Преобразователь постоянного напряжения

(5)5 ГОСУДАРСТВЕ ННЫЙПО ИЗОБРЕТЕНИЯМПРИ ГКНТ СССР ОМИТЕТОТКРЫТИ ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ АВТО У СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Институт электродинамики АН УССР(56) Авторское свидетельство СССРМ 1007167, кл. Н 02 М 3/335, 1981.Авторское свидетельство СССР1 Ф 1317598, кл. Н 02 М 3/335, 1985.(57) Использование: вторичные источникиэлектропитания. Сущность изобретения;блок 19 управления вырабатывает импульсыуправления транзисторными ключами 1, 2, 7и 8. 8 течение времени, когда ключи 1, 2открыты, 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. 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.Изобретение относится к элок гротехнии может быт, использовано о системахвторичного электропитания различной радиоэлектронной аппарагурь.Целью изобретения является уменьшение пульсаций выходного тока и напряжения, повышение ,(ПД л улу- ше,и=,массогабаритных показателей преобразо.вателя.На фиг.1 представлена электрическаясхема предлагаемого преобразователя постоянного напряжения; на фиг,2 - временные диаграммы, поясняющие его работу.Преобразователь постоянного напряжения (см. фиг.1) содержит первую силовуюцепь, включающую в себя транзисторныеключл 1 и 2 (число последовательно соединенных транзисторных ключей выбираетсятаким, которое обеспечивает оптимальныйпо напряжению режим работы каждого ключа), последовательно с которыми включеныпервичная обмотка 3 трансформатора 4 ипервичная обмотка 5 дросселя б. и вторуюсиловую цепь, включающую транзисторныеключи 7 и 8, последовательно с которымивключены другая первичная обмотка 9трансформатора 4 и первичная обмотка 10дросселя 11. Вторичные обмотки ,2 и 13рансформатора 4 через диоды 11 и 15 соо 1 ветственно подключены к выходным выо,дам 16 и 17, между которыми оклю.ен 30фильгрующий конденсатор 18, Выходныевыводы блока 19 управления соединены супраоляющими электродами ранэис;орных ключей 1, 2, 7 и 8, Вторичная обл;око20 дросселя б через диод 21 подключено к Ь;обмотке 9 трансформатора 4, а вторичнаяобмотка 22 дросселя 11 через диод 23 подключенаа к обмо 1 ке 3 трансформатора 4. Позицией 24 на фиг.1 обозначена нагрузкапреобразователя, . 40Преобразователь работает следующимобразом.Блок 19 управления, на который по цепиобратной связи могут поступать сигналыдатчиков токов и напряжений, вырабатывает импульсы управления транзисторнымиключами 1,2,7 и 8,Необходимо отметить, что наибольшийположительный эффект при работе устройства достигается в случае, когда выполняются следующие условия Иго Ягг Ю 9 2 вых (1)Юь Юю ЧЧэ Овх55где ччго и Ю 5 - числа витков обмо 1 ок 20 и 5дросселя б; Ю/гг и Й 1 о - числа витков обмотьк 22 и0 дросы 1 я 11;О/9 и В/э - числа витков обмоток 9 и 3трансформатора 4;Оых и Овх- величины выходного и входного (питающего) напряжения преобраэова =ляПри выполнении условий (1) очередныеимпульсы управления 01,г и 07,о (см. фиг.2)в момент 11 переводят транзисторные ключи1 и 2 в открытое состояние, а ключи 7 и 8 -в закрытое состояние, о результате чего кцепи "обмотка 3 трансформатора 4 - обмо ка 5 дросселя б" пр"нладывается напряжение 1.4 х, которое делится между указаннымиобмотками порову,Начиная с мг мента 11 о цепи обмотки 5дросселя б протекает линейно нарастающий ток 15, а в цепи обмотки 22 дросселя 11- линейно спадающий ток 1 гг. Поскольку обаэтих тока текут через обмотку 3 трансформаора 4 в одном направлении, причем привыполнении условий.(1) скорость нарастания тока 15 равна скорости спада тока 1 гг, тоо течение времени т 1-тг через обмотку 3протекает постоянный по величине ток 1 з,раон й сумме токов 1 гг и 11, гдне временнос этим, о обмотке 12 трансформатора 4 про..ек,:, по .тоянн:,й по оепичине трансфорглируемый ток 112, который через диод 14.ечет в нагруэк 24.В момент 1 г импульсы управления О г и1 т,о блока 19 переводят транзисторные нл 1 очи 1, 2 о эакрыгое сллояние, а транзистор;ые ключи 7, 8 - о открытое состояние. Приэтом полрн:сь напряжений на абмотах;рансформатора 4 иэл 1 енэтся и о 1 ечениевремени гЗ о схеме устройства протекаютн 1 лцессы, опало;ичные гем, которые имелиместо в течение времени 11-тг. с той разницей, что линеино нарастающий ток течет вцепи обмогки 10 дросселя 11 (ток 11 о), линейноспадающий ток - в цег 1 и обмотки 20 дросселя5 1 ток 1 го), а постоянный по величине ток - вцепях обмогок 9 и 13; рансформатора 4 1 токи19 и 11 з), При этом ток течет в нагрузку 24 черездиод 15,Е момен; э транзисторные ключи 1,2снова открываются, а транзисторные ключи 7,8закрываю 1 ся и процесс повторяется,обеспечивая протекание постоянного тока вцепи нагрузки 24Рассмотренный выше режим работы преобразователя, как отмечалось выше, возможенлишь при выполнении условий (1), поскольку вэтом случае справедливо также соотношение;1 н йс (2) где тн и тс - времена нарастания и спада токав дросселях б и 11.(3). тс = тн + тп 40 50 55 В случаях, кода условия (1) не выполняются, справедливо другое соотношение, получаемое иэ условия равенства накапливаемой и отдаваемой за один период в нагрузку 24 мощностей дросселями 6 и 11 ГДЕ тя - ВРЕМЯ ПаУЗЫ, СООТВЕТСТВУЮЩЕЕ Закрытому состоянию всех транзисторных ключей.На фиг.2 такой режим показан, начиная с момента времени т 4. Рассмотрим процессы, имеющие место в преобразователе при выполнении условия (3).В течение времени ТВтранзисторные ключи 1 и 2 открыты и через обмотку 5 дросселя б протекает линейно нарастающий ток, а через обмотку 22 дросселя 11 - линейно спадающий ток 15, Ток 1 з, протека Ощий через обмотку 3 трансформатора 4 и равный сумме токов 15 и 122, при этом немного увеличиьается, поскольку скорость нарастания тока 15 больше скорости спадания тока 122 и, следовательно, полкой взаимной компенсации изменений этих токов не происходит, Соответс вуюшим образом изменяется трансф рм,руемчй ток 112, протекая,щий в цепи Г 5 логки 12 трансформа 1 ора 4. и ток 1:тп рузки .1.В 1 Омв,т 1 е тра 1-,зисторнье ключи 1 и 2 закрылаОтст, и до 1 ломент ".т зякрыты Все клю-и. .1 это время ч:1 аз обмотку 3 трансформатор; 4 течет ток обмотки 22 дросселя 11 (ток 122), з через облотку 9 трансформатора 4 - ток обмотки 20 дросселя 5 (ток 12 О), Поскольку указанные токи текут во Встречном направлении (ток 122 - от начала к концу обмо 1 ки, а ток 12 О - от конца к началу обмотки), причем ток 122 больше по величине, чем ток 12 О, то полярность напряжений на обмотках 1 рансформатора 4 определяется направлением протекания тока 122, а в обмотке 12 трансформатора 4 трансформируется ток 112, равный разности тОкОВ 122 и 120 (см пун ктирная линия на фиг.2). В связи с этим на кривой тока нагрузки (124) в теф ение времени 16-17 появляется "провал" тока,В момент тт транзисторные ключи 7 и 8 открываются и в течение времени тт - 1 В через обмотку 10 доосселя 11 протекает линейно нарастающий ток 11 о, через обмотку 20 дросселя 5 - линейно спадающий ток 12 О, а через обмотку 9 трансформатора 4 - ток 19, равный сумме токов 11 О и 12 о. Иэ-за неполной компенсации изменений этих токов, ток нагрузки 124 в течение времени тт-тв немного увеличивается,В момент тв транзисторные ключи 7 и 8 Закрываются и до момента тд закрыты все 5 10 15 20 25 30 35 ключи, В течение времени ТВ-тв В схеме устройства протекают процессы, аналогичные тем, которые имели место в течение времени ТВ-, с тсй Разницей, что ток 12 О Оказывается большим по величине. чем ток 122, В связи с этим полярность напряжений на обмотках трансформатора 4 определяется направлением протекания тока 12 О, а ток 11 з, равный разности токов 12 о и 122, трансформируется в обмотке 13 трансформатора 4. Следовательно, на кривой тока нагрузки (124) в течение времени та - т.я также появляется "провал" тока,В момент 19 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. В случаях, когда условя (11 не еыпс; - з;ся, илеет ме:то ненол 51 ая О 11 пен".аоия изменений указанных 1 окса ч; О и л,водит к некоторому увг личению чльсэций Выходного тока,Г 1 г еобразователь Ооспе ливае 1 резкое ум:ш;ние пульсаций Вь;ходе".5; то а и Н ЧорнтКЕН,5 ПО СравЕНИЮ СО ВСЕМИ ИЗВЕСТ- вы.1 устройства; ,: пс Вышение К 1 Д 3 сче 1 ум 5.ньшени 5 потерь мощности В фильтрук щем ко денсаторе и улучшение массогабаритнь х показателей за счет использования меньшего по величине фильтрующего конденсатора. Формула изобретения Преобразователь постоянного напряжения, содержащий две силовые цепи, каждая из которых Вкт ючлет по меньшей мере один транзисторный ключ, трансформа 1 ор, 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 ющ и й с я тем, что, с целью уменьшения пульсаций выходного тока и напряжения, повышения КПД и улучшения массогабарит ных показателей, введены два диода и два двухобмоточных дросселя, первая обмотка.г Составитель Н,ЦишевскаяТехред М,Моргентал Корректор М.Кул Редактор Заказ 2185 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 роиэводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина 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