Преобразователь постоянного напряжения в постоянное

 

Использование: преобразователь постоянного напряжения в постоянное для вторичных источников электропитания. Сущность изобретения: устройство содержит ключевой транзистор 2 с ограничительным 3 и накопительным 4 дросселями. Накопительный конденсатор 5 подключен через диод 6 к дросселю 4. Включение параллельно накопительному 4 и ограничительному 3 дросселям соответственно цепочек из последовательно соединенных дополнительного дросселя 8, диода 9, конденсатора 10 и диода 11, конденсатора 12 обеспечивает приближение формы тока через транзистор У к прямоугольной, уменьшение динамических потерь. Организация цепей перезаряда конденсаторов 10,12 в конденсатор 5 через диоды 13,14 позволяет повысить коэффициент использования транзистора 2. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 Ъ

К>

4д ( (21) 4840000/07 ,(22) 17.04.90 (46) 15 06.92, Бюл. N 22 (71) Научно-производственное объединение

"Плазма" (72) А.В. Паршин и В.И. Пшеничников (53) 621,314.57(088.8) (56) Моин В,С,; Лаптев Н.Н, Стабилизированные транзисторные преобразователи.

М.: Энергия,1972, с.346, рис.9.18.

Авторское свидетельство СССР

N 536153., кл. G 05 F 1/56, 1976.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1283904, кл. Н 02 М 3/335, 1987.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1446611, кл. G 05 F 1/56, 1988. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО

НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ (57) Использование: преобразователь поИзобретение относится к электротехнике, в частности к вторичным источникам питания, и может быть использовано для питания стабилизированным постоянным или импульсным напряжением систем радиотехнических устройств,.изделий квантовой электроники и др. с, Известны ключевые преобразователи постоянного напряжения в постоянное, в которых снижение динамических потерь в регулирующем транзисторе при включении . достигается введением демпфирующего дросселя, запасенная энергия которого с помощью дополнительного диода рассеивается на резисторе, либо возвращается в нагрузку.. Ж 1741236 Al

<я)з Н 02 M 3/335, 6 05 F 1/56 стоянного напряжения в постоянное для вторичных источников электропитания.

Сущность изобретения: устройство содержит ключевой транзистор 2 с ограничительным 3 и накопительным 4 дросселями.

Накопительный конденсатор 5 подключен через диод 6 к дсосселю 4. Включение параллельно накопительному 4 и ограничительному 3 дросселям .соответственно цепочек из последовательно соединенных дополнительного дросселя 8, диода 9, конденсатора 10 и диода 11, конденсатора 12 обеспечивает приближение формы тока через транзистор 2 к прямоугольной, уменьшение динамических потерь. Органиэация . цепей перезаряда конденсаторов 10,12 в конденсатор 5 через диоды 13,14 позволяет повысить коэффициент использования транзистора 2. 2.ил.

В этих устройствах имеют место повышенные импульсные напряжения на регулирующем транзисторе и динамические потери при его выключении, что снижае надежность и КПД из-за передачи накопленной энергии демпфирующего дросселя в резистор.

Известен преобразователь, содержащий регулирующий транзистор, последовательно с которым соединены накопительные конденсатор и дроссель, образующие

LC-фильтр, демпфирующий дроссель с цепью откачки запасенной энергии, первый коммутирующий диод, последовательно соединенные демпфирующий конденсатор и второй диод, включенные параллельно,LCфильтру, общая точка демпфирующего кон

1741236

20

50

55 денсатора и второго диода связана с цепью зарядки демпфирующего конденсатора, включающей дополнительные дроссель, третий диод, транзистор и емкостный делитель входного питающего напряжения.

Недостатком этого устройства является пониженная надежность из-за наличия дополнительного ключевого транзистора, необходимости организации дополнительных цепей управления и питания дополнительного транзистора, Кроме того, устройство имеет низкий КПД, поскольку энергия демпфирующего дросселя не используется, а выделяется в резисторе. Указанные недостатки особенно проявляются при работе преобразователей с входным питающим напряжением 300 — 600 В и при использовании серийно выпускаемых ключевых транзисторов с относительно большим временем переключения.

Наиболее близким к предлагаемому является преобразователь напряжения, содержащий регулирующий транзистор, накопительные дроссель и конденсатор, демпфирующий дроссель, две последовательные цепочки из диода и конденсатора, три диода, дополнительный дроссель, Устройство обеспечивает выключение транзистора при малых напряжениях за счет зарядки конденсатора DC-цепей за время открытого состояния транзистора и последующей передачи энергии при закрывании, при этом конденсатор одной из 0Сцепей работает с переполюсовкой полярности напряжения на нем, что требует установки конденсатора с реактивной мощностью больше допустимой, Другим недостатком схемы является неполное использование транзистора по напряжению, так как силовой дроссель выполнен автотрансформатором.. повышающим уровень рабочего напряжения на транзисторе. Далее в схеме не решены вопросы обеспечения безопасных условий работы транзистора при включении. Постановка дополнительного дросселя с СОИ-цепями ведет к снижению

КПД, Целью изобретения является повышение КПД и надежности преобразователя,.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователе постоянного напряжения в постоянное, содержащем накопительные дроссель и конденсатор, транзистор и соединенный с ним демпфирующий дроссель, две последовательные цепочки из диода и конденсатора. три диода, дополнительный дроссель, последовательно соеди. ненные накопительный и демпфирующий дроссели и транзистор, подключенные к источнику питания, точка соединения дросселей через первый диод соединена с накопительным конденсатором, подключенныM другим выводом к общей шине, параллельно демпфирующему дросселю включена первая последовательная цепочка, параллельно накопительному дросселю через дополнительный дроссель включена вторая цепочка, конденсаторы цепочек одними выводами соединены вместе, другими через второй и третий диоды подключены к накопительному конденсатору.

Включение в преобразователе параллельно демпфирующему и накопительному дросселям конденсаторов и организация цепей перезаряда их на накопительный конденсатор позволяет уменьшить динамические потери в регулирующем транзисторе и повысить коэффициент использования транзистора по току, повысить КПД преобразователя.

На фиг.1 дана схема предлагаемого трансформатора; на фиг.2 — диаграмма токов и напряжений, Преобразователь состоит из источника питания 1, включающего входной емкостной фильтр, регулирующего транзистора 2, демпфирующего дросселя 3, накопительного дросселя 4, соединенных последователь но и образующих цепь накопления энергии.

Выходной накопительный конденсатор 5 и первый коммутирующий диод 6 соединены последовательно с накопительным дросселем 4 и образуют фильтр. Параллельно демпфирующему дросселю 3 и регулирующему транзистору 2 включен демпфирующий конденсатор 7. Параллельно накопительному дросселю 4 включена одна последовательная цепочка, состоящая из дополнительного дросселя 8. фиксирующего диода 9 и конденсатора 10. Другая последовательная цепочка включена параллельно демпфирующему дросселю 3, включает в себя диод 11 и конденсатор 12. Конденсаторы 10,12 одним выводом связаны с точкой соединения накопительного 4, демпфирующего 3 дросселей и коммутирующего диода 6, а точки соединения диодов

9,11 с конденсаторами 10,12 подключены соответственно через второй 13 и третий 14 диоды к потенциальному выводу накопительного конденсатора 5. Диоды 13,14 включены согласно первому 9 и второму 11 диодам.

Устройства работает следующим образом.

При открывании транзистора 2 от источника напряжения t (фильтра) происходит резонансная разрядка конденсатора 7 через дроссель 3. накопление энергии в дросселях 3 и 4 и резонансная зарядка 1 741236 конденсатора 10 через дроссели 8,3, диод 9 до уровня, определяемого соотношением напряжения на входе (Епит) и выходе.(0вых).

При напряжении питания Е»т 08ых 2Е» конденсатор 10 заряжается до Ue ix. а при Uesix < 2Епит Ао 2Е»т, Вначале происходит накопление энергии в дросселе 8. После достижения напряжения на.конденсаторе 10, равного Е»т, дроссель 8 меняет полярность. происходит отдача энергии дросселя 8 в конденсатор 10 и при достижении уровня напряжения на нем, равного

0вых, в дросселе 8 происходит передача оставшейся энергии в конденсаторы 5 через диоды 9,13. Накопленная энергия s демпфирующем дросселе 3 через диод 11 заряжает конденсатор 12.

При выключении транзистора 2 в начальный момент происходит резонансная зарядка конденсатора 7 ><ерез дроссель 4 от источника питания 1 до уровня U»ix и одновременно конденсатор 10 через диод 13 разряжается на конденсатор 5 током дросселя 4, а накопленная энергия в демпфирующем дросселе 3 через диод 11 заряжает конденсатор 12. Время зарядки конденсаторов 7 и 12 определяет начальную скорость нарастания напряжения на транзисторе 2.

При достижении напряжения на конденсаторе 7, равного Епи + 0 :)2. происходит дальнейшее нарастание напряжения на конденсаторе 7 и разрядка конденсатора 12 через диод 14 на конденсатор 5 током дросселя 4. Конденсаторы 10 и 12 разряжаются до нуля и не перезаряжаются, так как ток дросселя 4 замыкается через коммутирующий диод 6 на накопитель 5.

Таким образом, к следующему включению транзистора 2 токи в дросселях 3,8 равны нулю, напряжение.на конденсаторах 10 и 12 равны нулю, напряжение на конденсаторе 7 равно UebIx.

При очередном включении транзистора

2 процессы повторяются, Таким образом достигается практически полная передача запасенных энергий в реактивных элементах, за счет чего достигается повышение

КПД.

За счет введения резонансной цепи, 5 включающей дроссель 8, обеспечивается увеличение проходящего тока через транзистор 2 на величину его спада при разрядке дросселя 4, форма тока приближается к прямоугольной. Это влечет увеличение переда10 ваемой энергии, улучшается использование транзистора по току, кроме того. укаэанная цепь позволяет существенно уменьшить крутизну нарастания напряжения на реак.тивных элементах за счет увеличения вели15 чины конденсатора 10 и импульсный ток . через транзистор 2 при включении за счет существенного уменьшения величин конденсатора 7 и увеличения времени заряда конденсатора „1О..Тем самым достигается

20 эффективная работа преобразователя.

Формула изобретения

Преобразователь йостоянного напряжения в постоянное, содержащий накопи25 тельный дроссель и конденсатор, транзистор и соединенный с ним демпфирующий дроссель, две последовательные цепочки из диода и конденсатора, .три диода, дополнительный дроссель, о т л и ч а ю щ и30 и с я тем. что, с целью повышения КПД и надежности, последовательно соединенные накопительный и демпфирующий дрос. сели и транзистор подключены к входным выводам, точка соединения дросселей че35 рез первый диод соединена с накопительным конденсатором, подключенным другим выводом к общей шине, параллельно демпфирующему дросселю включена одна последовательная цепочка, параллельно

40 накопительному дросселю через дополнительный дроссель включена другая цепочка,. конденсаторы цепочек одними выводами соединены вместе, другими через второй и третий диоды подключены к накопительно45 му конденсатору.

1741236

I 1

98 ФУФУ 6i 1г tb tW 65i tr

Фг e. Я

Составитель А.Паршин

Редактор В.Фельдман Техред М;Моргентал Корректор О.Кравцова

Заказ 2691 Тираж Подписное

ВНМИПИ 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