Преобразователь постоянного напряжения в постоянное

 

Использование: в источниках вторичного электропитания и автоматике . Сущность изобретения: устр-во содержит трансформатор 1, вторичная обмотка k которого соединена через выпрямитель 8 и фильтр 9 с выходными выводами, силовой ключ 5, выполненный на полевом транзисторе, элемент гальванического разделения 21, выполненный на диодном оптроне. При работе преобразователя управляющее напряжение на затворе полевого транзистора 5 изменяется пропорционально току через силовые электроды полевого транзистора 5, а второй конденсатор 17 снижает динамические потери при выключении полевого транзистора 5, что повышает КПД устройства. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.i i (Я С w ел со sj СО

09) (31) (g!)g H 02 H 3/335

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСНОМЪ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР! (21) 473 583 7/О 7 (22) 05.09.89 (46) 23.05,92. Бюл. У 19 (71) Центральное научно-производственное объединение "Ленинец" (72) В.С.Уманский и А.Г.Ложкин (53) 3 14.621.058(088,8) (56) Заявка фРГ М 2410915, кл.Н 02 М 3/335, 11.09.:75.

Заявка Японии Ю 61-48347, кл. Н 02 М 3/335, 12.05,84.

Патент США Р 3504263, кл. Н 02 М 3/32, 31.03.71. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО

НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ (57) Использование: в источниках вторичного электропитания и авто2 матике. Сущность изобретения: устр-во содержит трансформатор 1, вторичная обмотка 4 которого соединена через выпрямитель 8 и фильтр 9 с выходными выводами, силовой ключ 5, выполненный на полевом транзисторе, элемент гальванического разделения 21, выполненный на диодном оптроне. При работе преобразователя управляющее напряжение на затворе полевого транзистора 5 изменяется пропорционально току через силовые электроды полевого транзистора 5, а второй конденсатор 17 снижает динамические потери при выключении полевого транзистора 5, что повышает ЕПД устройства. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано преимущественно для питания радиоэлектронной аппаратуры общего применения, в частности для питания блоков ЭВИ.

Известен преобразователь постоянного напряжения в постоянное, содержащий трансформатор с тремя обмот1 ками, силовой ключ, три резистора, выпрямитель, фильтр, регулирующий транзистор, а также стабилитрон.

Недостатком этого преобразователя является низкий КПД.

Известен преобразователь постоянного напряжения, содержащий трансформатор с тремя обмотками, силовой ключ, выпрямитель, фильтр, регулирующий транзистор, диод, три резистора и конденсатор.

1735979

Имеется также последовательная цепь из первого диода, третьего резистора и первого конденсатора, подключенного свободным выводом к первому входному выводу. Параллельно первому конденсатору подключен выход элемента гальванического разде- щ

stews, входные выводы которого через узел сравнения соединены с выходными выводами. Имеются еще второй и третий диоды, второй и третий конденсаторы и четвертый резистор.

Основной недостаток известного устройства заключается в пониженном

КПД.

Цель изобретения - повышение КЙД..

Недостатком этого известного преобразователя является невысокий

КПД.

Известен также преобразователь постоянного напряжения в постоянное, содержащий трансформатор, вторичная обмотка которого соединена через выпрямитель и фильтр с выходными выводами, а первичная обмотка включена между входными выводами через силовой ключ. Его первый силовой вывод присоединен к первому входному выводу, а вход управления соединен через первый резистор с первым выводом третьей обмотки трансформатора. Име" ется регулирующий транзистор, эмит" тер которого присоединен к первому входному выводу, а база-эмиттерный йереход шунтирован вторым резистором.

Д

На фиг. 1 показана схема преобразователя; на Фиг. 2 - временные диаграммы преобра зова теля, Преобразователь постоянно о напряжения B постоянное. содержит трансформатор 1 с первой, 2 второй 3 и третьей 4 обмотками, выпрямитель 5 и фильтр 6, силовой ключ 7, первый резистор 8, регулирующий транзистор

9 и второй резистор 10. Имеется последовательная цепь из первого диода 11, третьего резистора I2 и первого конденсатора 13, подключенного свободным выводом к первому входному выводу. Параллельно конденсатору 13 подключен выход элемента 14 гальванического .разДеления, входные выводы которого через узел 15 сравнения сое2О динены с выходными выводами, Имеются еще второй 16 и третий 17 диоды, второй 18 и третий t9 конденсаторы и четвертый резистор 19. Второй вывод третьей обмотки трансформатора под ключен к точке соединения первого конденсатора с третьим резистором.

Силовой ключ 7 выполнен на полевом транзисторе, исток которого яв"

llRBTcR Bl-o первым силовым выводом.

Точка соединения стока и первичной обмотки 2 трансформатора 1 соединена через второй конденсатор 18 и второй диод 16 с базой регулирующего транзистора 9: между его коллектором и эмиттером включен третий конденса5 тор 19. Коллектор транзистора 9 сое" динен через диод l7 с затвором полевого транзистора 7, являющегося управляющим входом силового ключа.

Точка соединения второго конденсатора 18 и второго диода 16 присоединена к свободному выводу первого диода 11. Первый конденсатор 13 шунтирован четвертым резистором 19.

Элемент 14 гальванического разделения выполнен на диодном оптроне, светодиод которого подключен к выходу узла 15 сравнения, а фотодиодк первому конденсатору 13.

Преобразователь работает следующим образом. с

В момент подачи питания конденсаторы 6, 13, 18 и 19 разряжены, а транзистор 9 заперт. Напряжение на затворе полевого транзистора 7 равно нулю, чем обеспечивается его открытое состояние. Поэтому через обмотку 2 трансформатора 1 и транзистор 7 начинает протекать ток Is, 5

17 имеющий форму, близкую и пилообразной (фиг.2а) . Диод 5 при этом запер- ..так как обмотки 2 и 4 включены встречно, в индуктивности I,g обмотки 2 накапливается энергия К г

= О, 51, 1д. На обмотке 3, включенной

2 согласно относительно гбмотки 2, возникает напряжение Е положительной обратной связи, которое через резистор 8 поступает на затвор транзистооа 7 (напряжение F., на фиг.2в) . Под действием этого напряжения возникает ла нинообразный блокинг-процесс, в ходе которого транзистор 7 в течение ремени Т7 остается в открытом- состоянии до тех пор, пока на конденсаторе 13 vе возникнет отрицательное напряжение. Под его действием нарастание тока.f.< прекращается и транзистор 7 запирается процесс запирания под действием описанного выше механизма положительной обратной связи имеет лавинообразный характер (фиг.2а,б,в). Вмбмент запирания транзистора 7 в обмотке 2 возникает ЭДС самоиндукции, под действием которой отпирается диод 5 и энергия W передается а конденсатор 6 фильтра и далее в нагрузку.

Канал открытого транзистора 7 представляет собой малое сопротивление, имеющее характер, близкий к линейному. Поэтому в процессе нарастания тока I пад,ение напряжения F> на канале увеличивается, следовательно, появляется спад на вершине импульса Е, поступающего на затвор (штриховые линии на фиг.2б,.в}. Как следствие возрастает мощность, рассеиваемая в транзисторе 7, и уменьшается КПД.

Для устранения этого недостатка не.обходима коррекция формы импульсов

Е путем исключения (или уменьшения) спада его вершины. Для этого используется интегрирующая цепочка в составе резистора Р и конденсатора 19.

Если на нее подается напряжение Ев от обмотки 3 в виде импульса с линейно спадающей вершиной Eg(t)

kt

= Е (1 - †) где k (1 — постоянный

3 Т коэффициент, то на конденсаторе 19 и на затворе транзистора 7 напряжение E>(1:) приблизительно равно

Ь 3. 3 3 7 о

Импульс Е (1) может иметь при k(C1

35979 6 даж» слегка нарастающую вершину (,фиг,2в,д) .

Как сп дст вие п ление напряжения на открытом канале у транзисто5 ра 7 г олучается практически неизменным в течение импульса — таким путем достигается уменьшение мощности рассеяния в транзисторе 7 и увеличивается КПД.

В момент запирания транзистора

7 на его стоке появляется положительный перепад напряжения, которым через диод 16 и база-эмиттерный

15 переход транзистора 9 заряжается конденсатор 18, При этом транзистор отпирается и через него происходит разряд конденсатора 19 и напряжение Е спадает до нуля (фиг.2д).

Одновременно достигается защита тран зистора 7 от коммутационных перенапряжений.

В течение интервалов времени Тт пока транзистор 7 открыт конденса) тор 18 разряжается через диод 11 и резистор 12 на конденсатор 13. Наряжение E на нем имеет отрицательную полярность: величина F.,> примерно пропорциональна энергии W . На30 растание напряжения F. предотвращает неограниченный рост энергии W> при этом обеспечивается установившийся режим работы преобразователя . Пу-М регулировки напряжения Е1 можно получить как регулирование зна35 чения энергии Wz так и регулирование напряжения на выходе преобразователя.

Стабилизация напряжения на выхо" де преобразователя (т.е. напряже40 ния E на конденсаторе 6) достигаб ется следующим образом. Напряжение

Е6 в узле 15 сравнивается со стабильным опорным напряжением, источник которого встроен в узел 1 ». Ес45 ли возникает тенденция возрастания напряжения Е относительно заданного номинала, то выходной ток узла 15, проходящий через светодиод оптопа-! ры 14, уменьшается. как следствие, ° величина обратного тока через фотодиод оптопары становится меньшей и поэтому напряжение Е» отрицательной поля р ности, сущест вующее wa конденсаторе 13, начинает возрастать. В результате уменьшаются как длитель" ность Т импульсов тока I<, так и энергия W, накапливаемая в индуктивности I.> обмотки 2 трансформа1735979 тора 1. Напряжение Е в результате уменьшается до тех пор, пока не стане1 равным заданному номиналу, Оптопара 1ч позволяет обеспечить гальваническую развязку выхода преобразователя, что расширяет функциональные возможности для его применения.

Положительный технический эффект от использования предлагаемого преобразователя состоит в повышении КПЦ, что достигается путем уменьшения падения напряжения на канале открытого полевого транзистора (силового ключа).

Формула и з о б р е т е н и я

1. Преобразователь постоянного напряжения в постоянное, содержащий трансформатор, вторичная обмотка которого соединена через .выпрямитель и фильтр с выходными выводами, а первичная обмотка -включена между входными выводами через силовой ключ, первый силовой вывод которого присоед> нен к первому входному выводу, а вход управления соединен через первый резистор с первым выводом третьей обиотки трансформатора, регулирующий транзистор, эмиттер которого присоединен к первому входному выводу, а базоэииттерный переход шунтирован вторым резистором, последовательная цепь из первого диода, третьего резистора и первого конденсатора, подключенного свободным выводои к первому входному выводу, параллельно первому конденсатору подключен выход элемента гальванического разделения, входные выводы которогA

В через узел сравнения соединены с выходными выводами, а второй вывод третьей обмотки трансформатора подключен к точке соединения первого

10 конденсатора с третьим резистором, второй и третий диоды, второй и третий конденсаторы, четвертый резистор, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД, силовой ключ вы I5 полнен на полевом транзисторе, исток которого является первым силовым выводом, а точка соединения стока и первичной. обмотки трансформатора соединена через второй конденсатор и второй диод с базой регулирующего транзистора, между коллектором и эмиттером которого включен третий конденсатор, а коллектор соединен через третий диод с затвором полевого транзистора, являющегося управляющим входом силового ключа, при этои точка соединения второго конденсатора и второго диода присоединена к свободному выводу первого

ЗО диода, а первый конденсатор шунтирован четвертым резистором.

2. Преобразователь по п.1, о тл и ч а ю шийся тем, что элемент гальванического разделения выполнен на диоднои оптроне, свето35 диод которого подключен к входу узла сравнения, а фотодиод - к первому конденсатору.

1735979

Редактор И.Лазаренко

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагариш 161

Е

Заказ 1823

ВНИИПИ Государстве нного

113035, Составитель В.Уманский

Техред И.яндык . Корректор A.01iРУ4ар

ЮФ.Г, Тираж Подписное комитета по изобретениям и открытиям при 1.ЮЙ СССР

Иасква„ Ж 35, Раушская наб., д. 4/5