Преобразователь постоянного напряжения в постоянное

 

Использование: повышение КПД и надежности . Сущность изобретения: устройство содержит источник питания 1, управляемый ключевой элемент (транзистор ) 2, демпфирующий дроссель 3, накопительный конденсатор 5, соединенные последовательно . Обратный диод 6 и демпфирующий конденсатор 7 включены между точкой соединения дросселей 3,4 и общим выводом. Дроссель 3 зашунтирован цепочкой из диода 11 и конденсатора 12, общая точка соединения которых через диод 13 подключена к общему выводу. Дроссель 4 зашунтирован цепочкой из конденсатора 10, диода 9 и дополнительного дросселя 8. Точка соединения конденсатора 10 с диодом 9 через диод 14 подключена к общему выводу. Цепь перезаряда , включающая диоды 13,14, позволяет обеспечить передачу энергии конденсаторов 10,12 в накопительный конденсатор 5. При этом обеспечивается полная передача запасенной энергии в реактивных элементах . Форма тока транзистора 2 близка к прямоугольной . 1 ил. (Л С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (51)5 Н 02 М 3/135

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4813659/07 (22) 11.04,90 (46) 15,06.92. Бюл. М 22 (71) Научно-производственное объединение

"Плазма" (72) В.И.Пшеничников и А.B.Ïàðøèí (53) 621,314.1(088.8) (56) Моин В.С. и др. Стабилизированные транзисторные преобразователи, М.: Энергия, 1972, с.346, рис. 9,18 г.

Авторское свидетельство СССР

N 536153, кл. G 05 F 1/56, 1977.

Авторское свидетельство СССР

N 1283904,, кл,,Н 02 М 3/339, 1987. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО

НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ (57) Использование: повышение КПД и надежнос-;и. Сущность изобретения: устройство содержит источник питания 1, управляемый ключевой элемент (транзиИзобретение 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.

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 резисторы, либо возвращается в нагрузку, стор) 2, демпфирующий дроссель 3, накопительный конденсатор 5, соединенные последовательно. Обратный диод 6 и демпфирующий конденсатор 7 включены между точкой соединения дросселей 3,4 и общим выводом. Дроссель 3 зашунтирован цепочкой из диода 11 и конденсатора 12, общая точка соединения которых через диод 13 подключена к общему выводу. Дроссель 4 зашунтирован цепочкой из конденсатора 10, диода 9 и дополнительного дросселя 8. Точка соединения конденсатора 10 с диодом 9 через диод 14 подключена к общему выводу. Цепь перезаряда, включающая диоды 13,14, позволяет обеспечить передачу энергии конденсаторов 10,12 в накопительный конденсатор 5.

При этом обеспечивается полная передача запасенной энергии в реактивных элементах. Форма тока транзистора 2 близка к прямоугольной. 1 ил.

В этих устройствах имеют место повышенные импульсные напряжения на регулирующем транзисторе и динамические потери при его выключении, что снижает (,Ь надежность и КПД из-за передачи накоп- 0с ленной энергии демпфирующего дросселя в резистор.

Известен преобразователь. содержащий ключевой элемент — регулирующий транзистор, последовательно с которым соединены накопительные конденсатор и дроссель, образующие 1 С-фильтр, демпфирующий дроссель с цепью откачки запасенной энергии, обратный диод, последовательно соединенные демпфирующий конденсатор и второй диод, включен1741266

15

25

50

55 ные параллельно LC-фильтру, общая точка демпфирующего конденсатора и второго диода связана с цепью зарядки демпфирующего конденсатора, включающей дополнительные дроссель, третий диод и ключ (транзистор), и емкостный делитель входного питающего напряжения.

Недостатками 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.

Цель изобретения — повышение КПД и надежности за счет уменьшения динамических потерь в управляемом ключевом элементе, возврата запасенной энергии в демпфирующих LC-элементах в нагрузку и обеспечения условий замедленного нарастания напряжения на дросселях.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь постоянного напряжения в постоянное, содержащий входной, выходной и общий выводы для подключения источника питания и нагрузку, соответственно первую последовательную цепь из управляемого ключевого элемента, демпфирующего дросселя, накопительного дросселя и накопительного конденсатора, включенную между входным и общим выводами, а также вторую последовательную цепь из демпфирующего конденсатора, диода и дополнительного дросселя, причем накопительный конденсатор включен между входным и общим выводами, а между точкой соединения дросселей первой последовательной цепи и общим выводом включен обратный диод, дополнительно введена третья последовательная цепь из диода и конденсатора, включенная параллельно демпфирующему дросселю, и два дополнительных диода, один из которых включен между точкой соединения диода и конденсатора второй последовательной цепи и общим выводом, а другой — между точкой соединения диода и конденсатора третьей последовательной цепи и общим вы водам.

На чертеже представлена схема преобразователя постоянного напряжения в постоянное, Преобразователь содержит источник питания 1, управляемый ключевой элемент — транзистор 2, демпфирующий дроссель 3, накопительный дроссель 4, накопительный конденсатор 5, соединенные последовательно обратный диод 6 и демпфирующий конденсатор 7, включенные между точкой соединения дросселей 3 и 4 и общим выводом устройства. Параллельно дросселю 4 включена цепочка из последовательно соединенных дополнительного дросселя 8, первого диода 9 и первого конденсатора 10, Параллельно дросселю 3 включена цепочка из последовательно соединенных второго диода 11 и второго конденсатора 12.

Конденсаторы 10,12 одним выводом связаны с точкой соединения накопительного 4 и демпфирующего 3 дросселей, а точки соединения диодов 9,11 и конденсаторов

10,12 подключены соответственно через четвертый 13 и пятый 14 диоды к общему выводу источника питания 1. Диоды 13,14 включены согласно первому 9 и второму 11 диодам.

Преобразователь работает следующим образом.

При отпирании транзистора 2 от источника напряжения 1 через демпфирующий 3 и накопительный 4 дроссели происходит зарядка конденсатора 5 через демпфирующий дроссель 3 и резонансная зарядка демпфирующего конденсатора 7, Одновременно происходит резонансная зарядка конденсатора 10 через дополнительный дроссель 8 и диод 9 до уровня, определяемого соотношением напряжения на входе Ели и выходе

0Бы„, При напряжении UebeS1/2Е«> конденсатор 10 заряжается до напряжения

Enm, а при Usblx>1/2Е«, напряжение равно (Епит-0вых) 2. Вначале происходит накопление энергии в дросселе 8. После достижения напряжения на конденсаторе 10, равного

Е«т-Овых, напряжение на дросселе 8 меняет полярность, начинается процесс отдачи энергии дросселя 8 в конденсаторы 10 и 5, При достижении на дросселе 8 напряжения, РаВНОГО ВЫХОДНОМУ НаПРЯжЕНИЮ Uabix, ОСтавшаяся энергия передается в конденсатор 5 через диоды 9,14, При выключении транзистора 2 в начальный момент происходит разрядка конденсаторов 7 и 10 током дросселя 4, Скоростью разрядки этих конденсаторов определяется скорость нарастания напряжения на транзисторе 2, При достижении напряжения на конденсаторе 7, равного напряжению на конденсаторах 10 и 12 с учетом падения напряжения на диодах 14,13, происходит одновременная разрядка через дроссель 4

1741266.

50

Составитель B.Ïøåíè÷íèêîâ

Редактор B.Ôåëüäìàí Техред М.Моргентал Корректор Т.Малец

Заказ 2092 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5 I

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 всех трех конденсаторов 7,10,12. После их разрядки дальнейшая их перезарядка не происходит, так как ток дросселя 4 протекает через обратный диод на накопительный конденсатор 5.

Таким образом, к следующему включению транзистора 2 в дросселях 3,4 и конденсаторах 7,10,12 токи и напряжения отсутствуют, запасенные энергии в этих элементах равны нулю.

При очередном включении процессы повторяются, Таким образом, обеспечивается практически полная передача запасенных энергий в реактивных элементах в нагрузку, за счет чего и достигается повышенный КПД.

За счет резонансной цепи, 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 передаваемой энергии, улучшается использование транзистора по току. Кроме того, указанная цепь позволяет существенно уменьшить скорость нарастания напряжения на реактивных элементах за счет увеличения величины емкости конденсаторов при выключении транзистора и передачи избыточной энергии в дросселе 8 в нагрузку при выходном напряжении Ussix<1/2Ег . Тем самым достигается эффективная работа преобразователя.

Формула изобретения

Преобразователь постоянного напря5 жения в постоянное, содержащий входной, выходной и общий выводы для подключения источника питания и нагрузки, соответственно первую последовательную цепь из управляемого ключевого элемента, демпфи10 рующего дросселя, накопительного дросселя и накопительного конденсатора, включенную между входным и общим выводами, а также вторую последовательную цепь из демпфирующего конденсатора, ди15 ода и дополнительного дросселя, причем накопительный конденсатор включен между выходным и общим выводами, а между точкой соединения дросселей первой последовательной цепи и .общим выводом

20 включен обратный диод, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения КПД и надежности, дополнительно введена третья последовательная цепь из диода и конденсатора, включенная параллельно демпфиру25 ющему дросселю, и два дополнительных диода, один из которых включен между точкой соединения диода и конденсатора второй последовательной цепи и общим выводом, а другой — между точкой соедине30 ния диода и конденсатора, третьей последовательной цепи и общим выводом.