Однотактный преобразователь постоянного напряжения

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в источниках электропитания аппаратуры связи, Цель изобретения - повышение -КПД путем снижения динамических потерь и уменьшение уровня высокочастотных помех. Изобретение содержит регулирующий транзистор 1, шунтированный обратным диодом 2 и конденсатором 3, включенный последовательно с источником питания и первичной обмоткой 4 двухобмоточного трансформатора 5, шунтированной цепочкой из вспомогательных транзистора 6 и диода 7. К вторичной обмотке 8 трансформатора 5 подключен выпрямитель с прямым включением диода 9, дросселем 10 насыщения и LCD- фильтром диод 13 которого шунтирован конденсатором 14. Включение транзисторов осуществляют на интервале отсутствия прямого напряжения на их силовых выводах , а отключение регулирующего транзистора - на интервале отсутствия протекания тока во вторичной обмотке трансформатора , а вспомогательного транзистора - в момент равенства опорного и контролируемого (пропорционального выходному ) напряжений. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК ((9) (11) (s1)s Н 02 M 3/335

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4641549/07 (22) 25.01.89 (46) 30.11.91. Бюл. М 44 (71) Ленинградский электротехнический институт связи им. М.А, Бонч-Бруевича (72) Б.З. Курчик (53) 621.314.57 (088.8) (56) Патент США М 4383292, кл. Н 02 М 3/335, 1983.

Авторское свидетельство СССР

N; 1279028, кл. Н 02 М 3/335, 1985. (54) ОДНОТАКТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в источниках электропитания аппаратуры связи, Цель изобретения — повышение.КПД путем снижения динамических потерь и уменьшение уровня высокочастотных помех, Изобретение содержит регулирующий транзистор 1, шунтированный обратным диодом 2 и конденсатором 3, включенный последовательно с источником питания и первичной обмоткой 4 двухобмоточного трансформатора 5, шунтированной цепочкой из вспомогательных транзистора 6 и диода 7. К вторичной обмотке 8 трансформатора 5 подключен выпрямитель с прямым включением диода 9, дросселем 10 насыщения и LCDфильтром диод 13 которого шунтирован конденсатором 14. Включенйе транзисторов осуществляют на интервале отсутствия прямого напряжения на их силовых выводах, а отключение регулирующего транзистора — на интервале отсутствия протекания тока во вторичной обмотке трансформатора, а вспомогательного транзистора — в момент равенства опорного и контролируемого (пропорционального выходному) напряжений. 2 ил.

1695464

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в источниках вторичного электропитания аппаратуры различного назначения, Цель изобретения — повышение КПД путем снижения .динамических потерь и уменьшения уровня создаваемых преобразователем высокочастотных помех при сохранении качества стабилизации выходного напряжения, На фиг, 1 представлена функциональная схема силовой части и узла управления; на фиг. 2 — временные диаграммы напряжений и токов, поясняющие его работу.

Од нота ктн ы и и ре э бра зователь содер. жит регулирующий транзистор 1, шунтированный обратным диодом 2 и конденсатором 3 и включенный последовательно с первичной обмоткой 4 трансформатора 5, причем обмотка 4 шунтирована цепочкой из вспомогательных транзистора

6 и диода 7, К вторичной обмотке 8 трансформатора 5 подключены последовательно соединенные диод 9, нерегулируемый дроссель 10 насыщения и сглаживающий фильтр-LCI3 на дросселе 11, конденсаторе

12 и диоде 13, который шунтирован конденсатором 14. На выходе установлен преобразователь 15 выходного напряжения, выход которого подключен к первому входу первого компаратора 16, а к второму его входу подсоединен источник 17 опорного напряжения. Выход компаратора 16 подключен к первому входу первого формирователя 18 сигналов управления (ФСУ) транзистора 6.

В цепи вторичной обмотки 8 трансформатора 5 включен датчик 19 тока, выходом соединенный с входом первого компаратора

20, Выход последнего соединен с первым входом второго формирователя 21 сигналов управления транзистора 1. Силовые выводы транзисторов 6 и 1 подключены к входам да чиков 22 и 23 напряжения соответственно, Выходы этих датчиков соединены с входами третьего и четвертого компараторов

24 и 25 соответственно. выходы которых связаны с вторыми входами ФСУ 18 и 21 соответственно.

Преобразователь постоянного напряжения в квазиустановившемся режиме работает следующим образом.

Включают транзистор 1 при нулевом напряжении между коллектором и эмиттером и нулевом коллекторном токе (момент to), В .момент т1 насыщается дрсссель 10 насыщения и начинает протекать ток во вторичной обмотке 8 трансформатора 5. В момент tz этот ток нарастает до величины тока реактора, диод 13 закрывается и конденсатор 14 начинает заряжаться. При этом индуктив10

55 ность рассеяния трансформатора 5, индуктивность насыщенного дросселя 10 и емкость конденсатора 14 образуют колебательный контур, в котором ток изменяется по синусоидальному закону. Ток намагничивания трансформатора 5ip изменяется по линейному закону. Ток первичной обмотки трансформатора представляет собой сумму тока намагничивания и тока вторичной обмотки, приведенного к первичной. В момент снижения тока диода !

А до нуля тэ отключают транзистор 1 и конденсатор 3 начинает заряжаться током намагничивания трансформатора 5!,ц, а конденсатор 14 разряжается током дросселя 11 и достигает нулевого уровня в момент

М. (Транзистор 1 может быть отключен в любой момент времени на интервале от момента снижения до нуля тока диода 9 до снижения напряжения на конденсаторе 14 до величины напряжения на вторичной обмотке 8 трансформатор 5). По мере заряда конденсатора 3 ток намагничивания ip снижается до нуля, изменяет свою полярность и разряжает источник питания конденсатора 3. В момент ts напряжение на конденсаторе 3 снижается до величины входного напряжения, а напряжение коллектор — змиттер транзистора 6 спадает до нуля и транзистор 6 включают. Транзистор

6 можно включить в момент, когда напряжение на нем спадет до нуля, а на обмотке 4 трансформатора 5 изменит свою полярность. В ечение интервала времени, начинающегося в этот момент и до момента и, ток через открытый транзистор 6 протекать не может, так как диод 7 находится под обратным напряжением, В момент tg через транзистор 6 и диод 7 начнет протекать ток намагничивания трансформатора 5, При идеальных элементах схемы в короткоэамкнутом контуре ток намагничивания не изменяется как угодно долго, B реа.гьной схеме он несколько снижается с постоянной скоростью Vo/L, где Vo — суммарное падение напряжения на транзисторе 6 и диоде 7; L— индуктивность контура намагничивания трансформатора, прямо пропорциональная квадрату числа витков обмотки 4 трансформатора.

Для снижения скорости спада коллекторного тока транзистора 6 источник питания может быть подключен к отводу обмотки 4, На фиг, 2 диаграммы токов и напряжений построены для случая отсутствия отвода первичной обмотки трансформатора. B. момент, определяемый узлом управления, транзистор 6 отключают при

U<>e = О и ы = I p, Конденсатор 3 продолжа1 6()5)tj()4 ет разряжаться током намагничивания трансформатора 5, в момент тт напряжение на его силовых выводах U,>< снижается до нуля и ток намагничивания начинает протекать через диод 2, В момент ta ток намагничивания спадет до нуля, На интервале тт- te включают тРанзистоР 1 пРи 0К91 0 л (к1= О, Дроссель 10 насыщения, так намагничивания которого значительно меньше, чем так намагничивания трансформатора 5, приведенный к обмотке 8, исключает протекание тока через эту обмотку на интервале тб - т7, а также уменьшает величину обратного тока, протекающего через диод 9 на интервале восстановления его запирающих свойств, начинающемся в момент тэ снижения да нуля его прямого тока.

Регулирование величины выхо-. ного напряжения или его стабилизацию осуществляют изменением длительности интервала

ts - tg путем изменения коэффициента преобразования напряжения узлом 15.

Включение цепочки транзистора 6 и диода 7 по стношеник) к транзистору 1 (согласное или встречное) не оговорено, так как не имеет значения, При встречном включении транзистор 6 следует открыть в момен г tg— первого достижения напряжением 0к..> величины О к, т. е. изменения полярности тока

1 и закрыть через интервал времени, определяемый схемой управления. После чего напряжение U<>< будет продолжать сначала нарастать, а затем спадать по гармоническому закону. Сущность протекающих в преобразователе процессов не изменится, если конденсатор 3 будет установлен параллельно не силовым выводам транзистора 1, а параллельно первичной обмотке 4 трансформатора, Таким образом, при помощи предлагаемого устройства измеряют и сравнивают с нулевым уровнем напряжения между коллектором и эмиттером каждого транзистора, Включают регулирующий транзистор на интервале времени отсутствия прямого напряжения между коллектором и эмиттерам этого транзистора. Измеряют и сравнивают с нулевым уровнем ток во вторичной обмотке трансформатора, Отключают регулирующий транзистор на интервале отсутствия протекание тока во вторичной обмотке трансформатора. Включают вспомогательный транзистор на интервале отсутствия напряжения на его силовых выводах (между коллектором и эмиттером). Преобразуют выходное напряжение в контролируемое, сравнивают контролируемое напряжение с опорным, отключают вспомогательный

Г)

55 транзистор в моменты равенства квп ралируемого и опорного напряжений, Кроме того, предлагаемое устр дейст,о характеризуется пренебрежимо мал .. мл линамическими потерями втранзис арах, та,< как включают транзистор 1 при,l .-,=, - 0 и

1к = О, отключа.ат транзистор 1 при

Окэ = О и l<1 = l>g, вклю .ают и pt þчают транзистор 6 при О,-., = О и к6 = lp °

Преобразователь также характ=ризуется пренебрежимо малыми создаваемыми преобразователем высокочастотными помехами, так как токи полупроводниковых приборов и обмоток трансформатора и приложенные к ним напряжения изменяются плавно, Формула изобретения

Однатактный пресбразовакель постоянного напряжения, содержащий регулирующий транзистор, шунтированный обратным диодом и коммутирующим конденсатором и включенный последовательна с источником питания и первичной обмоткой двухобмоточного трансформатора. к вторичной обмотке которого подключен однотактный выпрямитель с прямым включением выпрямительного диода, последовательно соединенного с нерегулируемым дросселем насыщения и фильтром, и узел управления, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД путем снижения динамических потерь и уменьшения уровня создаваемых преобразователем высокочастотных помех при сохранении качества стабилизации выходного напряжения, введена цепочка из вспомогательного транзистора и диода и конденсатор, подключенный параллельно диоду LCD-фильтра, причем указанная цепочка шунтирует псрвичную обмотку транзистора, в узел управления введены два датчика напря)кения, pâà формирователя сигналов управления трачзисторами, датчик тока, преобразователь выходного напряжения, источник опорного напряжения и четыре компаратора напря>кения, причем силовые выводы вспомогательного и основного транзисторов и входы соответствующих датчиков напряжения подключены к входам соответственно первого и второго компараторсв нулевого уровня, к другим входам которых — выходы датчиков напряжения, а выходы указанных компараторов подключены к вторым входам соответственно первого и второго формирователей сигналов управления транзисторами, первый вход первого формирователя сигналов управления подключен к выходу третьего компаратора, первый вход которо1695464

6&zl

Составитель Н, Цишевская

Техред М,Моргентал Корректор О. Кравцова

Редактор Ю, Середа

Заказ 4171 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 го соединен с выходом преобразователя выходного напряжения, а второй вход — с источником опорного напряжения, первый вход второго формирователя сигналов упрэвления подключен к выходу четвертого компаратора нулевого уровня, входом соединенного с выходом датчика тока вторичной обмотки трансформатора.