Преобразователь постоянного напряжения

(51) 5 Н 3 337 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ельскии, проектноологический инстиниковой техники ьство СССР 7/537, 1985.очники вторичного рансформаторным 987, с. 62, рис. 2.33.(57) Изобретение относит ке и может быть исполбз вторичного электропитан ния - повышение КПД и уменьшения динамическ реключении транзистор ПОСТОЯННОГ ся к электротехниовано в системах ия. Цель изобретенадежности путем их потерь при пеов. Параллельно ОСУДЛРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ О ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Научно-исследоватконструкторский и технтут силовой полупровод(56) Авторское свидетелМ 1317616, кл. Н 02 МБас А,А. и др. Истэлектропитания, с бесвходом. Радио и связь, 1 каждому входному конденсатору 2, 3 включен понижающий ключевой стабилизатор с основным и дополнительным транзисторами 4-7 и 1:С-О-фильтром с дросселем 23, выходными конденсаторами 24, 25 и диодами 12, 13. Коммутационные основные 8, 9 и дополнительные 10, 11 дроссели обеспечивают безопасную траекторию рабочей точки при включении соответственно основных 4, 5 и дополнительных 6, 7 транзисторов. Коммутационные конденсаторы 15, 16 и коммутационные диоды 17-20 обеспечивают безопасную траекторию рабочей точки при выключении основных 4, 5 и дополнительных 6, 7 транзисторов. Перезаряд коммутационных конденсаторов 15, 16 и рекуперация энергии основных 8, 9 и дополнительных 10, 11 коммутационных дросселей обеспечивается с помощью рекуперационного трансформатора 14 и рекуперационных диодов 21, 22. 1 з,п, ф-лы, 2Изобретение относится к электротехнике иможет быть использовано в системахвторичного электропитания.Цель изобретения - повышение КПД инадежности путем уменьшения динамических потерь при переключении транзисторов.На фиг, 1 изображена принципиальнаяэлектрическая схема импульсного преобразователя; на фиг, 2 - диаграммы работыпреобразователя в двухтактиом режиме.Преобразователь (фиг. 1) подключен кисточнику 1 питающего напряжения сосредней точкой, между выводами котороговключена цепочка из последовательно соединенных входных конденсаторов 2 и 3.Основные транзисторы (ключи) 4 и 5 идополнительные транзисторы б и 7 черезосновные коммутационые дроссели 8 и 9 идополнительные коммутационные дроссели10 и 11 соединены с диодами 12 и 13 1 СОфильтров. Рекуперационный трансформатор 14 имеет две первичные и двевторичные обмотки. Коммутационные конденсаторы 15 и 16 через коммутационныедиоды 17 - 20 подключены к транзисторам4 - 7,Рекуперационные диоды 21 и 22 подключают вторичные обмотки трансформатора 14 к источнику питания, Двухобмоточныйдроссель 23СО-фильтров и их выходныеконденсаторы 24, 25 подключены к нагрузке 26.Поеобразователь работает следующимобразом.При синхронном и синфаэном включении первой пары транзисторов 4, 5 начинает протекать нарастающий ток черезобмотки дросселя 23, заряжая выходныеконденсаторы 24, 25 и поступая далеев нагрузку 26.Когда выключаются транзисторныеключи 4, 5, энергия, накопленная в дросселе23 через диоды 12, 13, передается в выходные конденсаторы 24, 25 и нагрузку 26. Наследующем такте работы, когда выключается очеоедная пара транзисторных ключей,например б, 7 синхронно и синфазно, диоды12, 13 закрываются и протекает аналогичный процесс, т.е. через обмотки дросселя 23снова протекает нарастающий ток.При многотактной работе преобразователя можно существенно снизить частотуработы соответствующих пар транзисторови повысить рабочую частоту дросселя 23 иконденсаторов 24 и 25 выходного фильтра,что снижает динамические потери в иих,уменьшает габариты, вес преобразователяи повышает его КПД. Изменяя длительность времени включения соответствующих пар транзисторныхключей или групп пар, от 7 мин = 1 мин/ Тдо 7 мин= 1 макс/7 (фиг.2), можно регулировать и5 стабилизировать среднее значение, как тока дросселя 23 (ГОК), так и тока нагрузки (1 я),а тем самым и выходное напряжение преобазователя, Величина пульсирующей составляющей тока дросселя 23 (1 ОК), при10 соответствующем выборе несущей частотыи параметров выходного фильтра дросселя23 и конденсаторов 24 и 25, будет пренебрежимо малойРассмотрим работу реактивных цепей,15 обеспечивающих безопасную траекториюпереключения транзистора, на примере одного ключа с транзисторами 4.Предположим, что транзистор 4 закрыт.В этом случае конденсатор 15 заряжен и20 напряжение на нем равно, примерно, половине разности входного и выходного напряжений,При замыкании транзисторного ключа 4через него, дроссель 8 и обмотку дросселя25 23, начинает протекает нарастающий ток,поступающий в нагрузку 26 и выходной конденсатор 24. Напряжение на транзисторном ключе 4 спадает до нуля практически, аток достигает своего кваэиустановившегося30 значения постепенно, вследствие действияиндуктивности дросселя 8. В результате переключение транзисторного ключа 4 происходит в благоприятных условиях, когдаотсутствуют динамические (коммутацион 35 ные) потери. В момент, при открытом транзисторе 4, происходит переза рядконденсатора 15 током, протекающим черезпервичную обмотку трансформатора 14,При запирании транзистора 4 его ток40 спадает до нуля, а ток дросселя 23 открывает диод 12 в коммутационный диод 17. Благодаря тому, что в дросселе 8 накоплена вмагнитном поле некоторая энергия, диод 17открывается, конденсатор 15 начнет пере 45 заряжаться и по первой первичной обмоткетрансформатора 14 начнет протекать ток,перемагничивающий его сердечник. Приэтом часть энергии 8 затрачивается на перемагничивание сердечника, а оставшаяся50 часть рекуперируется через открытый в этовремя диод 21 во входной конденсатор 2,Напряжение на конденсаторе 15, а следовательно, и на транзисторе 4 нарастает постепенно, процесс выключения также55 происходит в благоприятных условиях, когда ток спадает до нуля при достаточно малом напряжении, т,е. динамические (иликоммутационные) потери практически отсутствуют, По мере перезаряда конденсатоРедактор С.Патрушева орректор В.Гирняк Заказ 2398 Тираж 387 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 ственно-издательский комбинат "Патент", г. Уж ро ул. Гагарина, 1 ра 15 и рекуперации энергии с дросселя 8 ток через обмотку трансформатора 14 уменьшается, и сердечник его начинает снова перемагничиваться уже прямым током заряда конденсатора 15. В этот момент про исходит смена полярности напряжения на первой вторичной обмотке трансформатора 14 и запирание диода 21.После окончания заряда конденсатора 15 и разряда индуктивности дросселя 8 ука занная формирующая цепь переходит снова в квазиустановившееся состояние. При отпирании транзистора 4 в другой такт работы процессы протекают аналогично описанным. 15 Формула изобретения1. Преобразователь постоянного напряжения, содержащий подключенную к входным выводам цепочку из двух 20 последовательно соединенных входных конденсаторов, параллельно каждому из которых включен ключевой понижающий стабилизатор с основным транзистором, подключенным первым силовым выводом к 25 входному выводу преобразователя, иСО- фильтром, диод которого одним выводом соединен с общей точкой соединения входных конденсаторов, точка соединения обмотки его дросселя с выходным 30 конденсатором подключена к соответствующему выходному выводу преобразователя, причем обмотки понижающих ключевых стабилизаторов расположены на общем магнитопроводе, о т л и ч а ю щ и й с я тем, 35 что, с целью повышения КПД и надежности путем уменьшения динамических потерь при переключении транзисторов, введены два коммутационных конденсатора, каждый из которых первым выводом соединен с соответствующим входным выводом преобразователя, а вторым выводом через введенный основной коммутационный диод - с вторым силовым выводом основного транзистора, который через введенный основной коммутационный дроссель соединен с точкой соединения диода и обмотки дросселя соответствующего .СО-фильтра, и введен рекуперационный трансформатор с двумя первичными обмотками, каждая из которых включена между вторым выводом коммутационного конденсатора и точкой соединения диода и обмотки дросселя соответствующего ЕСО-фильтра, и двумя вторичными обмотками, каждая из которых через введенный рекуперационный диод включена параллельно соответствующему входному конденсатору.2. Преобразователь по п.1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что в каждый понижающий ключевой стабилизатор введено И дополнительных транзисторов, первый силовой вывод каждого иэ которых соединен с первым силовым выводом основного транзистора, а второй силовой вывод через введенный дополнительный коммутационный дроссель соединен с точкой соединения диода и обмотки дросселя соответствующего СО- фильтра и через введенный дополнительный коммутационный диод - с вторым выводом соответствующего коммутационного конденсатора.