Однотактный преобразователь постоянного напряжения

 

Использование: источниках питания различных систем. Сущность изобретения: устройство позволяет повысить эффективность преобразования за счет использования как прямого, так и обратного хода преобразований, пеоедачи энергии реактивных элементов дросселя (2), конденсатора (7) и дополнительного дросселя (9) в нагрузку и дополнительной передачи энергии от источника питания 1 во время открытого состояния транзистора (3). 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

1775815 Al (19) (11) (51)5 Н 02 М 3/335

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4914370/07 (22) 25.02,91 (46) 15.11.92. Бюл. М 42 (71) Научно-производственное объединение ." Плазма" (72) В.И.Пшеничников (56) Моин В.С. Стабилизированные транзисторные преобразователи, M.: Энергоатомиздат, 1968, с,121, рис,4, Зб.

Так же, с.125, рис,4,5 в, Авторское свидетельство СССР

N. 1411895, кл. Н 02 M 3/337, 1988. (54) ОДНОТАКТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ (57) Использование: источниках питания различных систем. Сущность изобретения; устройство позволяет повысить эффективность преобразования за счет использования как прямого, так и обратного хода преобразований, пеоедачи эне1)гии реактивных элементов дросселя (2), конденсатора (7) и дополнительного дросселя (9) в нагрузку и дополнительной передачи энергии от источника питания 1 во время открытого состояния транзистора (3). 2 ил.

1775815

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в источниках питания различных систем. . Известен ключевой повышающий преобразователь, в котором условия выключения транзистора улучшаются за счет включения конденсатора через диод параллельно транзистору, Энергия этого конденсатора рассеивается в резисторе, подключенном параллельно диоду при открытом состоянии транзистора, это снижает КПД преобразователя.

Известен ключевой повышающий преобразователь постоянного напряжения, содержащий дроссель, включенный по отношению к транзистору по автотрансформаторной схеме, коммутирующий диод, включенный последовательно с одной обмоткой дросселя и выходным фильтром, дополнител ьный диод, подключенный параллельно цепи. состоящей из коммутирующего диода и второй обмотки дросселя, При этом диоды включены согласно, Недостаток такого преобразователя — низкая надежность иэ-за высоких уровней напряжения и тока при выключении транзистора, что дополнительно снижает и КПД, Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому преобразователю является ключевой повышающий преобразователь постоянного напряжения, в котором для улучшения условий выключения транзистора параллельно ему включают шунтирующую 0С-цепочку. Для передачи запасенной энергии конденсатора ОС-цепочки параллельно диоду включена резонансная цепь, состоящая иэ дополнительных дросселя, отсекающего диода и конденсатора, а точка соединения последних двух элементов через разрядный диод соединена с положительным выводом источника питания.

Недостаток такого преобразователя заключается в снижении эффективности преобразования и функциональных возможностей из-за использования только обратного хода работы преобразователя. передачи частично запасенной энергии шунтирующего конденсатора в источник питания, что соответственно уменьшает коэффициент использования транзистора по току.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей и увеличение выходной мощности за счет использования как обратного, так и прямого хода преобразования и обеспечения воэможности работы от постоянного и пульсирующего напряжений, указанная цель достигается тем, что в известном преобразователе напряжения, содержащем силовой дроссель, подключен10 ный одним выводом к первому входному выводу преобразователя, а другим выводом через силовой транзистор — к второму входному выводу преобразователя, последовательную ОС-цепочку, шунтирующую транзистор, конденсатор фильтра, который через первый диод и силовой дроссель подключен к входным клеммам, дополнительный дроссель, последовательно соединенный со вторым диодом, и третий диод, силовой дроссель выполнен двухобмоточным, вторая обмотка включена между согласно включенными вторым и третьим диодами, последний из которых подключен к второму

15 входному выводу преобразователя и включен параллельно конденсатору DC-цепочки, дополнительный дроссель подключен к конденсатору фильтра, Введение второй обмотки в силовой

20. дроссель позволило обеспечить передачу энергии конденсатора шунтирующей цепи в нагрузку и дополнительно обеспечить передачу мощности в нагрузку из источника питания за время открытого состояния

25 транзистора. При этом улучшается коэффициент использования транзистора по току и обеспечивается возможность преобразования не только постоянного, но и выпрямленного переменного напряжения в постоянное, 30 что ведет к повышению коэффициента использования первичной питающей сети переменного напряжения (повышению cos р), На фиг.1 представлена схема преобразователя; на фиг,2-эпюры, поясняющие его

35 работу.

Преобразователь содержит источник . питания 1, к которому через двухобмоточный силовой дроссель 2 посредством его первой обмотки подключен транзистор 3, 40 параллельно которому включена шунтирующая ОС-цепь, состоящая из последовательно соединенных диода 4 и конденсатора 5.

Точка соединения дросселя 2 и транзистора

3 через диод 6 подключена к конденсатору

45 7 выходного фильтра. Вторая обмотка дросселя 2 подключена одним выводом через последовательно соединенные второй диод

8 и дополнительный дроссель 9 к конденсатору 7 фильтра, другим выводом — к конден50 сатору 5 РС-цепочки, шунтированнаму третьим диодом 10, При этом третий диод 10 включен согласно со вторым диодом 8 и встречно диоду 4 OC-цепочки. Нагрузка подключается к выходному фильтру — кон55 денсатору 7.

Отношение числа витков первой Ю1 и второй W2 обмоток силового дросселя 2 выбирается из условия гарантированной разрядки шунтирующего конденсатора в цепь нагрузки.

1775815 напряжения на конденсаторе 5 (ф равнога входному питающему напряжени а, рост тока 11 в первой W> обмотке дросселя 2 прекращается, напряжение на ней меняет

5 полярность и начинается процесс передачи запасенной энергии дросселя 2 в конденсатор 5, ток дросселя 2 уменьшается, В мо мент т4 равенства напряжения на конденсаторе 5 выходному напряжению от10 крывается диод 6. С этого момента конденсаторы 5 и 7 одновременно заряжаются током первой обмотки И/1 дросселя 2. Напряжение на второй обмотке W2 дросселя 2 имеет обратную полярность и равно раэни15 це напряжений выходного и входного напряжений, этим обеспечивается передача запасенной энергии дросселя 9 в конденсатор 7.

Режим рабаты дросселя 2 по току может

20 быть как непрерывный, так и прерывистый.

В случае, если ток lgдросселя 9 к моменту запирания транзистора 3 имеет определенное значение, зарядка конденсатора 5 будет осуществляться разностью токов пер25 вой W> обмотки дросселя 2 и дросселя 9.

Диод 10 прекращает проводить, когда напряжение на конденсаторе 5 будет равно падению напряжения на диоде 10. Заряд конденсатора 5 будет осуществляться раз30 ностью токов дросселей 2 и 9. Таким образом можно достигнуть увеличения времени зарядки конденсатора 5 и уменьшение скорости нарастания напряжения на транзисторе 3, а следовательно, в некоторых

35 случаях допустимо уменьшение величины конденсатора 5.

За счет передачи запасаемых энергий в основном и дополнительных реактивных элементах преобразователя в нагрузку, до40 полнительной передачи мощности источника питания в нагрузку за время прямого хада, достигается эффективность преобразования и расширяются функциональные возможности преобразователя. В частности

45 обеспечивается воэможность преобразования как постоянного, так и пульсирующего напряжений в постоянное, увеличивается выходная мощность преобразователя, повышается коэффициент использования

50 транзисторов па току, улучшается cosy npu преобразовании переменнага напряжения.

На эпюрах (фиг,2) представлены Uynp— управляющий сигнал транзистором 3; Ii— ток первой обмотки дросселя, Ug — напряжение на конденсаторе 5; Ig — ток дросселя; 1 а — ток диода 10; Iз — ток, протекающий через транзистор 3; ls — ток через диод 6; 17 — ток заряда конденсатора 7.

Преобразователь работает следующим образом. В исходном состоянии напряжения на конденсаторах 5 и 7 почти равны входному напряжению, токи обмоток дросселя 2 отсутствуют, При подаче управляющего Uynp сигнала на транзистор 3, последний отк ры ва ется (1з), и раисходит нарастание тока I> в первой обмотке W< дросселя 2 (фиг.2, 0-т ) одновременный резонансный разряд конденсатора 5 (05) (рис,2) по цепи: конденсатор 5 — вторая (W2) обмотка дросселя 2 — диод 8 — дроссель 9— конденсатор фильтра 7. После полной разрядки конденсатора 5 (t> — t2) и ток в дросселе

9 (Ig) замыкается по цепи: конденсатор 7— разрядный диод 10 — вторая обмотка W2 дросселя 2 — диод 8 — драссель 9.

Передача запасенной энергии конденсатора 5 достигается за счет напряжения второй обмотки W2 дросселя 2, служащей источником напряжения для цепи разрядки конденсатора 5. С момента начала проводимости диода 10 (t>, фиг,2) в зависимости от соотношения витков первой W> v второй W2 обмоток дросселя 2 можно получить различный режим работы дросселя 9, за время открытого состояния транзистора 3. При отношении витков W2/W1< ток в драсUovx

Uox селе 9 (Ig) после разряда конденсатора 5 уменьшается. Скорость уменьшения тока!з определяется величиной индуктивнасти дросселя 9 и разницей между выходным напряжением U»x и напряжением на второй

W2 обмотке дросселя 2.

Если разница напряжений относительно большая, дроссель 9 будет работать с полной отдачей энергии за время открытого состояния транзистора 3.

Следует заметить, что в случае неполной передачи запасенной энергии дросселем 9 в конденсатор 7 из источника 1 мощность в нагрузку будет передаваться значительно больше (t4 ts, фиг.2).

После снятия управляющего сигнала

Оудр с транзистора 3, ток 1 первой W) обмотки дросселя 2 продолжает нарастать и замыкается па цепи: диод 4 — конденсатор 5

5- источник питания 1-дроссель 2. Конденсатор 5 резонансно заряжается током Iq дросселя 2, если так дросселя 9 равен нулю и диод 10 не проводит. При достижении

Формула изобретения

Однотактный преобразователь посто5 янного напряжения, содержащий силовой дроссель, подключенный одним выводам к первому входному выводу преобразователя, а другим выводам через силовой транзистор — к второму входному выводу преабразог теля, последовательную DC-цепочку. шунтиру1775815

Составитель В.Пшеничников

Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор Л,Филь

Редактор Т.Иванова

Заказ 4039 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, yn,Гагарина, 101 ющую силовой транзистор, конденсатор фильтра, подключенный через первый диод и силовой дроссель к входным клеммам, дополнительный дроссель, последовательно соединенный с вторым диодом, и третий диод, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения и увеличения выходной мощности, силовой дроссель выполнен двухобмоточным, вторая обмотка включена м жду согласно включенным вторым и третьим диодами, последний из которых подключен к второму входному выводу

5 преобразователя и включен параллельно конденсатору 0С-цепочки, дополнительный дроссель подключен к конденсатору фильтра.