Однотактный преобразователь постоянного напряжения

(5)5 Н ИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ П У ОМУ СВИДЕТЕЛ ВТ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(56) Моин В.С. Стабилизированные транзисторные преобразователи, М.: Энергоатомиздат, 1968, с,121, рис,4, Зб.Так же, с,125, рис,4,5 в,Авторское свидетельство СССРМг 1411895, кл. Н 02 М 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 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,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 автотрансформаторнай схеме, коммутирующий диод, включенный последовательно с одной обмоткой дросселя и выходным фильтрам, дополнител ьный диод, подключенный параллельно цепи, состоящей из коммутирующего диода и второй обмотки дросселя, При этом диоды включенц 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 ОС-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 вазможности работы от постоянного и пульсирующего напряжений,указанная цель достигается тем, чта в известном преобразователе напряжения, содержащем силовой дроссель, подключен 10 ный одним выводам 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 драссель подключен к входным клеммам, дополнительный дроссель, последовательно соединенный савторым диодом, и третий диод, силовой дроссель выполнен двухобмоточным, вторая обмотка включена между согласновключенными вторым и третьим диодами,последний из которых подключен к второму15 входному выводу преобразователя и включен параллельно конденсатору ОС-цепочки,дополнительный дроссель подключен к конденсатору фильтра,Введение второй обмотки в силовой20. дроссель позволило обеспечить передачуэнергии конденсатора шунтирующей цепи внагрузку и дополнительно обеспечить передачу мощности в нагрузку из источника питания за время открытого состояния25 транзистора. При этом улучшается коэффициент использования транзистора по току иобеспечивается 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 соз р),На фиг.1 представлена схема преобразователя; на фиг,2-эпюры, поясняющие его35 работу.Преобразователь содержит источник .питания 1, к которому через двухобмоточный силовой дроссель 2 посредством егопервой 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 транзистора3 через диод 6 подключена к конденсатору45 7 выходного фильтра. Вторая обмотка дросселя 2 подключена одним выводом черезпоследовательно соединенные второй диод8 и дополнительный дроссель 9 к конденсатору 7 фильтра, другим выводом - к конден 50 сатору 5 РС-цепочки, шунтированнамутретьим диодам 10, При этом третий диод 10включен согласно са вторым диодом 8 ивстречно диоду 4 ОС-цепочки. Нагрузкаподключается к выходному фильтру - кон 55 денсатору 7.Отношение числа витков первой Ю 1 ивторой Ю 2 обмоток силового дросселя 2 выбирается из условия гарантированной разрядки шунтирующего конденсатора в цепьнагрузки.напряжения на конденсаторе 5 (1 ф равного входному питающему напряжению, рост тока 11 в первой Ю 1 обмотке дросселя 2 прекращается, напряжение на ней меняет 5 полярность и начинается процесс передачизапасенной энергии дросселя 2 в конденсатор 5, ток дросселя 2 уменьшается, В мо мент Ь 4 равенства напряжения наконденсаторе 5 выходному напряжению от крывается диод 6. С этого момента конденсаторы 5 и 7 одновременно заряжаются током первой обмотки Ю 1 дросселя 2. Напряжение на второй обмотке 912 дросселя 2 имеет обратную полярность и равно раэни це напряжений выходного и входного напряжений, этим обеспечивается передача запасенной энергии дросселя 9 в конденсатор 7.Режим работы дросселя 2 по току может 20 быть как непрерывный, так и прерывистый.В случае, если ток Ьдросселя 9 к моменту запирания транзистора 3 имеет определенное значение, зарядка конденсатора 5 будет осуществляться разностью токов пер вой И 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 раз 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 величиныконденсатора 5,За счет передачи запасаемых энергий восновном и дополнительных реактивных элементах преобразователя в нагрузку, до полнительной передачи мощности источника питания в нагрузку за время прямого хода, 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 по току, улучшается совр припреобразовании переменного напряжения. На эпюрах (фиг,2) представлены Оупр -управляющий сигнал транзистором 3; 11 -ток первой обмотки дросселя, О 5 - напряжение на конденсаторе 5; 1 э - ток дросселя; 1 и- ток диода 10; 1 з - ток, протекающий черезтранзистор 3; 16 - ток через диод 6; 17 - токзаряда конденсатора 7.Преобразователь работает следующимобразом, В исходном состоянии напряжения на конденсаторах 5 и 7 почти равнывходному напряжению, токи обмоток дросселя 2 отсутствуют, При подаче управляющего Оупр сигнала на транзистор 3,последний открывается (1 з), происходит нарастание тока 11 в первой обмотке Ю 1 дросселя 2 (фиг.2, 0-т 1) одновременныйрезонансный разряд конденсатора 5 (О 5)(рис,2) по цепи: конденсатор 5 - вторая (Я 2)обмотка дросселя 2 - диод 8 - дроссель 9 -конденсатор фильтра 7. После полной разрядки конденсатора 5 (11 - т 2) и ток в дросселе9 (1 о) замыкается по цепи: конденсатор 7 -разрядный диод 10 - вторая обмотка В/2дросселя 2 - диод 8 - дроссель 9.Передача запасенной энергии конденсатора 5 достигается за счет напряжениявторой обмотки Я 2 дросселя 2, служащейисточником напряжения для цепи разрядкиконденсатора 5, С момента начала проводимости диода 10 (т, фиг,2) в зависимости отсоотношения витков первой И 1 и второй уу 2обмоток дросселя 2 можно получить различный режим работы дросселя 9, за времяоткрытого состояния транзистора 3, При отношении витков В/2 М ток в дросОоцхОохселе 9 (Ь) после разряда конденсатора 5уменьшается. Скорость уменьшения токазопределяется величиной индуктивностидросселя 9 и разницей между выходным напряжением Ооых и напряжением на второйЧЧ 2 обмотке дросселя 2.Если разница напряжений относительно большая, дроссель 9 будет работать сполной отдачей энергии за время открытогосостояния транзистора 3,Следует заметить, что в случае неполной передачи запасенной энергии дросселем 9 в конденсатор 7 из источника 1мощность в нагрузку будет передаватьсязначительно больше (т 4-и, фиг,2).После снятия управляющего сигналаОудр с транзистора 3, ток 11 первой Ю 1 обмотки дросселя 2 продолжает нарастать изамыкается по цепи: диод 4 - конденсатор 55- источник питания 1-дроссель 2. Конденсатор 5 резонансно заряжается током 1дросселя 2, если ток дросселя 9 равен нулюи диод 10 не проводит, При достижении Формула изобретения Однотактный преобразователь посто янного напряжения, содержащий силовойдроссель, подключенный одним выводом к первому входному выводу преобразователя, а другим выводом через силовой транзистор - к второму входному выводу преобразогтеля, последовательную ОС-цепочку. шунтиру1775815 Составитель В.ПшеничниковРедактор Т.Иванова Техред М.Моргентал Корректор Л,фи аз 4039 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород арина 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, о т л и ч а ю щ и й с я 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 параллельноконденсатору ОС-цепочки, дополнительный дроссельподключен к конденсатору фильтра.