Однотактный преобразователь постоянного напряжения

 

Использование: в системах питания. Сущность изобретения: изобретение позволяет повысить надежность работы преобразователя и КПД за счет уменьшения напряжения на разомкнутом силовом транзисторе (6) в широком диапазоне напряжений и токов. В устройство введена третья обмотка (5)трансформатора (2) с подключенной к ней LDC-цепочкой (9, 10, 11), конденсатор (11) которой через диод (12) присоединен параллельно первичной обмотке (3) трансформатора (2). За время прямого хода преобразования осуществляется резонансный заряд конденсатора (11), служащего в последующем источником напряжения , направленного встречно питающему напряжению и создающего на транзисторе (6) определенную скорость нарастания напряжения , что повышает надежность работы 1 мл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s Н 02 М 3/335ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4911805/07 (22) 13.02.91 (46) 15.11.92. Бюл. М 42 (71) Научно-производственное объединение

"Плазма" (72) В.И.Пшеничников (56) Авторское свидетельство СССР

М 653706, кл.. Н 02 M 3/335. 1975.

Авторское свидетельство СССР

М 1246273, кл. Н 02 М 3/335, 1985.

Авторское свидетельство СССР

N- 1270848, кл. Н 02 М 3/335, 1987.

Авторское свидетельство СССР

М 334308, кл, Н 02 М 3/335,,1989.

Авторское свидетельство СССР

N1350784,,кл. Н 02 M 3/335, 1990, (54) ОДНОТАКТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

„„5U„„1775814 А1 (57) Использование: в системах питания.

Сущность изобретения . изобретение позволяет повысить надежность работы преобразователя и КПД за счет уменьшения напряжения на разомкнутом силовом транзисторе (6) в широком диапазоне напряжений и токов: В устройство введена третья обмотка (5) трансформатора (2) с подключенной к ней LDC-цепочкой (9, 10, 11), конденсатор (11) которой через диод (12) присоединен параллельно первичной обмотке (3) трансформатора (2). За время прямого хода преобразования осуществляется резонансный заряд конденсатора (11), служащего в последующем источником напряжения, направленного встречно питающему напряжению и создающего на транзисторе {б) определенную скорость нарастания напряжения, что повышает надежность работы, 1 ил.

1775814

25

40 рассеяния.

55

Изобретение относится к электронике и может быть использовано в системах питания для преобразования уровня постоянного напряжения, Известен однотактный преобразователь постоянного напряжения, содержащий силовой транзистор, две секции первичной обмотки трансформатора, каждая секция которого вместе с диодом, связывающим обе секции первичной обмотки, зашунтирояаны конденсаторами, две выходные обмотки, одна из которых связана через диод с

DC-фильтром, а другая через диод соединена с выходным конденсатором DC-фильтра, Наличие зависимости процессов перезарядки демпфирующих конденсаторов от изменения нагрузки вызывает ограничение по частоте преобразования, Устройство требует введения систем защиты при коротких замыканиях нагрузки, невысокий КПД иэ:за наличия диода в первичной цепи-трансформатора, существенно уменьшен коэффициент использования транзистора и трансформатора по напряжению из-за снижения коэффициента трансформации трансформатора в два раза, следовательно, увеличена габаритная мощность трансформатора.

Наиболее близким к предлагаемому и реобразователю является однотактный преобразователь напряжейия, содержащий силовой транзистор, двухобмоточный трансформатор, резонансную цепь зарядки дополнительного еМкостного накопителя, параллельно которому включен фиксирующий диод, емкостный фильтр, подключенный к второй обмотке трансформатора через фиксирующий диод и второй выпрямительь.

Недостаток этого устройства эаключается в снижении КПД и надежности из-за ухудшения условий выключения транзистора, зависящих от конструктивного исполнения трансформатора его индуктивности

Цель изобретения — повышение надежности и КПД путем уменьшения напряжения на разомкнутом силовом транзисторе в широком диапазоне входных и выходных напряжений и токов нагрузки.

Поставленная цель достигается тем, что в однотактном преобразователе постоянного напряжения, содержащем силовой ключ, присоединенный к входным выводам через первую обмотку трансформатора, вторая обмотка которого через дроссель и первый диод подключена к конденсатору резонансного контура, точка соединения которого с первым диодом подключена к первому выводу второго диода, а точка соединения с первой обмоткой — к первому выводу третьего диода, введена третья обмотка трансформатора, через выпрямитель подключенная к выводным выводам, при этом вторые выводы второго и третьего диодов присоединены к соответствующим входным выводам.

Взаимодействие третьей обмотки трансформатора с резонансным контуром позволяет эа время прямого хода обеспечить резонансный заряд конденсатора контура, служащего в последующем источником напряжения, направленного встречно питающему напряжению и создающего на транзисторе определенную скорость нарастания напряжения, что повышает надежность работы преобразователя, Энергия реактивных элементов контура передается в нагрузку в рабочем цикле и частично в источник питания, что повышает КПД, Схема преобразователя представлена на чертеже.

Преобразователь включает в себя источник питания 1 трансформатора 2, выполненный из трех обмоток 3, 4, 5; первичная обмотка 3 через транзистор 6, зашунтированный диодом 7, подключена к источнику питания 1, вторичная обмотка 4 — к нагрузке

8 (выходной выпрямитель, фильтр), а третья обмотка 5 трансформатора 2 подключена к резонансному контуру, состоящему из последовательно соединенных дросселя 9, диода 10 и конденсатора 11. Конденсатор 11 контура через диод 12 подключен параллельно первичной обмотки 3 трансформатора 2.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии токи в обмотках трансформатора 2 отсутствуют. При подаче управляющего сигнала на транзистор 6 последний открывается. Во время открытого состояния транзистора 6 с одновременным накоплением энергии в первичной обмотке

3 трансформатора 2 происходит резонансная зарядка конденсатора 11 по цепи: третья обмотка 5 трансформатора 2 — дроссель 9 — диод 10. Отношение витков первичной 3 и третьей 5 обмоток составляет около

1. При достижении уровня напряжения на конденсаторе 11, равного напряжению источника питания 1, зарядка его прекращается, а ток дросселя 9 замыкается по цепи; диод 10 — диод 12 — первичная обмотка 3— третья обмотка 5, если ток дросселя 9 меньше тока первичной обмотки 3. В этом случае ток через транзистор 6 уменьшается на величину тока дросселя 9. При токе дросселя

9 больше тока первичной обмотки 3, избыточный ток дополнительно замыкается по цепи: дроссель 9 — диод 10 — диод 12—

1775814

Составитель В.Пшеничников

Техред M. Mîðãåíòàë Корректор H.Ðåâñêàÿ

Редактор Т.Иванова

Заказ 4039 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж-35, Раушскэя наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 источник питания 1 — диод 7 — третья обмотка 5, происходит частично рекуперация запэсенной энергии дросселя 9 в источник питания 1. Напряжение на конденсаторе 11 удерживается на уровне входного питающе- 5

ro напряжения, ток первичной обмотки 3 продолжает нарастать линейно.

После снятия управляющего сигнала с транзистора 6 начинаются процессы выключения. Конденсатор 11 разряжается по 10 цепи: диод 12 — первичная обмотка 3, Ток в первичной обмотке 3 трансформатора 2 за счет разрядки конденсатора 11 является источником напряжения для трансформатора

2 при запирании транзистора 6, Скорость 15 нарастания напряжения на коллекторе транзистора 6 вначале определяется скоростью спада напряжения на конденсаторе 11 и не зависит от индуктивности рассеяния трансформатора 2 между первичной 3 и вто- 20 ричной 4 обмотками, что гарантирует выключение транзистора 2 при малых уровнях напряжений на нем при любых режимах работы транзистора.

После разрядки конденсатора 11 до ну- 25 левого уровня и достижения максимального тока в первичной обмотке, происходит перезарядка конденсатора 11 током первичной обмотки 3, Поскольку магнитная связь между первичной 3 и вторичной 4 (нагруз- 30 кой) обмотками не может реально быть равной единице, передаче запасенной энергии во вторичную 4 обмотку задер>кивается во времени из-за наличия индуктивности рассеяния между обмотками трансформатора. 35

Скорость нарастания напряжения на конденсаторе 11 будет выше, чем на.конденсаторе нагрузки 8. При достижении тока в индуктивности рассеяния равного току первичной обмотки 3 на некоторое время .40 прекращается перезарядка конденсатора

11 и идет процесс заряда конденсатора выходного фильтра 8, При достижении на конденсаторе нагрузки 8 напряжения, равного напряжению 45 на конденсаторе 11, дальнейший их заряд будет происходить синхронно, Работа преобразователя может быть осуществлена как с полной передачей запасенной энергии трансформатора 2, так и неполной. 8 последнем случае для уменьшения потерь в транзисторе 2 последовательно с ним следует установить демпфирующий дроссель, показанный нв рисунке пунктиром. К моменту подачи очередного запускающего импульса работа преобразователя повторяется аналогично при ненулевых значениях на конденсаторе 11, который будет перезаряжаться вновь до напряжения питания.

В установившемся режиме скорость нарастания напряжения на коллекторе транзистора 6 при его выключении будет определяться скоростью перезаряда конденсатора 11 до пересчитанного выходного напряжения.

Таким образом, выбором параметров элементов 9, 11, резонансного контура достигаются минимальные потери мощности и ри вы кл юче н ии тра нзи стор э 2.

Реализация однотактного преобразователя с выходной мощностью 100 Вт на частоте 25 кГц на основе предложенной схемы позволила достигнуть КПД преобразователя 90 .

Формула изобретения

Однотактный преобразователь постоянного напряжения, содержащий силовой ключ, присоединенный к входным выводам через первую обмотку трансформатора, вторая обмотка которого через дроссель и первый диод подключена к конденсатору резонансного контура, точка соединения которого с первым диодом подключена к первому выводу второго диода, а точка соединения с первой обмоткой — к первому выводу третьего диода, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения КПД и надежности путем уменьшения перенапряжений на силовом ключе при его выключении в широком диапазоне входных и выходных напряжений и токов нагрузки, введена третья обмотка трансформатора, через выпрямитель подключенная к выходным выводам, при этом вторые выводы второго и третьего диодов присоединены к соответствующим входным выводам,