Однотактный преобразователь постоянного напряжения

 

Использование: преобразование постоянного напряжения в переменное для систем вторичного электропитания и электропривода . Сущность изобретения: при выключении транзистора i конд-ры 3, 4 заряжаются через диоды 5, 7, обеспечивая уменьшение потерь в транзисторе. При включении транзистора 1 кондр-ры 3, 4 перезаряжаются через дроссель 9 и диоды 5, 6, а кондр-р 4 дополнительно перезаряжается через резистор 8. При выключении транзистора 1 вначале открывается диод 7 и быстро перезаряжает кондр-р 4, так как емкость конд-ра 4 в несколько раз меньше, чем конд-ра 3. Благодаря этому уменьшаются потери на перезаряд конденсаторов 3, 4. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s Н 02 M 3/335

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ! ()

1 > (21) 4836092/07 (22) 03.05.90 (46) 07.09.92. Бюл. N ЗЗ (71) Чувашский государственный университет им; И.Н.Ульянова (72) В.И.Костылев (56) 1. Патент ФРГ

|Ф 2719026, кл. Н 02 М 3/335, 1978.

2. Патент США

М 3818311, кл, 318-43, 1975, (54) ОДНОТАКТНЪ|Й ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ (57) Использование: преобразование постоянного напряжения в переменное для сисОднотактный преобразователь постоянного напряжения относится к области промышленной электроники и может использоваться в источниках вторичного электропитания, устройствах электропривода и т.д.

Известен однотактный преобразователь постоянного напряжения, содержащий транзистор и конденсатор, соединенный с коллектором транзистора и с последовательной цепью из дросселя и двух диодов, подключенной ко входным выводам преобразователя, причем один из диодов зашунтирован резистором, Известен также однотактный преобразователь постоянного напряжения, содержащий транзистор, последовательную цепь из двух диодов и дросселя, конденсатора, соединяющего коллектор транзистора с оследоьательной цепью, и третий диод.

Недостаток прототипа заключается в том, что в нем не во всех режимах обеспечивается полный перезаряд конденсатора, . Ы,» 1760611 А1 тем вторичного электропитания и электропривода. Сущность изобретения: при выключении транзистора конд-ры 3, 4 заряжаются через диоды 5, 7, обеспечивая уменьшение потерь в транзисторе, При включении транзистора 1 кондр-ры 3, 4 перезаряжаются через дроссель 9 и диоды 5, 6, а кондр-р 4 дополнительно перезаряжается через резистор 8. При выключении транзистора

1 вначале открывается диод 7 и быстро перезаряжает кондр-р 4, так как емкость канд-ра

4 в несколько раз меньше, чем канд-ра 3.

Благодаря этому уменьшаются потери на перезаряд конденсаторов 3, 4. 1 ил, формирующего траекторию переключения транзистора, в результате чего в момент его эапирания происходит скачкообразное увеличение напряжения, и спад коллекторного тока проходит при достаточно большом напряжении на транзисторе. При этом в нем выделяются существенные динамические потери, снижающие КПД и надежность преобразователя. Отмоченный скачок напряжения может быть устранен путем шунтирования одного иэ диодов резистором, однако КПД преобразователя останетcsI низким.

Целью изобретения является повышение КПД однотактного преобразователя постоянного напряжения.

С этой целью в однотактном преобразователе постоянного напряжения, содержащем транзистор, подключенный змиттером к первому входному выводу преобразователя, а коллектором — к первому выходному выводу преобразователя и к первому выво1760611 ду первого конденсатора, Второй вывод коТорого соединен с первым выводом первого диода и через цепочку из последовательно включенных дросселя и второго диода ñoåдинен с эмиттером транзистора, второй конденсатор, подключенный первым выводом к коллектору транзистора, а вторым Выводом через третий диод, шунтированный резистором — ко второму выводу преобразователя, являющимся одновременно вторым выходным выводом преобразователя, второй вывод первого диода соединен со вторым выводом второго конденсатора, причем первый, второй и третий диоды включены в полярности согласно последовательно по отношению друг к другу и встречно по отношению к полярности напряжения на Входных выводах преобразователя, На чертеже изображена схема предлагаемого однотактного преобразователя постоянного напряжения.

Однотактный преобразователь постоянного тока содержит транзистор 1, нагрузку 2, первь9й 3 и Второй 4 конденсаторы, первый 5, второй 6, третий 7 диоды, резистор 8, дроссель 9, первый 10 и второй 11 входные зажимы. На чертеже для удобства

Описания устройства В;(ачестВе нагрузки 2 показана Выходная цепь Однотактного пре" образователя с обратным включением диода, содержащая трансформатор 12, вь9пряк9итель 13, фильтр 1-t, нагру,:(у 15. Емкость конденсатора 4 значительно меньше емкости конденсатора 3.

Транз99стор " и нагрузка 2 подключены к пеов :.Му 10 и Втором : t 1 ВхОДным Выво" дам. К этим х:е Выводам подкл9очена последовательная цепь на обмотки дросселя 9 и диодов 5, 6, 7. К точке соединения транзистора 1 и нагрузки 2 присоединены конденсаторы 3 и 4, Вторые Выводы которых подключены соответственно к общей точке диодов 5, 6 и 5, 7. Диод 7 зашунтирован резистором 8.

Рассмотрим принцип работы предлагаемого устройства, Посла выключения транзистора 1 конденсаторы 3 и4 под действием тока нагрузки 2 заряжаются с полярность9О, показанной на чертеже без скобок, до напряжений на них соответственно U;9 и U(z, равных между собой и равных напряжению на нагрузке 2, которое определяется суммой приведенного напряжения на фильтре

14 и напряжения, создаваемого разрядом индуктивности рассеяния трансформатора

12, Заметим, что на практике эти напряжения, как правило, ниже напряжения питаHMfl HB Входных Выводах 10 !9 11, ocoGBHHo

25 «0

40 при использовании промышленной сети переменного тока.

При включении транзистора 1 напряжение на нем быстро спадает до нуля, и на нагрузку 2 подается напряжение питания Е, Левые по схеме обкладки конденсаторов 3 и 4 оказываются соединенными с первым входным выводом 10, поэтому диоды 6 и 5 отпираются, и образуется резонансный контур, состоящий из параллельного соединения конденсаторов 3, 4 и дросселя 9, По мере перезаряда конденсаторов 3, 4 напря- . жения на них меняют свой знак (показаны на чертеже в скобках), и положительный потенциал их левых обкладок увеличивается до момента, когда диоды 6 и 5 закроются.

Если-бы переэаряд конденсаторов 3 и 4 происходил В идеальных условиях, без потерь, ro на них установились бы напряжения с новой полярностью, обратной предыдущей, по модулю равные U(9 и U

После эапирания диода 6 запирается и диод 5, и В то время, как напряжение на конденсаторе 3 остается неизменным, напряжение на конденсаторе 4 продолжает возрастать поскольку его дальнейший перезаряд происходит через резистор 8. При выборе постоянной времени перезаряда конденсатора 4 через рсэистор 8, равной произведени9о их емкости и сопротивления, Второе меньшей длительности включенного состояния транзистора 1, к момен.гу запира:-;ия последнего конденсатор 4 успеет заряду:ться до напряжения Е. Поставленное условие Выпблнить несложно, поскольку

Онденсатор 4, играет Вспомогательную роль, и его емкость может быть на порядок меньше, чем у конденсатора 3.

При запирании транзистора 1 ток нагрузки 2 первым открывает диод 7 и, протекая через него, начинае9 перезаряжать конденсатор 4. Благодаря этому напряжению на транзисторе 1 плавно, хотя и быстро, возрастает с нуля, давая тем самым воэможность большей части тока коллектора спасть при еще низком напряжении на нем, После того, как напряжения на конденсаторах 3 и

4 сравняются. Откроется диод 5, и ток нагр ;эки = начнет протекать через параллельное соединение конденсаторов 3 и 4, в результате чего скорость нарастания напряжения на транзисторе 1 в еще большей сте55 пени замедлится, что улучшит траекторию переключения. В конечном счете, под действием тока нагрузки 2 произойдет смена полярности напряжений на конденсаторах

3 и 4 и станет такой, какой она показана на чертех(е без скобок.

1760611

Таким образом, форма напряжения на транзисторе 1 представляет собой ломанную линию, содержащую участок сравнительно быстрого нарастания напряжения с

0 до равности напряжений Š— U«, который формируется конденсатором 4, и участок более медленного роста нэпря>кения с предыдущего значения до максуМального, формируемого конденсатором 3. При больших напряжениях питания и при малых токах нагрузки, когда напряжение U« невелико, формирование траектории переключения осуществляется вспомогательной цепью с конденсатором 4, а по мере возрастания нагрузки — во все большей степени основной цепью с конденсатором 3, Однотактный преобразователь постоянного напряжения сохраняет работоспособность и в том случае, когда дроссель 9, помимо показанной на чертеже обмотки, содержит и дополнительные, например размагничивающие обмотки, В предлагаемом устройстве коммутации в номинальном режиме работы конденсатор вспомогательной цепи формирования траектории переключения при подготовке к следующему циклу включения транзистора перезаряжается в основном через дроссель и лишь частично, на конечном этапе, через резистор: Вседствие этого потери на перезаряд уменьшаются и КПД выше, чем у прототипа, Формула изобретения

5 Однотактный преобразователь постоянного напряжения, содержащий транзистор, подключенный змиттером к первому входному выводу преобразователя, а коллектором — к первому выходному выводу

10 преобразователя и к первому выводу первого конденсатора. второй вывод которого соединен с первым выводом первого диода и через цепочку из последовательно включенных дросселя и второго диода соединен с

15 змиттером транзистора, второй конденсатор, подключенный первым выводом к коллектору транзистора, а вторым выводом через третий диод, шунтированный резистором; — к второму входному выводу преоб20 разователя, являющемуся одновременно вторым выходным выводом преобразователя, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД, второй вывод первого диода соединен с вторым выводом второго

25 конденсатора, причем первый, второй и третий диоды включены в полярности согласно последовательно по отношению друг к другу и встречно по отношению к полярности напряжения на входных выводах преобразо30 вателя.