Преобразователь постоянного напряжения в постоянное

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 1676030 А 1 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ 1 в О аюей ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМРИ ГКНТ СССР ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Мордовский государственный университет им. Н.П.Огарева(56) Авторское свидетельство СССР М 1262661, кл. Н 02 М 3/335, 07.05.84,Авторское свидетельство СССР ЬЬ 1288670, кл. 6 05 Р 1/56, 02.08.85,Авторское свидетельство СССР М 711554, кл, 6 05 Р 1/56, 29.03.78, (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ(57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в источниках вторичного электропитания. Цель - повышение КПД. Устр-во содержит транзисторный ключ 1, включенный между входным(я)5 Н 02 М 3/335, О 05 Р 1/569 выводом и входом О С-фильтра 2, выход которого подключен к выходным выводам. В установившемся режиме при отпирании транзисторного ключа 1 происходит увеличение тока дросселя 3 и напряжения конденсатора 5. При достижечии напряжения на выходных выводах заданной величины транзисторный ключ 1 запирается. Так как напряжение на конденсаторе 4 изменяется медленно по сравнению с временем запирания транзисторного ключа 1, динамические потери минимальны. После того как дроссель 3 отдаст всю запасенную энергию, диод 6 запирается, и напряжение на дросселе 3 начинает увеличиваться под действием энергии, накопленной в конденсаторе 4, При увеличении обратного напряжения транзисторный ключ 1 отпирается при нулевом токе и напряжении, близком к нулю. 2 з,п. ф-лы, 4 ил,4Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в источниах вторичного электропитания систем радиотехники, автоматики и вычислительной тех. ники.Целью изобретения является повьныение КПД преобразователя постоянного напряжения в постоянное,На фиг.1 приведена электрическая схема преобразователя; на фиг,2 - диаграммы токов и напряжений на элементах схемы в установившемся режиме работы; на фиг,3 - диаграммы токов и напряжений в момент включения и при малых токах нагрузки, на фиг.4 - схема выполнения входных цепей компаратора,Преобразователь постоянного напряжения в постоянное содержит транзистор. ный ключ 1, О С-фильтр 2, состоящий из дросселя 3, шунтированного конденсатором 4, конденсатора 5 фильтра и диода б, усилитель 7 обратной связи, резистивный делитель 8, компаратор 9, триггер 10, элемент 11 совпадения, источник 12 опорного напряжения, согласующий усилитель 13, датчик 14 тока и обратный диод 15. Компаратор 9 может быть выполнен на операционном усилителе, к одному из входов которого присоединен источник напряжения смещения, а к второму входу - генератор импульса запуска.Преобразователь постоянного напряжения в постоянное работает следующим образом.При включении напряжения питания транзисторный ключ 1 закрыт в начальный момент времени, так как на выходе логического элемента 2 ИЛИ - НЕ 11 формируется нулевой потенциал, что обусловлено установкой 0-выхода К-триггера 10 в единицу, а компаратора 9 - в нулевое состояние путем введения, например, цепи смещения.Запуск преобразователя можно осуществить разными способами, например с помощью вспомогательной цепи, показанной пунктиром. Конденсатор данной цепи выбирается относитегььно большим по номиналу, чтобы при включении тиристора входное напряжение распределилась главным образом на конденсаторах 4 и 5,. при этом индуктивность данной цепи выбирается намного меньше индуктивнасти дросселя 3 и служит для ограничения скорости нарастания тока.Положительный запускающий импульс подается на управляющий переход тиристора и неинвертирующий вход компаратора 9, По переднему фронту этого импульса включается тиристар, изменяется состояние компаратора 9 и К-триггера 10, По заднему10 20 25 30 35 40 50 фронту запускающего импульса кампарагор 9 возвращается в нулевое состояние, а 1 К- триггер 10 остается в состоянии нуля (фиг,3, диаграммы 20 и 21), В результате этого на выходе логического элемента 2 ИЛИ - НЕ 11 создается единичный уровень напряжения (фиг,3, диаграмма 22), который поступает на усилитель мощности 13, затем - на управляющий переход транзисторного ключа 1 и включает его, Длительность запускающего импульса выбирается такой, чтобы ток через дроссель 3 вырос незначительно, конденсатор цепи запуска зарядился до напряжения, достаточного для запирания тиристора после отпирания транзисторного ключа 1, а суммарное напряжение на конденсаторах 4. и 5 возросло примерно до величины входного напряжения,Как показано на временных диаграммах (фиг.2) установившегося процесса, транзисторный ключ 1 остается включенным до момента 01 (фиг.2, диаграмма 17), при этом ток в дросселе 3 ,фиг,2, диаграмма 16) возрастает, а напряжение на транзисторном ключе 1 близко к нулю. Когда напряжение на выходных выводах (фиг.2, диаграмма 18) достигает номинального значения и, соответственно, на выходе делителя 8 напряжение равно опорному напряжению источника 12, на выходе усилителя обратной связи формируется передний фронт положительного импульса (фиг,2, диаграмма 19). Эта приводит к появлению единичного уровня напряжения (фиг,2, диаграмма 20) на выходе 1 К-триггера 10 и нулевого уровня сигнала (фиг.2, диаграмма 22) на выходе логического элемента 2 ИЛИ - НЕ 11, в результате транзисторный ключ 1 выключается. Напряжение на выходе компаратора 9 остается равным нулю (фиг.2, диаграмма 21), так как на выводах датчика 14 тока падение напряжения с указанной на схеме полярностью не изменяет знак в момент т 1,В интервале времени выключения транзисторного ключа 1 суммарное напряжение на конденсаторах 4 и 5 не успевает существенно измениться, поэтому напряжение между коллектором и эмиттером транзисторного ключа близка к нулю, а динамические потери энергии в нем незначительны,После выключения транзисторного ключа 1 конденсатор 5 разряжается, а в контуре, состоящем из дросселя 3 и конденсатора 4, начинается колебательный процесс, в результате которого конденсатор 4 пеоезаряжается до нап ряжен ия на конденсаторе 5. Затем в интервале времени г - м оставшаяся в дросселе 3 энергия отдается в нагрузку через замыкающий диод б. При этом в зависимости от величины на; руэки напряжениена выходе преобразователя может снова вырасти до номинального значения и выше, тогда на выходе усилителя 7 обратной связи появляется положительный импульс (фиг.2, диаграмма 19), например, в момент Ь, однако 3 К-триггер 10 не изменяет своего состояния и транзисторный ключ 1 остается выключенным,В соответствии с указанным принципом работы схемы значения индуктивности дросселя 3 и емкости конденсатора 4 колебательного контура выбираются такими, что при номинальных параметрах нагрузки и выходного напряжения энергия, запасенная в дросселе 3 после размыкания тоанэисторного ключа 1, намного больше энергии, накопленной в конденсаторе 4. Кроме того, минимальное значение емкости конденсатора 4 ограничено максимальной скоростью изменения напряжения на нем в процессе выключения транзисторного ключа 1, поэтому оно определяется главным образом частотными свойствами транзистора 1 и допустимыми динамическими потерями,В ходе колебательного процесса за время 14-15 конденсатор 4 снова переэаряжается и напряжение на его обкладках соответствует приведенному на схеме обозначению, В данной схеме преобразователя заданное выходное напряжение должно быть равно либо больше половины значения входного напряжения, тогда суммарное напряжение на конденсаторах 1 и 5 после окончания указанного цикла перезаряда в момент времени и 5 равно входному напряжению. При наличии избыточной энергии, запасенной в дросселе 3, она отдается в источник входного напряжения и нагрузку через обратный диод 15,Благодаря наличию цепи смещения в компараторе 9 на его выходе формируется нулевой уровень напряжения при близком к нулю токе в цепи датчика 14 тока в момент, когда заканчивается передача энергии от дросселя 3 в конденсатор 4 либо в источник входного напряжения и нагрузку через обратный диод 15. В результате происходит включение транзисторного ключа 1 с некоторым опережением при близких к нулю значениях напряжения и тока, что обеспечивает малые динамические потери энергии при коммутациях,Условие включения транзисторного ключа 1 определяется также уровнем выходного напряжения преобразователя в момент времени т 5. Если выходное напряжение ниже номинального значения, то на выходе К-триггера 10 сохраняется нулевой уровень и при нулевом уровне напряжения на выходе компаратора 9 происходит вклю 5 10 45 50 55 20 25 30 35 40 чение транзисторного ключа 1, далее указанные процессы в схеме повторяются. Если выходное напряжение преобразователя выше номинального значения, то К-триггер 10 изменяет свое состояние благодаря присутствию единичного уровня на 1-входе, при этом транзисторный ключ 1 не включастся. После одного цикла колебаний в контуре и разряда за этот промежуток времени конденсатора 5 на сопротивление нагрузки повторно вырабатывается команда условного перехода для управления транзисторным ключом 1. Сопротивление нагрузки может изменяться в широких пределах. Однако максимальное его значение не должно превышать величины, необходимой для периодического кратковременного включения транзисторного ключа 1 с целью поддержания колебательного процесса в контуре. Как видно из временных диаграмм, в режиме запуска при уменьшении напряжения на нагрузке в интервале времени то 5-тою (фиг.З) происходит колебательный процесс в параллельном контуре иэ дросселя 3 и конденсатора 5. При этом благодаря противофаэности импульсов, сформированных на выходах триггера 10 (фиг,З, диаграмма 20) и компаратора 9 фиг.З, диаграмма 21), на выходе логического элемента 2 ИЛИ-НЕ 11 (фи.З, диаграмма 22) сохраняется нулевой уровень. После снижения напряжения на выходных выводах до номинального значения и завершения очередного цикла колебаний в контуре в момент аког, включается транзисторный ключ 1.Предлагаемый импульсный преобразователь постоянного напряжения имеет существенно более простое схемное решение по сравнению с его аналогами, позволяет примерно на 300 сниэитьдинамические потери в транзисторном ключе и эа счет этого использовать менее мощные и более дешевые транзисторы, а также пОвысить КПД. Формула изобретения 1. Преобразователь постоянного напряжения в постоянное, содержащий транзисторный ключ, включенный между одним иэ входных выводов и входом О.С-фильтра, выход которого присоединен к выходным выводам и через резистивный делитель напряжения к первому входу усилителя обратной связи, второй вход которого подключен к источнику опорного напряжения, компаратор, выход которого подключен к первому входу элемента совпадения, выход которого соединен через согласующий усилитель с входом управления транзисторным ключом, отлича ощийся тем,что,сцельюповышения КПД, введены конденсатор, триггер и датчик тока, включенный в цепь тока дросселя 01.С-фильтра, шунтированную конденсатором, при этом выходные выводы датчика тока подключены к входу компаратора, выход которого присоединен к первому установочному входу триггера, второй установочный вход которого подключен к выходу усилителя обратной связи, а выход - к второму входу элемента совпадения. 2, Преобразователь по п.1, отл ич а ющ и й с я тем, что элемент совпадения выполнен в виде логического элемента 2 ИЛИ-НЕ.5 3, Преобразователь по п,1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что триггер выполнен в виде 1 К-триггера, 1-вход которого подключен к выходу усилителя обратной связи, К-вход - к выходу компаратора, а неинвертирующий 10 выход - к второму входу элемента совпадения,