Однотактный преобразователь постоянного напряжения

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Н 02 М 3/335

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4942048/07 (22) 04.06.91 (46) 30.01.93. Бюл, М 4 (71) Киевский политехнический институт им, 50-летия Великой Октябрьской социалистической революции (72) М.Е.Артеменко (56) 1. Патент США

N4675796,,кл, Н 02 М 7/122, 1987, 2. Авторское свидетельство СССР

N 959234, кл. Н 02 М 3/335, 1978, 3. Авторское свидетельство СССР

М 15805ЬО; кл. Н 02 M 3/335, 1988. (54) ОДНОТАКТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ (57) Использование: преобразование и стабилизация постоянного напряжения для систем вторичного электропитания и автоматики. Существо изобретения: регули. Ы 1791933 А1 рующий 1 и вспомогательный 5 транзисторы управляются в противофазе. При открытом регулирующем транзисторе 1 в дросселе 11 накапливается энергия, при этом конденсатор 10 разряжается через последовательно соединенные; конденсатор 4, первичные обмотки дросселей-трансформаторов 2 и 3 и регулирующий транзистор 1. При закрытом регулирующем транзисторе 1 конденсатор 4 разряжается через открытый вспомогательный транзистор 5 на последовательно-соединенные первичные обмотки . дросселей-трансформаторов 2 и 3. Со вторичных обмоток этих дросселей через выпрямительные диоды 7 и 8 энергия поступает на выход преобразователя. Токи . намагничивания дросселей-трачсформаторов 2 и 3 взаимно компенсируются, что уменьшает пульсации выходного напряжения. 2 ил.

1791933

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в источниках вторичного электропитания с гальванической развязкой входных и выходных цепей для преобразования уровня постоянного напряжения, Известен преобразователь напряжения, содержащий два дросселя-трансформатора, первичные обмотки которых совместно с регулирующим транзистором образуют последовательную цепь, включенную между входными выводами преобразователя, а вторичные обмотки через соответствующие выпрямительные диоды соединены с выходными выводами преобразователя, между которыми включен фильтрующий конденсатор, причем первичные обмотки дросселей-трансформаторов охвачены последовательной цепью, состоящей из конденсатора и диода, в точку соединения которых подключена рекуперационная цепь, .состоящая из размагничивающей обмотки дросселя-трансформатора и рекуперационного диода, соединенного со входным выводом преобразователя (1, 2), Недостатками известного устройства являются повышенные пульсации выходного напряжения, большие габариты дросселя-трансформатора из-за наличия размагничивающей обмотки, а также импульсный ток, потребляемый из источника питания.

Наиболее близким из известных к заявляемому устройству является однотактный преобразователь постоянного напряжения, содержащий два двухобмоточных дросселятрансформатора, первичные обмотки которых соединены последовательно, шунтированы последовательной цепью, состоящей из первого конденсатора и вспомогательного транзистора, шунтированного встречно включенным диодом, и через регулирующий транзистор, управляемый противофазно со вспомогательным, соединены со входными выводами преобразователя, а вторичные обмотки через соответствующие выпрямительные диоды соединены с выходными выводами преобразователя, между которыми включен конденсатор (3), Недостатками известного устройства явля ются импульсное потребление тока от источника питания, что приводит к генерированию электромагнитных помех, и значительные массогабаритные показатели, обусловленные необходимостью установки входных фильтров и большим током подмагничивания одного иэ дросселей-трансформаторов.

Цель изобретения — уменьшение массы и габаритов и уменьшение пульсаций потребляемого тока.

Поставленная цель достигается тем, что в однотактный преобразователь постоянного напряжения, соединяющий два двухобмоточных дроссель-трансформатора, первичные обмотки которых соединены последователь и шунтированы цепью, состоящей из последовательно-соединенных первого конденсатора и вспомогательного транзистора, управляемого противофазно с регулирующим транзистором и шунтированного встречно включенным диодом, а вторичные обмотки через соответствующие выпрямительные диоды соединены с выходными выводами преобразователя, между которыми включен второй конденсатор, введены третий конденсатор и третий дроссель, причем третий конденсатор шунтирует последовательно-согласно включенные вспомогательный и регулирующий транзисторы, а регулирующий транзистор через третий дроссель подключен к входным выводам преобразователя.

На фиг. 1 представлена функциональная схема однотактного преобразователя постоянного напряжения.

На фиг. 2 изображены временные диаграммы работы заявляемого устройства.

Однотактный преобразователь постоянного напряжения, содержит регулирующий транзистор 1, два двухобмоточных дросселя-трансформатора 2 и 3, первичные обмотки которых соединены последовательно и шунтированы цепью, состоящей из последовательно-соединенных первого конденсатора 4 и вспомогательного транзистора 5, управляемого противофазно с регулирующим транзистором и шунтированного встречно включенным диодом 6, а вторичные обмотки через соответствующие выпрямительные диоды 7 и 8 соединены с выходными выводами преобразователя, между которыми включен второй конденсатор 9. Третий конденсатор 10 шунтирует последовательно-согласно включенные вспомо ательный 5 и регулирующий 1 транзисторы, а регулирующий транзистор 1 через третий дроссель 11 подключен к входным выводам преобразователя.

Преобразователь напряжения в установившемся режиме работает следующим образом, На управляющие электроды транзисторов 1 и 5 поступают противофаэные широтно-модулированные импульсы (фиг. 2, а), Лри проводящем состоянии транзистора 1 в интервале времени 0 ... dT в дросселе 11 происходит накопление электромагнитной энергии (воэрастание тока на фиг, 2, б), а к последовательно соединенным первичным обмоткам дросселей-трансформаторов 2 и 3 прикладывается разность на1791933

20

30

50 пряжений конденсаторов 10 и 4. Поскольку величина напряжения на конденсаторе 10 больше, чем на конденсаторе,4, к обмоткам дросселей-трансформаторов прикладывается положительное относительно обозначенных концов обмоток напряжение. Под действием этих напряжений отпирается диод 7 и запирается диод 8, в результате чего ко вторичной обмотке дросселя 2 прикладывается напряжение конденсатора 9. Транзистор 5 закрыт по управляющим электродам, а к диоду 6 прикладывается запирающее напряжение конденсатора 10. Под действием напряжений, прикладываемых к обмоткам дросселей-трансформаторов, происходит уменьшение тока намагничивания дросселя 2 (пунктир на фиг. 2, в), направленного к обозначенному концу обмотки, и увеличение тока намагничивания дросселя

3 (фиг. 2, г). Последний замыкается через первичные обмотки дросселей 2 и 3 s направлении от обозначенных концов обмоток, транзистор 1, конденсатор 10, разряжая его (фиг. 2, е). Через вторичную обмотку дросселя 2 в нагрузку через диод 7 замыкается сумма противофазно изменяющихся пересчитанных токов намагничивания дросселей 2 и "3 (фиг. 2, з). Через транзистор 1 протекает сумма токов дросселя 11 и первичной обмотки дросселя 3 (фиг. 2, ж). При включенном состоянии вспомогательного транзистора 5 в интервале времени dT ... Т к дросселю 11 прикладывается разность напряжений конденсатора 10 и входного, к первичным обмоткам дросселей 2 и 3 — напряжение конденсатора 4 отрицательной полярности. При этом отпирается диод 8, подключая ко вторичной обмотке дросселя

3 напряжение конденсатора 9, и запирается диод 7, Ток дросселя 11 спадает (фиг. 2, б), заряжая конденсатор 10 (фиг. 2, д), а ток намагничивания дросселя 2 возрастает, замыкаясь через первичные обмотки дросселей 2 и, конденсатор 4, разряжая его (фиг.

2, е), и ключ двусторонней проводимости, состоящей из диода 6 и транзистора 5. Через этот ключ протекает разность токов намагничивания дросселей 11 и 2, имеющих одинаковые средние значения, причем положительная часть этой разности замыкается через диод 6 (фиг. 2, ж), а отрицательная — через транзистор 5 (фиг. 2, ж). Сумма пересчитанных значений токов намагничивания дросселей 2 и 3 протекает через диод 8 (фиг. 2, з), обеспечивая малые пульсации выходного напряжения.

Из условия равенства нулю средних значений токов, протекающих через конденсаторы 10 и 4 в установившемся режиме, можно показать, что средние значения токов намагничивания дросселей 2 и 3 равны

12=jnd, 13=)п(1 — d) где ) — -ток нагрузки, п=п2=п3 — коэффициент трансформации дросселей трансформаторов, d — коэффициент заполнения управляющих импульсов, При d=0,5 эти значения равны и в два раза меньше, чем пересчитанное значение тока нагрузки, что позволяет уменьшить массу и габариты дросселейтрансформаторов по сравнению с прототипом, В режиме непрерывного тока в дросселе 11 от источника питания потребляется непрерывный ток, что исключает необходимость применения входных фильтров.

Формула изобретения

Однотактный преобразователь постоянного напряжения, содержащий регулирующий транзистор, два двухобмоточных дросселя-трансформатора, первичные обмотки которых соединены последовательно и шунтированы цепью, состоящей из последовательно-соединенных первого конденсатора и вспомогательного транзистора, управляемого противофаэно с регулирующим транзистором и шунтированного встречно включенным диодом, а вторичные обмотки через соответствующие вьгпрямительные диоды соединены с выходными выводами преобразователя, между которыми включен второй конденсатора, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью уменьшения массы и габаритов и уменьшения пульсаций потребляемого тока, введены третий конденсатор и третий дроссель, причем третий конденсатор шунтирует последовательно— согласно включенные вспомогательный и регулирующий транзисторы, а регулирующий транзистор через третий дроссель подключен к входным выводам преобразователя.

1791933

Составитель M. Артеменко

Техред M,Ìoðãåíòàë Корректор С, Патрушева

Редактор

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

Заказ 158 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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