 1 в виде отдельных элементов 24 — 27 соответственно.

Однотактный преобразователь постоянного напряжения работает следующим образом.

При подключении входных выводов 6 и

7 преобразователя к источнику питания, когда блок 8 управления еще не работает, начинается процесс первичного разряда конденсатора 17. по цепи 6-24-1 †25 †2 †1715 — 16 — 7 и корректирующего конденсатора

19 по цепи 6 — 24-1-25 — 2 — 20 — 19 — 7.

При этом конденсатор 17 и корректирующий конденсатор 19 заряжаются до наПри подаче на базу управляемого ключа

5 положительного импульса напряжения, формируемого блоком 8 управления, начинает протекать ток в первичной цепи преобразователя 1кв (интервал времени t> — tz, фиг, 2), который замыкается по цепи 6 — 24 — 1-252-5 — 7 — 6.

При этом на вторичной обмотке 18 первого трансформатора 3 возникает импульс напряжения, открывающий выпрямительный диод 10, и энергия на 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 .

1686653 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.

На интервале времени t1 — t2 работы преобразователя ток в первичных обмотках 1 и

2 соответственно первого 3 и второго 4 трансформаторов нарастает. Происходит накопление энергии в трансформаторах.

При этом диоды 9 и 14 заперты.

Кроме того, в момент открывания управляемого ключа 5 заряженный на предыдущем этапе до напряжения источника питания конденсатор 19 начинает разряжаться по цепи 19-21 — 23 — 27 — 22 — 26 — 24-1—

25-2 — 5 — 19.

В указанный контур тока разряда конденсатора 19 входят индуктивности рассеяния 24, 25 и 26, 27 соответственно первичных 1, 2 и введенных 22, 23 обмоток первого 3 и второго 4 трансформаторов, что определяет уменьшение импульсной мощности, рассеиваемой в управляемом кглоче

5 в момент его включения (по сравнению со случаем применения известной RCD-цепочки), Когда управляющий импульс управляемого ключа 5 становится равным нулю, управляемый ключ 5 и диод 10 начинают закрываться (момент времени t2, фиг, 2).

Одновременно с этим начинается процесс заряда конденсатора 19 по цепи 6-24—

1-25 — 2 — 20 — 19 — 7, Заряд конденсатора 19 идет на интервале времени tz — тз (фиг. 2). Благодаря указанному процессу, напряжение на управляемом ключе 5 нарастает замедленно, что улучшает траекторию его переключения и уменьшает импульсную мощность, рассеиваемую в управляемом ключе 5 во время его выключения.

В момент времени тз (фиг. 2) напряжения на управляемом ключе 5 и конденсаторе

19 достигают значения 2 Ense.

В момент времени тз под действием

ЭДС самоиндукции, возникающих на обмотках 1, 2 и обмотках 15, 16 трансформаторов 3, 4, открывается диод 14 и начинается процесс рекуперации энергии, накопленной в индуктивности намагничивания этих трансформаторов.

При этом конденсатор 17 подключается к последовательно соединенным первичным обмоткам 1 и 2 трансформаторов 3 и 4.

Кроме того, на интервале времени t2-15 (фиг. 2) на вторичной обмотке трансформа5

55 тора 4 возникает импульс напряжения, открывающий диод 9, и часть энергии, накопленной во втором трансформаторе 4 на предыдущем этапе работы, передается на конденсатор 11 и нагрузку.

Рекуперация энергии, накопленной в индуктивности намагничивания трансформатора 3, идет на интервале времени тз — t4.

В момент времени t4 этот процесс прекращается и диод 14 закрывается.

На интервале времени t4 тв продолжается передача "íåðãèè, накопленной в трансформаторе 4, на конденсатор 11 и нагрузку преобразователя R<.

Кроме того, на интервале времени t4 — тв происходит подзаряд конденсатора 17 по контуоу протекания тока 6-24-1 — 25 — 2 — 1715 — 16 — 7 — 6, На интервале времени t2-t4 ток вторичной обмотки трансформатора 4 падает.

В момент времени t5 вновь открывается управляемый ключ 5. При этом корректирующий конденсатор 19, заряженный до напряжения 2 Еп, начинает разряжаться по цепи 19-21-23-27-22-26-24-1-25-2-5-19.

Благодаря наличию в данной цепи индуктивностей рассеяния 24, 25 и 26, 27 соответственно первичных 1, 2 и введенных 22, 23 обмоток первого 3 и второго 4 трансформаторов уменьшена (по сравнению со случаем использования известной RCD-цепочки) импульсная мощность, рассеиваемая в управляемом ключе 5 в момент его включения.

В момент времени tg закрывается рекуперационныйдиод 9 и все описанные процессы повторяются.

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 и 22 должно быть равно числу витков обмотки 1, а обмотки 16 и 23 — числу витков обмотки 2.

Формула изобретения

1. Однотактный преобразователь постоянного напряжения по авт. св. М 1617566, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД и надежности путем умень8

1686653

Составитель В. Моин

Техред М, Моргентал Корректор М. Демчик

Редактор Н. Гулько

Заказ 3609 Тираж Подписное

ВНИИПИ "îñóäàðñòâåííîãî 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

P шения динамических потерь при выключении управляемого ключа, параллельно управляемому ключу включена введенная корректирующая цепочка, состоящая из последовательно соединенных диода и конденсатора, причем конденсатор первым выводом соодинен с одним из входных выводов преобразователя, а вторым выводом через введенную разрядную цепочку, состоящую из согласно последовательно соединенных дополнительных обмоток первого и второго трансформаторов, с другим входным выводом преобразователя, при этом в каждом трансформаторе число витков дополнительной обмотки выбрано равным

5 числу витков первичной обмотки, 2. Преобразователь по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что в цепь дополнительных обмоток первого и второго трансформато10 ров последовательно включен токоограничительный резистор.