Однотактный преобразователь постоянного напряжения

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в источниках вторичного электропитания. Преобразователь содержит транзисторные ключи 1. 2.датчик тока 5, многообмоточный дроссель 6, трансформатор 8 и пороговый элемент 19. При работе преобразователя ток через открытые транзисторные ключи 1. 2 увеличивается до тех пор, пока величина напряжения на датчике тока 5 не будет достаточной для отпирания порогового элемента- 19. Для ускорения процесса срабатывания порогового элемента 19 и выключения транзисторных ключей 1,2 имеется обмотка положительной обратной связи 24. подключенная через RC-цепь 25 ко входу порогового элемента 19, Для устранения влияния датчика тока 5 на входное сопротивление порогового элемента 5 может быть введен дополнительный диод 26.1 з.п. ф-лы, 2 ил.toр

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

1713046 А2 (я)ю Н 02 M 3/335

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) 1631677, (21) 4779739/07 (22) 08.01.90 (46) 15.02.92. Бюл. N. 6 (71) Институт электродинамики АН УССР (72) И.Г.Пономарев, А.Л,.Свительский и

А.Г. Мясников (53) 621.314.058(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1631677, кл. Н 02 М 3/335, 1989. (54) ОДНОТАКТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в источниках вторичного электропитания. Преобразователь содержит транзисторные ключи 1, 2, Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитания.

Известен однотактный преобразователь постоянного напряжения, содержащий

N транзисторов, многообмоточный дроссель, трансформатор, узел обратной связи, реэистивный датчик тока; пороговый элемент и источник постоянного напряжения, причем в качестве указанного источника постоянного напряжения может быть использован выпрямитель, подключенный к обмотке многообмоточного дросселя.

Недостатком такого преобразователя является то, что на определенном интервале времени при выключении транзисторных датчик тока 5, многообмоточный дроссель 6, трансформатор 8 и пороговый элемент 19.

При работе преобразователя ток через открытые транзисторные ключи 1, 2 увеличивается до тех пор, пока величина напряжения на датчике тока 5 не будет достаточной для отпирания порогового элемента .19. Для ускорения процесса срабатывания порогового элемента 19 и выключения транзисторных ключей 1, 2 имеется обмотка положительной обратной связи

24, подключенная через RC-цепь 25 ко входу порогового элемента 19. Для устранения влияния датчика тока 5 на входное сопротивление порогового элемента 5 может быть введен дополнительный диод 26. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. ключей не полностью обеспечивается их активное запирание. В результате этого растет выделяющаяся в ключах мощность. что приводит к уменьшению КПД и снижению надежности устройства.

Целью изобретения является повышение КПД и надежности путем уменьшения потерь в транзисторах при их выключении.

Поставленная цель достигается тем, что в однотактный преобразователь постоянного напряжения, содержащий N транзисторов, соединенных последовательно с первичной обмоткой дросселя. подключенной через упомянутые транзисторы. к входным выводам преобразователя, выпрямительный диод, через который вто1713046 ричная обмотка дросселя соединена с выходными выводами преобразователя, между которыми включен конденсатор, трансформатор, первичная обмотка которого через резистор соединена с управляющей обмоткой дросселя, а каждая из N вторичных обмоток подключена к входу соответствующего транзистора, узел обратной связи, подключенный входом к выходным выводам преобразователя, а выходом — к первичной обмотке трансформатора, резистивный датчик тока, включенный последовательно в цепь первичной обмотки дросселя и шунтированный входом порогового элемента, который подключен между источником постоянного напряжения и обмоткой трансформатора, причем в качестве источника постоянного напряжения может быть использован выпрямитель, подключенный по входу к обмотке дросселя, согласно изобретению введены дополнительная обмотка трансформатора и последовательная RC-цепь, причем указанная дополнительная обмотка трансформатора через упомянутую последовательную

RC-цепь подключена ко входу порогового элемента.

Кроме того введен дополнительный диод, включенный в разрыв цепи между точкой соединения клеммы упомянутого резистивного датчика тока с выходной клеммой соответствующего транзистора и входной клеммой указанного порогового элемента.

Введение в схему преобразователя дополнительной обмотки трансформатора, последовательной RC-цепи и дополнительного диода позволяет уменьшить мощность, выделяющуюся в транзисторных ключах, путем полного обеспечения их активного запирания на всех стадиях процесса выключения и благодаря этому повысить КПД и надежность преобразователя.

На фиг.1 приведена принципиальная электрическая схема предлагаемого однотактного преобразователя постоянного напряжения; на фйг.2 — временные диаграммы токов и напряжений, поясняющие принцип его работы.

Преобразователь содержит транзисторные ключи 1 и 2, диоды 3 и 4, датчик 5 тока, многообмоточный дроссель 6, первичная обмотка 7 которого включена последовательно с ключами 1, 2 и датчиком 5, а также трансформатор 8. первичная обмотка

9 которого соединена через резистор 10 с управляю» ей обмоткой 11 дросселя 6, а вторичные обмотки 12 и 13 подключены ко входам ключей 1 и 2. Выходная обмотка 14 дросселя 6 через выпрямитель 15 соедине.I на с нагрузкой 16. В состав устройства входит также пусковая цепь 17, узел обратной связи 18, пороговый элемент 19, обмотка 20 трансформатора 8 и источник 21 постоянно5 ro напряжения, в качестве которого использованы выпрямитель 22 с подключенной к его входу обмоткой 23 дросселя 6. Кроме того, устройство содержит дополнительную обмотку 24 трансформатора 8, которая че10 рез последовательную RC-цепь 25 подключена ко входу порогового элемента 19, и дополнительный диод 26, включенный в разрыв цепи между точкой соединения клеммы датчика 5 с выходной клеммой тран15 зистора 2 и входной клеммой порогового элемента 19, Преобразователь работает следующим образом;

Благодаря наличию в схеме положи20 тельной обратной связи, осуществляемой по цепи "ключи 1 ° 2 — обмотки 7, 11 дросселя

6 — резистор 10 — обмотки 9, 12, 13 трансформатора 8- ключи 1, 2", устройство может работать в режиме генератора импульсов, 25 Возбуждение колебаний генератора осуществляется с помощью пусковой цепи 17.

В момент пуска (ь) транзисторные ключи 1 и 2 открываются (см. фиг.2) и через обмотку 7 дросселя 6 и датчик 5 начинает

30 протекать линейно нарастающий ток it. В момент времени t>. когда ток i> достигает заданной величины 11. срабатывает пороговый элемент 19, замыкая свою выходную цепь. В результате этого в момент tz напря35 жение (U<) на выходе порогового элемента

19 умень» жется до нуля, а на обмотке 20 трансформатора 8 напряжения (Uz) изменяет свой знак и становится равным по величине напряжению источника 21.

40 Аналогичным образом изменяется напряжение на обмотках 12, 13 трансформатора 8 и на входы транзисторных ключей 1 и 2 поступает запирающее напряжение.

Кроме того, в момент tz на обмотке 24

45 трансформатора 8 напряжение (05) также изменяет свой знак, а по цепи "обмотка 24 трансформатора 8- RC-цепь 25- пороговый элемент 19" начинает протекать экспоненциально спадающий ток 1з.

50 В момент времени тз ключи 1 и 2 начинают закрываться, что вызывает рост напряжения (U4) на выходе каждого из них и уменьшение тока 11; При этом появляется ток iz в обмотке 14 дросселя 6 и последний

55 начинает отдавать накопленную энергию через выпрямитель 15 в цепь нагрузки 16, Уменьшение тока i> ниже уровня i> а момент t4 может вызвать уменьшение входного тока порогового элемента 19 и увеличение его выходного сопротивления, что, в

1713046 свою очередь, вызовет рост напряжения (Ui) и соответствующий "провал" в напряже; нии (02), которое прикладывается в обмотке

20 трансформатора 8 (см. кривые на фиг.2, выполненные штриховой линией на соот- в;,тствующих диаграммах}. Уменьшение напряжения на обмотках трансформатора 8, прикладываемое ко входным цепям транзисторных ключей 1 и 2, может привести к затягиванию. процесса их выключения (увеличению промежутка времени ta — ts). Однако этого не произойдет благодаря наличию цепи, включающей в себя обмотку 24 трансформатора 8 и RC-цепь 25, так как до момента тв по этой цепи протекает ток 1э. Время протекания тока b определяется выбором соответствующих параметров RC-цепи 25.

Дополнительный диод 26 позволяет устранить шунтирующее влияние датчика 5 тока и уменьшить величину тока 1з, необходимую для поддержания порогового элемента 19 в замкнутом состоянии на интервале 1з — ts.

После того. когда ток 1э спадет до нуля (момент t6 и пороговый элемент 19 разомкнется, в течение времени te — тт, на обмотке 9 трансформатора 8 поддерживается напряжение, величина которого задается напряжением (Оэ) на обмотке 11 дросселя 6.

При этом напряжение на обмотках 12 и 13 трансформатора 8 поддерживает ключи 1 и

2 в закрытом состоянии.

В момент t7 дроссель 6 отдает накопленную энергию в цепь нагрузки 16 и под действием положительной обратной связи снова изменится полярность напряжения на обмотках дросселя 6 и трансформатора

8. Это приводит к открыванию ключей 1 и 2, после чего процесс повторяется; Кроме того, в момент с7 происходит разряд конденсатора RC-цепи 25 по цели "обмотка 24 трансформатора 8 — дополнительный диод

26 — датчик 5 тока".

Далее преобразователь работает аналогичным образом до тех пор, пока напряжение на нагрузке 16 не достигнет уровня срабатывания узла 18 обратной связи. При

5 срабатывании узла 18 его выходная цепь замыкаег. обмотку 9 трансформатора 8, обеспечивая срыв колебаний генератора.

Напряжение на нагрузке 16 начинает уменьшаться и в момент, когда оно достигнет за10 данного уровня, выходная цепь узла 18 разомкнется и пуская цепь 17 обеспечит возбуждение колебаний генератора и напряжение на нагрузке 16 снова начнет возрастать. l5 Далее устройство работает в режимах возбуждения и срцва колебаний, обеспечивая стабилизацию напряжения на нагрузке . 16.

Таким образом, в предлагаемом устрой20 стве обеспечивается активное эапирание транзисторных ключей на всех стадиях процесса их выключения, что позволяет уменьшить выделяющуюся в ключах мощность и благодаря этому повысить КПД и надеж25 ность устройства.

Формула изобретения

1. Однотактный преобразователь посто30 янного напряжения по авт.св. М 1631677, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД и надежности путем уменьшения потерь в транзисторах при их выключении, введены последовательная RC-цепь

35 и дополнительная обмотка трансформатора, присоединенная ко входу порогового элемента через упомянутую RC-цепь.

2, Преобразователь по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что соединение входного

40 вывода порогового элемента с соответствующим выводом датчика тока выполнено через дополнительный диод.

1713046 фыр ь

Составитель И.Пономарев

Редактор H.Êàìåíñêàÿ Техред М.Моргентал Корректор М,Демчик

Заказ 541 Тираж Подписйое

8НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент". г. Ужгород, ул.Гагарина, 101