Квазирезонансный преобразователь постоянного напряжения с переключением при нулевом напряжении



Квазирезонансный преобразователь постоянного напряжения с переключением при нулевом напряжении

 


Владельцы патента RU 2478254:

Закрытое акционерное общество "Малое многопрофильное предприятие - ИРБИС" (ЗАО "ММП-ИРБИС") (RU)

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано во вторичных источниках питания. Технический результат заключается в повышении надежности за счет снижения перегрузки на силовом ключе и выпрямителе. Для этого заявленное устройство содержит подключенные параллельно первому и второму входным выводам преобразователя первый конденсатор, первую цепь, состоящую из первой первичной обмотки трансформатора и силового ключа, и вторую цепь из первого и второго резисторов, транзисторный управляющий ключ, третий резистор, второй конденсатор, вторую первичную обмотку трансформатора, третий конденсатор, вторичную обмотку трансформатора, выпрямитель и фильтр, введены третья и четвертая цепи, содержащие соответственно четвертый резистор и первый диод, и пятый резистор и второй диод, включенный встречно первому диоду, при этом первые выводы третьей и четвертой цепей объединены и подключены к первому выводу второй первичной обмотки трансформатора, вторые выводы их объединены и подключены к управляющему входу транзисторного управляющего ключа. 1 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано во вторичных источниках питания.

Известен квазирезонансный преобразователь напряжения с переключением при нулевом напряжении, содержащий подключенные параллельно первому и второму входным выводам первый конденсатор, первую цепь из первой первичной обмотки трансформатора, силового ключа, шунтированного вторым конденсатором, и первого резистора, и вторую цепь из второго и третьего резисторов и управляющего транзисторного ключа, управляющий вход которого подключен через четвертый резистор к точке соединения силового ключа и первого резистора, к которой подключен первый вывод третьего конденсатора, второй вывод которого подключен к управляющем входу силового ключа, к точке соединения третьего резистора и управляющего транзисторного ключа и через встречно включенный диод - ко второму входному выводу, к которому подключен первый вывод второй первичной обмотки трансформатора, второй вывод которой через четвертый конденсатор подключен к точке соединения второго и третьего резисторов, при этом вторичная обмотка трансформатора через выпрямитель и фильтр подключена к выходным выводам. /См. п. RU №2109394, H02M 3/335, 1994 г./ Недостатком известного преобразователя является недостаточная надежность из-за зависимости выходной мощности от изменения температуры на управляющем транзисторе и от изменения входного напряжения.

Известен источник питания, содержащий подключенные параллельно к первому и второму входным выводам последовательно соединенные первый и второй резисторы, и цепь из первой первичной обмотки трансформатора и силового ключа, управляющий вход которого через третий резистор подключен к точке соединения первого и второго резисторов, к которой подключен через управляющий транзисторный ключ, шунтированный встречно включенным диодом, второй входной вывод, к которому через первый конденсатор подключен управляющий вход управляющего транзисторного ключа, к которому подключен первый вывод четвертого резистора, ко второму выводу которого подключены через последовательно соединенные второй конденсатор и пятый резистор точка соединения первого и второго резисторов и первый вывод второй первичной обмотки трансформатора, второй вывод которой подключен ко второму входному выводу, при этом вторичная обмотка трансформатора подключена через выпрямитель и фильтр к выходным выводам источника питания. /См. п. EP №1626490, H02M 3/35, 2007 г./

Недостатком источника питания является недостаточная надежность, обусловленная перегрузками на силовом ключе и выпрямителе, а также существенная зависимость максимальной выходной мощности от изменения температуры на управляющем транзисторе.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является источник питания, содержащий мостовой выпрямитель и квазирезонансный преобразователь постоянного напряжения, первый и второй входы мостового выпрямителя являются соответственно первым и вторым входами источника питания, первый и второй выходы его подключены соответственно к первому и второму входам квазирезонансного преобразователя постоянного напряжения, состоящего из подключенных параллельно первому и второму входам квазирезонансного преобразователя постоянного напряжения первого конденсатора, цепи из первой первичной обмотки трансформатора и силового ключа, и последовательно соединенные первый и второй резисторы, точка соединения которых подключена - к управляющему входу силового ключа, к выходу управляющего транзисторного ключа, к первому выводу второго конденсатора, второй вывод которого через третий резистор и вторую первичную обмотку трансформатора подключен ко второму входу преобразователя, к которому подключены вход управляющего транзисторного ключа и первый вывод третьего конденсатора, второй вывод которого подключен к управляющему входу управляющего транзисторного ключа и через четвертый резистор и оптрон, свободный ввод которого подключен к управляющему входу силового ключа, - к выходам квазирезонансного преобразователя, к которым подключена через выпрямитель и фильтр вторичная обмотка трансформатора. /См. п. US №6868193, НКИ 363-15, 2006 г./

Недостатком данного преобразователя является недостаточная надежность из-за перегрузок на силовом ключе и выпрямителе, а также из-за существенной зависимости выходной мощности от изменения температуры на управляющем транзисторном ключе квазирезонансного преобразователя постоянного напряжения.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение надежности за счет снижения перегрузки на силовом ключе и выпрямителе.

Результат достигается тем, что в квазирезонансный преобразователь постоянного напряжения с переключением при нулевом напряжении, содержащий подключенные параллельно первому и второму входным выводам преобразователя первый конденсатор, первую цепь, состоящую из первой первичной обмотки трансформатора и силового ключа, и вторую цепь из первого и второго резисторов, точка соединения последних подключена к управляющему входу силового ключа, к выходу транзисторного управляющего ключа и через последовательно соединенные третий резистор и второй конденсатор к первому выводу второй первичной обмотки трансформатора, второй вывод которой подключен ко второму входному выводу преобразователя, к которому подключены вход транзисторного управляющего ключа, и через третий конденсатор - управляющий вход последнего, вторичная обмотка трансформатора через выпрямитель и фильтр подключена к выходным выводам преобразователя, введены третья и четвертая цепи, содержащие соответственно четвертый резистор и первый диод, и пятый резистор и второй диод, включенный встречно первому диоду, при этом первые выводы третьей и четвертой цепей объединены и подключены к первому выводу второй первичной обмотки трансформатора, вторые выводы их объединены и подключены к управляющему входу транзисторного управляющего ключа.

Анализ известных технических решений из научно-технической и патентной литературы позволяет сделать вывод, что на настоящее время неизвестно техническое решение, содержащее совокупность существенных признаков, что и в предложенном техническом решении.

Использование совокупности признаков, отличающих заявляемое техническое решение от известных при изучении данной и смежной областей раздела техники преобразования постоянного напряжения с той же целью, не выявлено, что обеспечивает заявляемому техническому решению соответствие критерию «существенные отличия» /см. а.с. СССР №1836705, H02M 3/335, 1992, п. РФ №1820466, H02M 3/335, 1991, п. РФ №2076444, H02M 3/335, 1997, п. РФ №2396684, H02M 3/335, 2009, п. US №5126931, НКИ 363-21, 1992, п. US №6816393, НКИ 363-21.23, 2004/.

На чертеже представлена электрическая схема квазирезонансного преобразователя постоянного напряжения с переключением при нулевом напряжении.

Квазирезонансный преобразователь постоянного напряжения с переключением при нулевом напряжении содержит первый 11 и второй 12 входные выводы преобразователя, к которым подключены параллельно первый 2 конденсатор, первая цепь из первой 31 первичной обмотки трансформатора 3 и силового 4 ключа, вторая цепь из первого 5 и второго 6 резисторов, точка соединения которых подключена к управляющему входу силового 4 ключа, к выходу транзисторного 7 управляющего ключа, и через последовательно соединенные третий 8 резистор и второй 9 конденсатор - к объединенным первым выводам третьей и четвертой цепей, состоящих соответственно из последовательно соединенных четвертого 10 резистора и первого 11 диода и пятого 13 резистора и второго 14 диода, включенного встречно первому 11 диоду, к первому выводу второй 32 первичной обмотки трансформатора 3, второй вывод которой подключен ко второму 12 входному выводу, к которому подключены вход управляющего 7 транзисторного ключа, первый вывод третьего 12 конденсатора, второй вывод которого подключен к управляющему входу транзисторного 7 ключа, к объединенным вторым выводам третьей и четвертой цепей, при этом вторичная 33 обмотка трансформатора 3 подключена через выпрямитель 15 и фильтр 16 к первому 171 и второму 172 выходным выводам.

В качестве силового 4 ключа может быть использован МОП-транзистор, в качестве выпрямителя 15 - диод, а в качестве фильтра 16 - конденсатор.

Квазирезонансный преобразователь постоянного напряжения работает следующим образом.

В исходном состоянии ток в обмотках 31 и 32 трансформатора 3 отсутствует, силовой 4 ключ заперт. При подаче входного напряжения V1 происходит заряд второго 9 конденсатора по цепи: первый 11 входной вывод, первый 5 резистор, третий 8 резистор, второй 9 конденсатор, вторая 32 первичная обмотка трансформатора 3, второй 12 входной вывод и заряд емкости затвора силового 4 ключа через первый 5 резистор до порогового значения напряжения на затворе. В этот момент начинается отпирание силового 4 ключа, в результате на первой 31 первичной обмотке трансформатора 3 появится напряжение. Благодаря наличию магнитной связи на второй 32 первичной обмотке трансформатора 3 появится напряжение положительной полярности V3-2, что приведет к лавинообразному открыванию ключа 4. За время открытого состояния силового 4 ключа (время ton) происходит линейное нарастание тока и накопление энергии в индуктивности первой 31 обмотки трансформатора 3, при этом происходит заряд третьего 12 конденсатора от второй 32 обмотки трансформатора 3 через четвертый 10 резистор и первый 11 диод. При достижении напряжения на конденсаторе 12 уровня V12 открывания транзисторного управляющего 7 ключа последний открывается и запирает силовой 4 ключ. Далее происходит смена полярности на обмотках трансформатора 3, открывается диод выпрямителя 15 и идет передача энергии, накопленной за время открытого состояния силового 4 ключа из трансформатора 3 в конденсатор фильтра 16 и в нагрузку на выходе 171-172. Одновременно с этим от второй 32 обмотки напряжением обратной полярности V3-2о, пропорциональным выходному напряжению V17, происходит перезаряд третьего 12 конденсатора (через второй 14 диод и пятый 13 резистор четвертой цепи) до уровня V12o и второго 9 конденсатора, напряжение которого обеспечит открывание силового 4 ключа в начале следующего периода. Начало следующего периода наступает после передачи всей энергии из трансформатора (время toff) и завершения резонансного процесса разряда емкости сток-исток силового 4 ключа до нуля (время tres). В следующем периоде время ton заряда третьего 12 конденсатора будет определяться суммой порогового V12 и начального напряжения V12o обратной полярности, пропорционального выходному напряжению.

где: V3-2 - напряжение на обмотке 32 трансформатора 3

V12 - напряжение на конденсаторе 12 при открытом транзисторном управляющем ключе 7,

V12o - напряжение на конденсаторе 12 обратной полярности,

C12 - емкость конденсатора 12,

R10, R13 - соответственно сопротивление резисторов 10 и 13,

V15 - напряжение на диоде 15

V3-2о - напряжение обратной полярности на обмотке 32

ton - время открытого состояния силового ключа 4,

toff - время передачи энергии во вторичную 33 обмотку трансформатора 3,

tres - время резонансного процесса разряда емкости сток-исток транзистора силового 4 ключа,

W3-1, W3-2, W3-3 - соответственно число витков первой 31, второй 32 первичных и вторичной 33 обмоток трансформатора 3.

Таким образом, при определенном соотношении витков второй 32 первичной обмотки (обмотки управления) трансформатора 3 W3-2 к W3-1 и W3-3, выбором номиналов резисторов 10 и 13 можно задавать максимальную мощность на выходе, не зависящую от входного напряжения. А при увеличении тока нагрузки до максимального значения, определенного выбранной максимальной мощностью, происходит снижение напряжения на выходе V17 и, следовательно, снижение напряжения V12o на конденсаторе 12, формируя таким образом выходную характеристику с постоянным максимальным током, что значительно повышает надежность преобразователя напряжения. При этом сумма V12 и V12o в малой степени зависит от температуры на транзисторном 7 ключе, что обеспечивает надежность работы его и силового ключа 4.

Квазирезонансный преобразователь постоянного напряжения с переключением при нулевом напряжении, содержащий подключенные параллельно первому и второму входным выводам преобразователя первый конденсатор, первую цепь, состоящую из первой первичной обмотки трансформатора и силового ключа, и вторую цепь из первого и второго резисторов, точка соединения последних подключена к управляющему входу силового ключа, к выходу транзисторного управляющего ключа и через последовательно соединенные третий резистор и второй конденсатор к первому выводу второй первичной обмотки трансформатора, второй вывод которой подключен ко второму входному выводу преобразователя, к которому подключены вход транзисторного управляющего ключа, и через третий конденсатор - управляющий вход последнего, вторичная обмотка трансформатора через выпрямитель и фильтр подключена к выходным выводам преобразователя, отличающийся тем, что введены третья и четвертая цепи, содержащие соответственно четвертый резистор и первый диод, и пятый резистор и второй диод, включенный встречно первому диоду, при этом первые выводы третьей и четвертой цепей объединены и подключены к первому выводу второй первичной обмотки трансформатора, вторые выводы их объединены и подключены к управляющему входу транзисторного управляющего ключа.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к однотактным импульсным устройствам преобразования электрической энергии с трансформаторной нагрузкой. .

Изобретение относится к области силовой электроники. .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для электропитания низкочастотной импульсной периодической нагрузки и позволяет получить технический результат - устранить модуляцию входного тока потребления от электросети и обеспечить высокий коэффициент мощности.

Изобретение относится к сокращению потребления электроэнергии. .

Изобретение относится к электротехнике, в частности к области силовой преобразовательной техники, и может быть использовано во вторичных источниках питания при необходимости обеспечения большой выходной мощности, высокой надежности, гальванической развязки, стабилизации и быстрого изменения выходного постоянного напряжения или тока в пределах от нуля до максимального значения.

Изобретение относится к схеме питания для подачи выходного сигнала на нагрузку и также относится к устройству, содержащему схему питания, к способу, компьютерному программному продукту и носителю для хранения компьютерного программного продукта.

Изобретение относится к адаптивной схеме для управления схемой преобразования, и также относится к схеме питания, содержащей адаптивную схему и схему преобразования, к устройству, содержащему схему питания, к способу и к компьютерному программному продукту.

Изобретение относится к области построения систем автоматического управления

Изобретение относится к устройствам преобразования электрической энергии и предназначено для использования в качестве вторичного источника питания электронных устройств или зарядного устройства

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в источниках вторичного электропитания устройств радиотехники, автоматики и вычислительной техники. Технический результат заключается в осуществлении высокого быстродействия и апериодического характера переходного процесса в преобразователе напряжения с широтно-импульсной модуляцией. Для этого в заявленном способе, основанном на широтно-импульсной модуляции напряжения питания ключевым элементом, вычисляют сигнал рассогласования, формируют пилообразный сигнал развертки с амплитудой, пропорциональный разности напряжений на индуктивности дросселя фильтра до и после коммутации ключевого элемента и смещенного на величину, пропорциональную напряжению на индуктивности дросселя фильтра после коммутации ключевого элемента, из суммы сигнала рассогласования и сигнала развертки формируют управляющий сигнал, переключение ключевого элемента осуществляют синхронизирующим и управляющим сигналами, а сигнал рассогласования формируют пропорциональным энергетическому балансу между текущим значением энергии, запасенной фильтром, и ее значением при заданном выходном напряжении. В заявленном устройстве содержится блок развертки, ключевой элемент, узел суммирования и RS-триггер, введены блок рассогласования и датчики тока. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к преобразовательной технике, в частности к преобразователям с высоким входным напряжением, преобразующим постоянное напряжение в постоянное и может быть использовано в системах электропитания устройств радиотехники, автоматики и вычислительной техники. Технический результат заключается в улучшении массогабаритных показателей преобразователя, увеличении его КПД, повышении надежности, а также в расширении области его применения. Для этого заявленное устройство состоит из схемы управления и силовой цепи, включающей в себя импульсный трансформатор, МДП-транзистор, два диода, дроссель и конденсатор фильтра, а также цепь из последовательно включенных размагничивающего резистора и дополнительного конденсатора, введены дополнительные дроссель и диод, при этом первичная обмотка импульсного трансформатора преобразователя через переход сток-исток МДП-транзистора подключена к входу преобразователя, а вторичная обмотка через диод и индуктивно-емкостной фильтр, подключена к выходу преобразователя, вторичная обмотка импульсного трансформатора шунтирована размагничивающей цепью, состоящей из последовательно соединенных резистора и конденсатора, и дополнительным дросселем, при этом резистор размагничивающей цепи шунтирован дополнительным диодом. 1 ил.

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в системах электропитания радиолокационных станций, устройств радиотехники, автоматики и вычислительной техники. Техническим результатом является улучшение эксплуатационных характеристик преобразователя, снижение массогабаритных показателей, увеличение КПД, повышение надежности, а также расширение области его применения за счет исключения постоянной составляющей магнитного потока в силовом трансформаторе. Стабилизированный квазирезонансный преобразователь содержит два последовательно соединенных зарядных МДП-транзистора, два последовательно соединенных рекуперирующих диода, два последовательно соединенных конденсатора, последовательно соединенные резонансные конденсатор и дроссель, силовой трансформатор, два выпрямителя, два делителя напряжения, конденсатор фильтра, резистор нагрузки, модулирующий МДП-транзистор, два однотактных ШИМ-контроллера, два управляющих трансформатора, времязадающую «RC»-цепь, эмиттерный повторитель, две дифференцирующие «RC»-цепи. В него введены измерительная обмотка силового трансформатора, второй модулирующий МДП-транзистор, два однотактных ШИМ-контроллера, три времязадающие «RC»-цепи, две дифференцирующие «RC»-цепи, второй эмиттерный повторитель, два сумматора, интегратор, фильтр, генератор тактовых импульсов, триггер, два логических элемента «И» с соответствующими связями. 1ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в преобразователях постоянного напряжения в переменное - инвертора-хм и регулятора-хм напряжения автономных систем электропитания и электроприводов перспективных авиакосмических летательных аппаратов с преимущественно или полностью электрифицированным приводным оборудованием. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей - получение выходного напряжения с произвольно задаваемой периодически-непрерывной формой, в частности синусоидального. В способе импульсного преобразования постоянного напряжения энергию от источника питания постоянного тока непрерывно передают непосредственно подключенной к нему двухконденсаторной емкостной стойке. Путем импульсного управления двумя регулируемыми ключами на первом этапе каждого периода высокочастотного периодического процесса дозирования осуществляют накопление энергии в дозирующем дросселе, подключая его к одному из двух конденсаторов стойки через замкнутый один из двух регулирующих ключей при разомкнутом другом ключе. На втором этапе энергию, накопленную на первом этапе, передают в другой конденсатор стойки при разомкнутых состояниях обоих ключей от дозирующего дросселя через один из двух выпрямительных диодов. Энергию, накапливаемую в конденсаторах стойки и в дозирующем дросселе, и энергию источника питания непрерывно передают в нагрузку переменного тока по двунаправленной цепи между средними выводами источника питания и емкостной стойки, периодически изменяя величину и полярность напряжения нагрузки на чередующихся полупериодах низкочастотного периодического процесса. На этапах длительности каждого его периода при нарастании напряжения нагрузки энергию, накопленную в первом конденсаторе емкостной стойки и источника питания, дозированно передают во второй конденсатор и в нагрузку. На этапах длительности того же периода при спадании напряжения нагрузки или при его неизменности энергию из второго конденсатора стойки и источника питания дозированно передают в первый конденсатор и в нагрузку.2 н. и 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления резонансным преобразователем мощности. Техническим результатом является уменьшение флуктуаций на выходе резонансного преобразователя мощности. В способе для управления переключающим устройством (260) резонансный контур (350) обеспечивают напряжением (Uwr) переключения для генерации резонансного тока (Ires), чтобы обеспечить необходимую выходную мощность (rP) на выходе резонансного преобразователя (100) мощности. Устройство приспособлено для выполнения способа для управления переключающим устройством. Кроме того, резонансный преобразователь мощности содержит управляющее устройство для выполнения способа управления. 3 н и 15 з.п. ф-лы, 11 ил.

Изобретение относится к электропреобразовательной технике и может использоваться во вторичных источниках электропитания. Техническим результатом предлагаемого решения является снижение максимальных значений токов и установленной мощности силовых элементов преобразователя, повышение КПД и надежности преобразователя. Сущность способа заключается в том, что при формировании относительной длительности открытого и закрытого состояния силового электронного ключа открывание ключа производят в момент окончания размагничивания магнитопровода выходного трансформатора. Устройства, реализующие способ, содержат в тракте управления преобразователя слаботочный управляющий ключ, на управляемый вход которого подается дискретный сигнал обратной связи по току размагничивания сердечника выходного трансформатора непосредственно с первичной (по второму варианту - с размагничивающей) обмотки трансформатора, запрещающий открывание силового ключа до окончания размагничивания сердечника. 3 н.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области электротехники. Магнитный интегральный симметричный конвертер с интегральной функцией трансформатора и индуктора включает в себя: интегральный магнитный элемент, имеющий магнитный сердечник с тремя магнитными колоннами, включающий в себя, по меньшей мере, три обмотки (Np, NS1, NS2) и, по меньшей мере, один воздушный зазор для накопления энергии, где первичная (Np) обмотка и первая вторичная (NS1) обмотка - обе намотаны вокруг первой магнитной колонны или обе намотаны вокруг второй магнитной колонны и третьей магнитной колонны, а вторая вторичная обмотка (NS2) намотана вокруг второй магнитной колонны, и полный выходной ток течет по второй вторичной обмотке (NS2); симметрично работающая инвертирующая схема с двумя выводами, воздействующая на первичную обмотку (Np); и группа синхронных выпрямителей (SR1, SR2), управляющие сигналы электродов затвора которых и управляющие сигналы электродов затвора группы диодов переключателя электропитания (S1, S2) симметрично работающей инвертирующей схемы с двумя выводами дополняют друг друга. Магнитный интегральный симметричный конвертер может снижать потери на обмотки и индуктивность рассеяния стороны первичной обмотки и стороны вторичной обмотки с достижением таким образом технического результата - высокоэффективного преобразования энергии. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 12 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в импульсных источниках вторичного электропитания (ИВЭ) в качестве схемы обеспечения работы нескольких ИВЭ, соединенных параллельно на общую нагрузку. Технический результат заключается в обеспечении работы ИВЭ в параллельном режиме при различных источниках входного напряжения. Для этого заявленное устройство содержит: по крайней мере, один силовой ключ, на один вывод которого подано входное напряжение, другой вывод подключен к входу трансформаторно-выпрямительного узла, на выходе которого вырабатывается выходное напряжение, поступающее на один вход делителя напряжения и далее через устройство сравнения на сумматор, в котором складывается с сигналом первого датчика тока, включенного в цепи силового ключа, и попадает на вход узла управления, включающего в себя широтно-импульсный модулятор и компаратор тока, где вырабатывается управляющий сигнал, поступающий на третий вывод силового ключа, причем трансформаторно-выпрямительный узел содержит второй датчик тока, с выхода которого сигнал о выходном токе поступает на один вход узла параллельной работы, другой вход связан с выводом «ПАРАЛ», соединяемым при параллельной работе ИВЭ, а выход связан с другим входом делителя напряжения. 2 з.п. ф-лы, 7 ил.
Наверх