Преобразователь постоянного напряжения

 

Использование: вторичные источники электропитания. Сущность изобретения: блок 19 управления вырабатывает импульсы управления транзисторными ключами 1,2,7 и 8. В течение времени, когда ключи 1, 2 открыты, а ключи 7, 8 закрыты, через обмотку 3 трансформатора 4 одновременно текут линейно нарастающий ток обмотки 5 дросселя 6 и линейно спадающий ток обмотки 22 дросселя 11 и наоборот, Ток обмотки 9 трансформируется в обмотке 13 трансформатора 4 и через диод 15 течет в нагрузку 24. Описаны два возможных режима работы преобразователя, имеющие место при различных соотношениях между числами витков дросселей и трансформатора. В первом режиме через нагрузку 24 течет неизменный по величине ток, а во втором режиме ток имеет небольшую пульсацию, обусловленную различием скоростей нарастания и спада тока в обмотках дросселей и наличием провалов в моменты, когда все четыре ключа закрыты. 2 ил. Ј 00 ю 00 о ел

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (sl)s Н 02 М 3/335

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4917930/07 (22) 11.03.91 (46) 23.06.93. Бюл. М 23 (71) Институт электродинамики АН УССР (72) И.Г.Пономарев, А.Л.Свительский, А.Г.Мясников и И.А.Гринчук (56) Авторское свидетельство СССР

th 11000077116677, кл. Н 02 М 3/335, 1981.

Авторское свидетельство СССР

hl 1317598, кл. Н 02 М 3/335, 1985. (54) ПРЕОБРАЗО8АТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО

НАПРЯЖЕНИЯ (57) Использование: вторичные источники электропитания. Сущность изобретения: блок 19 управления вырабатывает импульсы управления транзисторными ключами 1, 2, 7 и 8. B течение времени, когда ключи 1, 2 открыты. а ключи 7, 8 закрыты, через обмотЯ2„„1823105 А1 ку 3 трансформатора 4 одновременно текут линейно нарастающий ток обмотки 5 дросселя 6 и линейно спадающий ток обмотки 22 дросселя 11 и наоборот, Ток обмотки 9 трансформируется в обмотке 13 трансформатора 4 и через диод 15 течет в нагрузку 24.

Описаны два возможных режима работы преобразователя, имеющие место при различных соотношениях между числами витков дросселей и трансформатора. 8 первом режиме через нагрузку 24 течет неизменный по величине ток, а во втором режиме ток имеет небольшую пульсацию, обусловленную различием скоростей нарастания и спада тока в обмотках дросселей и наличием

"провалов" в моменты, когда все четыре ключа закрыты. 2 ил.

1823 i 05

Изобретение относится к алек гротехник и может быт, испольэовBH в "..IcTåûàx вторичного электропитания различной радиоэлектронной аппара p/pû.

Целью изобретения является уменьшение пульсаций выходного тока и напряжения, повышение (ПД и улу-.шени -, массогабаритных показателей преобразователя. .. На фиг.1 представлена электрическая схема предлагаемого преобразователя постоянного напряжения; на фиг,2 — временные диаграммы, поясняющие его работу.

Преобразователь постоянного напряжения (см. фиг.1) содержит первую силовую цепь, включающую в себя транзисторные ключи 1 и 2 (число последовательно соединенных транзисторных ключей выбирается таким, которое обеспечивает оптимальный по напряжению режим работы каждого ключа), последовательно с которыми включены первичная обмотка 3 трансформатора 4 и первичная обмотка 5 дросселя 6. и вторую силовую цепь, включающую транзисторные ключи 7 и 8, последовательно с которыми включены другая первичная обмотка 9 трансформатора 4 и первичная обмотка 10 дросселя 11. Вторичные обмотки .2 и 13 рансформатора 1через диоды 14 и 15 соотBpTcTBBHHQ подключены к выходным выоо. дам о и 17, между которыми вклю . ен 30 фильгрующий конденсатор 18. ВыходньIe выводы блока 19 управления соединены с управляющими Bëåêòðoäýìè ранэис;Ор. ных ключей i, 2, 7 и 8, Вторичная обл О ка

"0 дросселя 6 через диод 21 подключен;, к обмотке 9 трансформатора 4, а вторичная обмотка 22 дросселя 11 через, 23 подключенаа к обмо1 ке 3 трансформатора 4. Позицией 24 на фиг.1 обозначена нагрузка преобразователя, . 40

Преобразователь работает следующим образом.

Блок 19 управления, на который по цепи обратной связи могут поступать сигналы датчиков токов и напряжений, вырабатыва- 45 ет импульсы управления транзисторными ключами 1, 2, 7 и 8, Необходимо отметить, что наибольший положительный эффект при работе устройства достигается в случае. когда выполняются следующие условия

И го Игг Wg 2 живых (1)

Ws W1o 1/ /э Uex

55 где Ф/го и Ws — числа витков обмо1ок 20 и 5 дросселя 6;

Ю/гг и 9/>p — числа витков обмоток 22 и

<0 дросpi,,ля 11;

Р/э и W3 — числа витков обмоток 9 и 3 трансформатора 4;

Uo x u Uax — величины выходного и входного (питающего) напряжения преобраэова i I ß.

При выполнении условий (1) очередные импульсы управления U1,2 и U7,8 (см. фиг.2) в момент t> переводят транзисторные ключи

1 и 2 в открытое состояние, а ключи 7 и 8— в закрытое состояние, в результате чего к цепи "обмотка 3 трансформатора 4 — обмо-ха 5 дросселя 6" гц инладывается напряжение U«. которое делится между указанными обмотками поров„:у, Начиная с момента t> в цепи обмотки 5 дросселя 6 протекает линейно нарастающий ток i5, а в цепи Оомотки 22 Дросселя 11 — линейно спадающий ток гг. Поскольку оба этих тока текут через обмотку 3 трансформаора 4 в одном направлении, причем при выполнении условий.(1) скорость нарастания ТОка l5 равна скорости спада тока 1гг, то в течен1P времени t1 — тг через 06MQTKY 3 протекает постоянный по величине ток!3, pBBHI и сумме токов цг и I5, Однгвременно с этим, в о змотке;2 трансформатора 4 проек;, fip ..TîÿI.II,Iè по величине трансформируемый ок I12, который через диод 14 ечет в нагруэк, 24.

В момент ty импульсы управления 0 I г )т Q блока 19 переводят транзисторные I.III0ru 1," B эакрыгое сллояние, а транзистор;ые ключи 7, 8 — B Открытое состояние. При э-ioII пс".-:pII..;; ь напряжений на Обмот<ах

;рансформатора 4 иэ. н этся и в 1ечение времени f2 13 B схеме устройства протекают процессы, анало;ичные гем, которые имели место в течение времени t>-тг. с TîÀ разницей, что линеино н".pàñòàIoùèé ток течет в . цепи обмогки 10 дросселя 11 (ток lip), линейно спадающий ток — в цепи обмотки 20 дросселя

5 (ток imp), а постоянный по величине ток — в цепях обмогок 9 и 13;рансформатора 4 (токи

lg и ii3), При этом ток течет в нагрузку 24 через

ДИОД 1 5.

Е л1омент 3 транзисторные ключи 1,2 снова открываются, а транзисторные ключи 7,8 эакрываю1ся и процесс повторяется, обеспечивая протекание постоянного тока в цепи нагрузки 24.

Рассмотренный выше режим работы преобразователя, как отмечалось выше, возможен лишь при выполнении условий (1), поскольку в этом случае справедливо также соотношение: тн:= С.. (2) где тн и tc — времена нарастания и спада тока в дросселях 6 и 11.

1823105 (3).

tC = 3Н + t

В случаях, ко<да условия (1) не выполняюгся, справедливо другое соотношение, получаемое иэ условия равенства накапливаемой и отдаваемой за один период в нагрузку 24 мощностей дросселями 6 и 11 где tf< — время паузы, соответствующее закрытому состоянию всех транзисторных ключей.

На фиг.2 такой режим показан, начиная с момента времени t4. Рассмотрим процессы. имеющие место в преобразователе при выполнении условия (3).

В течение времени t5-t6 транзисторные ключи 1 и 2 открыты и через обмотку 5 дросселя б протекает линейно нарастающий ток, а через обмотку 22 дросселя 11 — линейно спадающий ток ig. Ток 1з, протека Ощий через обмотку 3 трансформатора 4 и равный сумме токов 15 и i22, при этом немного увеличиьается, поскольку скорость нарастания тока 1 больше скорости спадания тока 122 и, следовательно, полкой взаимной компенсации изменений этих токов не происходит.

С<>ответс1вуюшим образом изменяется трансф р<. .,руемый ток <а2, протекак.щий в цепи <г<ло.тки 12 трансформа1ора 4. v . TQK

3 "

В l О< I .: ò 1е тра3-,зисторнь<е ключи 1 и 2 закрыла oтсs, и до <ломент ".г з -<крь<ты Все клю-и. 3 3TO время -1 аз обмотку 3 трансформато;:а 4 течет ТоК обмотки 22 дросселя

1 i (TQK 122), .1 через 05 лотку 9 трансформатора 4 — ток обмотки 20 дросселя 5 (ток i2o).

Поскольку указанные токи текут во встречном направлении (ток 122 — от начала к концу обмо1ки, а ток 12o — от конца к началу обмотки), причем ток 122 больше по величине, чем ток i2o, то полярность напряжений на обмотках 1рансформатора 4 определяется направлением протекания тока 122, а в обмотке

i2 трансформатора 4 трансформируется ток

112, рдВный разности тОкОВ 122 и 12о (см. Пун ктирная линия на фиг 2). В связи с этим на кривой тока нагрузки (124) в те«ение времени

t5 t7 появляется "провал" тока, В момент t7 транзисторные ключи 7 и 8 открываются и в течение времени t7 — ta через обмстку 10 дросселя 11 протекает линейно нарастающий ток ilo, через обмотку

20 дросселя 5 — линейно спадающий ток 12о, а через обмотку 9 трансформатора 4 — ток lg, равный сумме токов1<О и 120. Иэ-за неполной компенсации изменений этих токов, ток нагрузки 124 в течение времени t7 t8 немного увеличивается.

В момент тв — ðàíçèñòîðíûå ключи 7 и 8

Закрываются и до момента tg закрыты все

35 ключи. В течение времени t8-tg в схеме устройства протекают процессы,; нелогичные тем, которые имели место в течение времеНИ t6 — t7, С тсй Разницей, что ток 120 Оказывается большим по величине, чем ток 122. В связи с этим полярность напряжений на обмотках трансформатора 4 определяется направлением протекания тока 12о, а ток 13з, равный разности токов12р и122, трансформируется в обмотке 13 трансформатора 4. Следовательно, на кривой тока нагрузки (124) в течение времени ta — tg также появляется

"провал" тока.

В момент tg транзисторные ключи 1 и 2 снова открываются и далее процесс продолжается аналогичным образом.

Таким образом в преобразователе благодаря введению дополнительных обмоток трансформатора и второго двухобмоточного дросселя осуществляется взаимная компенсация изменений токов двухобмоточных дросселей и трансформатора. При выполнении условий (1) обеспечивается практически полная взаимная компенсация этих изменений, то есть получение наибольшего положитег<ьного эффекта. R случаях, когда услов;,я (1I «е вы«0, —:01ся, и льет ме то не<10<1<3ая 0

Пг еэбра» <и.а,ель c"еспеливае1 резкое ум:..:. ш=ние п,«<ьсаций вь;ход<..:. < ; 10 а и -i<3 1;,< ."<. Èi< .Я ПО

Формула изобрете<:ия

Преобразователь постоянного напряжения, содержащий две силовые цепи, каждая из которых вк3 ю <лет по меньшей мере один транзисторный ключ, трансформа1ор, первичная обмотка которого включена последовательно с транзисторным ключом, а вторичные обмотки через выпрямительный диод подключены к соответствующему выходному выводу преобразователя, между которыми подключен конденсаторный фильтр и блок управления, выходные выводы которого подключены к управляющим входам транзисторных ключей, о т л и ч а юшийся тем, что., с целью уменьшения пульсаций вь<ходного тока и напряжения, повышения КПД и улучшения массогабаритных показателей, введены два диода и два двухобмоточных дросселя, первая обмотка

1823105

7,8

L)$l ) i9(Lи) %us.2

Составитель Н,Цишевская

Техред М,Моргентал Корректор М.Куль

Редактор г

Заказ 2185 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, ул,Гагарина, 101 каждого из которых включена последовательно с каждым транзисторным ключом и первичной обмоткой трансформатора, при этом вторая обмотка дросселей подключена через соответствующий введенный диод параллельно первичной обмотке трансформатора противоположного транзисторного ключа, причем обмотки трансформатора выполнены на одном магнитопроводе, 5