Однотактный преобразователь постоянного напряжения

 

Использование: изобретение относится да + к электротехнике и может быть использовано в источниках вторичного электропитания Сущность изобретения: в преобразователе первичная обмотка 2 трансформатора включена последовательно с транзистором 1 между выводами конденсатора 9, к которым также присоединена цепь рекуперации , избыточной энергии, состоящая из обмотки 7 и диода 8. Конденсатор 9 соединен с входными выводами через диод 10. В устройстве избыточная энергия, накопленная в трансформаторе 3, накапливается в конденсаторе 9, отключенном от входных выводов запирающимся диодом 10 Это позволяет сократить потери энергии и увеличить КПД. 2 ил. о + о 2 О J ю ю

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Н 02 М 3/335

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ +

К АВТОРСКОМУ СВИДFTEJlbCTBY (21) 4844982/07 (22) 28.06.90 (46) 07.07.92. Бюл. М 25 (71) Институт электродинамики АН УССР (72) И.Г, Пономарев и А.Л. Свительский (53) 621;314.058(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1417134, кл. Н 02 М 3/335, 26.06.86.

Заявка ФРГ М 324,0759, кл. H 02 М

3/335, 11.05.83.

Заявка ФРГ bL 3411524, кл. Н 02 М

3/335, 10.10.85.. (54) ОДНОТАКТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ (57) Использование: изобретение относится

l0 Ж 1746492 Al к электротехнике и может быть использовано в источниках вторичного электропитания. Сущность изобретения: в преобразователе первичная обмотка 2 трансформатора включена последовательно с транзистором 1 между выводами конденсатора 9, к которым также присоединена цепь рекуперации избыточной энергии, состоящая иэ обмотки 7 и диода 8. Конденсатор 9 соединен с входными выводами через диод 10. В устройстве избыточная энергия, накопленная .в трансформаторе 3, накапливается в конденсаторе 9, отключенном от входных выводов запирающимся диодом 10. Это позволяет сократить потери энергии и увеличить КПД. 2 ил.

1746492

Изобретение относится к электротехнике, в.частности к преобразовательной тех.нике, и может быть использовано в источниках вторичного электропитания.

Известен однотактный преобразователь постоянного напряжения, содержащий силовой и управляющий транзисторы, силовой и управляющий трансформаторы, конденсатор и диод, включенные параллельно с силовым транзистором, и разрядную цепь.

В этом преобразователе к силовому транзистору прикладывается повышенное напряжение в резонансном режиме работы при максимальном напряжении на конденсаторе. К тому же при разряде конденсатора значительная часть энергии рассеивается на элементах разрядной цепи, содержащей ограничительный резистор. Это существенно снижает КПД и надежность устройства.

Известен также однотактный преобразователь постоянного напряжения, содержащий силовой транзистор, дроссель, трансформатор, выпрямитель, рекуперационную и демпфирующую цепи, В таком преобразователе значительная часть энергии при перезаряде конденсатора демпфирующей цепи рассеивается на ограничительном резисторе, что значительно снижает КПД устройства, Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является однотактный преобразователь постоянного напряжения, содержащий по меньшей мере один транзистор, включенный последовательно с первичной обмоткой трансформатора, выходной выпрямитель с LCD-фильтром и рекуперационную цепь, включающую в себя рекуперационную обмотку и диод.

В данном преобразователе вся энергия. запасенная в индуктивности рассеяния первичной обмотки трансформатора, возвращается во входную питающую цепь, что существенно снижает КПД, Особенно заметно отмеченный недостаток проявляется в мощных высоковольтных устройствах, где из-за плохой магнитной связи между обмотками трансформатора, вызванной необходимостью изоляции обмоток, в индуктивности рассеяния .первичной обмотки запасается значительная часть всей энергии.

Кроме того, при работе преобразователя большая часть периода тратится на накапливание энергии дросселем LCD-фильтра, которое происходит при постоянном напряжении, равном напряжению первичного источника электропитания. В результате этого также существенно уменьшается выходная мощность и КПД преобразователя.

Цель изобретения — повышение КПД преобразователя, Поставленная цель достигается тем, что в однотактный преобразователь постоянного напряжения, содержащий трансформатор. вторичная обмотка которого соединена через выпрямитель и фильтр с выходными выводами, а первичная обмотка подключена по меньшей мере через один транзисторный ключ к выходным выводам цепи рекуперации избыточной энергии трансформатора, введены конденсатор и диод,. включенные между одним из выходных выводов и выходными выводами цепи рекуперации избыточной энергии трансформатора, шунтированными конденсатором.

Введение в схему преобразователя диода и конденсатора позволяет уменьшить долю энергии, возвращаемую в цепь пер20 вичного источника электропитания, путем создания "барьера" для возврата энергии.

Кроме того, в предлагаемом преобразователе сокращено время накапливания энергии за счет действия повышенного питающего напряжения в течение некоторого времени после открытия транзистора. Это способствует увеличению энергии, передаваемой трансформатором в цепь нагрузки, и, в ре25

На фиг. 1 а, б приведены соответственно двухтранзиСторный и однотранзисторный варианты предлагаемого однотактного преобразователя постоянного напряжения; на фиг. 2 — диаграммы токов и напряжений. поясняющие работу преобразователя.

Преобразователь содержит входную цепь, включающую в себя транзистор 1 (в схеме по фиг, 1а таких транзисторов два) и первичную обмотку 2 трансформатора 3, включенную последовательно с транзистором 1, вторичная обмотка 4 трансформатора

3 через выпрямительный диод 5 и конденсатор 6 подключена к выходным выводам пре35

50 образователя.. рекуперационную цепь, включающую в себя рекуперационную обмотку 7 трансформатора 3 (в схеме по фиг, 1а рекуперационная обмотка 7 совмещена с первичной обмоткой 3). и диод 8 (в схеме по фиг. 1а таких диодов два), конденсатор 9, включенный параллельно с входной и рекуперационной цепями, выводы которого через диод 10 подключены к входным выводам преобразователя, и конденсатор 11.

Преобразователь работает следующим образом.

Предположим, что в трансформаторе 3 не обеспечена тесная магнитная связь между первичной 2 и вторичной 4 обмотками. В момент времени о транзистор 1 открываетзультате, позволяет повысить КПД устрой30 ства, . 1746492 ся и в обмотке 2 начинает нарастать ток !1, увеличивая энергию, запасаемую в магнитном поле трансформатора 3.

В момент tz транзистор 1 закрывается, и через рекуперационную обмотку 7 и диод

8 начинает протекать ток i<, в результате чего энергия, запасенная индуктивностью рассеяния первичной обмотки 2, поступает в конденсатор 9, увеличивая его напряжение О1(поскольку диод 10 закрыт) от уровня

Uo до Uo+ ЛО, где Uo — уровень напряжения первичного источника электропитания. Соответствующим образом увеличивается напряжение Uz первичной обмотки трансформатора 3. Ток it при этом плавно уменьшается, а ток вторичной обмотки iz плавно нарастает, вызывая рост напряжения Оз на выходе преобразователя.

В момент 1з ток рекуперационной цепи становится равным нулю, а достигший максимального значения ток iz начинает уменьшаться. Рост напряжения О> на конденсаторе 9 при этом прекращается, а напряжение Uz первичной обмотки 2 уменьшается до величины, определяемой соотношением витков первичной и вторичной обмоток трансформатора 3. Важно отметить, что в конденсатор 9 в течение времени tz — тз поступает лишь энергия, накопленная в поле рассеяния первичной обмотки трансформатора 3, причем плавное увеличение напряжения О< на конденсаторе 9 на величину hU создает

"барьер" для возврата части основной энергии трансформатора 3 в цепь первичного источника электропитания (конденсатор

11). Режим коммутации транзистора 1 при этом не ухудшается, поскольку рост напряжения Ui начинается после полного закрытия транзистора 1.

Величина емкости конденсатора 9 определяется соотношением гЛа

Лu где ЖIЧ вЂ” энергия, запасаемая индуктивностью рассеяния трансформатора 3 за один период;

ЛΠ— разность между максимальным напряжением на конденсаторе 9 и напряжением на конденсаторе 11 (обычно ЛО не превышает 20 — 30 от величины напряже5 ния на конденсаторе 11).

В момент ц ток lz вторичной обмотки 4 уменьшается до нуля и транзистор 1 снова открывается. При этом в первый момент времени к первичной обмотке 2 трансфор10 матора 3 прикладывается напряжение Uz, равное по величине U< + ЛО, что вызывает увеличениескорости нарастания тока i< первичной обмотки 2.

В дальнейшем напряжения U> и О

15 уменьшаются до момента времени ts, после чего открывается диод 10 и эти напряжения становятся постоянными, равными по величине Оо. С момента tg ток I< нарастает по линейному закону.

20 В момент t6 транзистор 1 снова закрывается, и процесс повторяется.

Таким образом, введение в схему устройства диода и конденсатора позволяет создать "барьер" для возврата части энер25 гии трансформатора в первичный источник электропитания путем увеличения напряжения на конденсаторе на величину ЛО. Кроме того, увеличение напряжения приводит к увеличению скорости и сокращению време30 ни нарастания тока в обмотке трансформатора до заданного уровня, В результате этого увеличивается энергия, передаваемая трансформатором в нагрузку, и повышается

КПД устройства.

35 Формула изобретения

Однотактный преобразоаатель постоянного напряжения. содержащий трансформатор, вторичная обмотка которого соединена через выпрямитель и фильтр с

40 выходными выводами, а первичная обмотка подключена по меньшей мере через один транзисторный ключ к выходным выводам цепи рекуперации избыточной энергии трансформатора, отличающийся тем, 45 что, с целью повышения КПД введены конденсатор и диод, включенный между одним из входных выводов и выходными выводами цепи рекуперации избыточной энергии трансформатора, шунтированными конден50 сатором.

1746492

Составитель Н,Пономарев

Техред М,Моргентал Корректор М.Пожо

Редактор В.Данко

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2401 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ. СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5