Двухтактный преобразователь постоянного напряжения

 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к двухтактным преобразователям постоянного напряжения. Техническим результатом изобретения является уменьшение напряжения выброса при переключениях транзисторов в два-пять раз, благодаря чему пропорционально возрастает надежность, снижается уровень помех и возрастает КПД преобразователя. В качестве транзисторов в преобразователе используют полевые транзисторы, при этом их силовыми выводами являются сток и исток, а управляющими выводами - затворы. В преобразователе схема управления формирует на затворах транзисторов поочередно сменяющие друг друга с заданной частотой открывающие и закрывающие эти транзисторы потенциалы, т. е. когда открыт первый транзистор - закрыт второй и наоборот. При этом открытый первый транзистор и первая секция первичной обмотки трансформатора или соответственно второй транзистор и вторая секция первичной обмотки трансформатора осуществляют высокочастотное преобразование входного постоянного напряжения Е_п, приложенного к выводам, в импульсное напряжение, трансформируемое на вторичную обмотку трансформатора, после чего с помощью диодного выпрямителя и фильтра выпрямленное и сглаженное постоянное напряжение заданной величины поступает на выходное выводы. 3 ил.

Устройство относится к области электротехники и может быть использовано в модулях электропитания.

Известен преобразователь постоянного напряжения, описанный в авт. свид. СССР 1359870 по МПК Н 02 М 3/337 за 1987 г., содержащий первый и второй управляемые поочередно переключающиеся транзисторы, трансформатор и выпрямитель, причем последовательно соединенные первый транзистор и первая секция первичной обмотки трансформатора связаны со входными выводами постоянного напряжения, с которыми также связаны последовательно соединенные второй транзистор и вторая секция первичной обмотки трансформатора, вторичная обмотка трансформатора через выпрямитель связана с выходными выводами для подключения нагрузки.

Известное устройство не содержит фильтра, а главное, имеет относительно низкий КПД и большие помехи в связи с весьма большими выбросами напряжения при переключениях транзисторов.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному устройству является преобразователь, описанный в авт. свид. СССР 1363401 по МПК Н 02 М 3/337 за 1987 г., содержащий первый и второй управляемые поочередно переключающиеся транзисторы, трансформатор, выпрямитель и фильтр, причем последовательно соединенные первый транзистор и первая секция первичной обмотки трансформатора связаны со входными выводами постоянного напряжения, с которыми также связаны последовательно соединенные второй транзистор и вторая секция первичной обмотки трансформатора, вторичная обмотка трансформатора через выпрямитель и фильтр связана с выходными выводами для подключения нагрузки.

Данное известное устройство также имеет относительно низкий КПД, низкую надежность и электромагнитные помехи из-за выбросов напряжения при переключении транзисторов, достигающих пяти-десятикратного значения входного напряжения питания.

Целью изобретения является устранение указанных выше недостатков, а именно, повышение надежности преобразователя и его КПД при одновременном снижении энергетических потерь и снижении электромагнитных помех путем значительного снижения выбросов напряжения при переключениях транзисторов.

Указанная цель достигается тем, что двухтактный преобразователь постоянного напряжения, содержащий первый и второй управляемые переключающиеся транзисторы, трансформатор, выпрямитель, фильтр и схему управления, причем последовательно соединенные силовые выводы первого транзистора и первой секции первичной обмотки трансформатора связаны с входными выводами постоянного напряжения, с которыми также связаны последовательно соединенные силовые выводы второго транзистора и второй секции первичной обмотки трансформатора, вторичная обмотка которого через выпрямитель и фильтр связана с выходными выводами постоянного напряжения, при этом управляющие выводы каждого транзистора соединены с соответствующими выходами схемы управления, представляющей собой генератор двух импульсных последовательностей, сдвинутых относительно друг друга на 180 градусов, дополнительно содержит конденсатор, выводы которого соединены с концами первой и второй секций первичной обмотки трансформатора, а в качестве транзисторов используют полевые транзисторы, причем с плюсовым входным выводом постоянного напряжения соединены начало первой секции первичной обмотки трансформатора и сток второго транзистора, исток которого соединен с концом второй секции первичной обмотки трансформатора, а с минусовым входным выводом постоянного напряжения соединены начало второй секции первичной обмотки трансформатора и исток первого транзистора, сток которого соединен с концом первой секции первичной обмотки трансформатора, управляющими входами транзисторов являются их затворы.

Технический результат изобретения состоит в том, что напряжение выброса при переключениях транзисторов уменьшается в два-пять раз, пропорционально чему возрастает надежность, снижается уровень помех и возрастает КПД преобразователя.

На фиг.1, 2 и 3 соответственно представлены блок-схема преобразователя и эпюры работы прототипа и заявленного изобретения.

На чертежах приняты обозначения: Еп - входное постоянное напряжение.

Исток - напряжение между выводами СТОК и ИСТОК каждого транзистора.

Показанные на фиг.2 и 3 эпюры соответствуют одному периоду работы одного из транзисторов. Для всех других периодов этого же транзистора эпюра повторяется, а для другого транзистора эпюра сдвинута на 180 градусов по оси времени t.

Преобразователь содержит первый 1 и второй 2 переключающие транзисторы, трансформатор 3 с первой секцией 3.1, второй секцией 3.2 первичной обмотки и вторичной обмоткой 3.3, выпрямитель 4 с первым 4.1 и вторым 4.2 диодами, фильтр 5 с конденсатором 5.1 и дросселем 5.2, схему 6 управления, конденсатор 7, плюсовой 8 и минусовой 9 входные выводы и плюсовой 10 и минусовой 11 выходные выводы.

Последовательно соединенные силовые выводы первого транзистора 1 и первой секции 3.1 первичной обмотки трансформатора 3 связаны с входными выводами 8 и 9 постоянного напряжения Еп, с которыми также связаны последовательно соединенные силовые выводы второго транзистора 2 и второй секции 3.2 первичной обмотки трансформатора 3, вторичная обмотка 3.3 которого через выпрямитель 4 и фильтр 5 связана с выходными выводами 10 и 11 постоянного напряжения, при этом управляющие выводы каждого транзистора 1 и 2 соединены с соответствующими выходами схемы управления 6, представляющей собой генератор двух импульсных последовательностей, сдвинутых относительно друг друга на 180 градусов, выводы конденсатора 7 соединены с концами первой 3.1 и второй 3.2 секций первичной обмотки трансформатора 3. При использовании полевых транзисторов 1 и 2 с плюсовым входным выводом 8 постоянного напряжения Еп соединены начало первой секции 3.1 первичной обмотки трансформатора 3 и сток второго транзистора 2, исток которого соединен с концом второй секции 3.2 первичной обмотки трансформатора 3, а с минусовым входным выводом 9 постоянного напряжения Еп соединены начало второй секции 3.2 первичной обмотки трансформатора 3 и исток первого транзистора 1, сток которого соединен с концом первой секции 3.1 первичной обмотки трансформатора 3.

В качестве транзисторов 1 и 2 для наибольшего эффекта используют полевые транзисторы. При этом их силовыми выводами являются СТОК и ИСТОК, а управляющими выводами - затворы. Для неполевых транзисторов - это соответственно коллектор, эммитор и база. В качестве элемента 6 целесообразно применить микросхему фирмы Моторолла типа UC 3843. Все остальные используемые в преобразователе элементы являются простейшими элементами широкого применения.

Преобразователь работает следующим образом.

Схема 6 управления формирует на затворах транзисторов 1 и 2 поочередно сменяющие друг друга с заданной частотой открывающие и закрывающие эти транзисторы потенциалы, т.е. когда открыт транзистор 1 - закрыт транзистор 2 и наоборот. При этом открытый транзистор 1 (транзистор 2) и первая секция 3.1 (вторая секция 3.2) первичной обмотки трансформатора 3 осуществляют высокочастное преобразование входного постоянного напряжения Еп, приложенного к выводам 8 и 9, в импульсное напряжение, трансформируемое на вторичную обмотку 3.3. Затем с помощью диодного выпрямителя 4 и фильтра 5 выпрямленное и сглаженное постоянное напряжение заданной величины поступает на выходные выводы 10 и 11.

Для прототипа (фиг.2) при переключениях транзисторов на каждом периоде происходят выбросы напряжения Исток на выводах транзисторов СТОК-ИСТОК, превосходящие уровень Еп 5-10 раз.

Для заявленного изобретения (фиг.3) большая часть индуктивной энергии аккумулируется на конденсаторе 7, уменьшая выбросы напряжения Исток в 3-5 раз, а затем возвращая накопленную энергию в схему, тем самым повышая КПД и надежность преобразователя и уменьшая электромагнитные помехи.

Формула изобретения

Двухтактный преобразователь постоянного напряжения, содержащий первый и второй управляемые переключающиеся транзисторы, трансформатор, выпрямитель, фильтр и схему управления, причем последовательно соединенные силовые выводы первого транзистора и первой секции первичной обмотки трансформатора связаны с входными выводами постоянного напряжения, с которыми также связаны последовательно соединенные силовые выводы второго транзистора и второй секции первичной обмотки трансформатора, вторичная обмотка которого через выпрямитель и фильтр связана с выходными выводами постоянного напряжения, при этом управляющие выводы каждого транзистора соединены с соответствующими выходами схемы управления, представляющей собой генератор двух импульсных последовательностей, сдвинутых относительно друг друга на 180 градусов, отличающийся тем, что преобразователь дополнительно содержит конденсатор, выводы которого соединены с концами первой и второй секций первичной обмотки трансформатора, а в качестве транзисторов используют полевые транзисторы, причем с плюсовым входным выводом постоянного напряжения соединены начало первой секции первичной обмотки трансформатора и сток второго полевого транзистора, исток которого соединен с концом второй секции первичной обмотки трансформатора, а с минусовым входным выводом постоянного напряжения соединены начало второй секции первичной обмотки трансформатора и исток первого полевого транзистора, сток которого соединен с концом первой секции первичной обмотки трансформатора, при этом управляющими входами полевых транзисторов являются их затворы.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3