Квазирезонансный преобразователь постоянного напряжения с переключением при нулевом напряжении

 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано, например, в системах питания для преобразования постоянного напряжения, а также в телекоммутационном оборудовании. Для упрощения схем управления и повышения надежности в квазирезонансный преобразователь постоянного напряжения с переключением при нулевом напряжении, содержащий силовой трансформатор, первичная обмотка которого через силовой транзисторный ключ и первый резистор подключена к входным выводам, параллельно которым подключены первый конденсатор и цепь, состоящая из последовательно соединенных второго резистора, второго конденсатора и второй обмотки силового трансформатора, вторичная обмотка которого подключена через первый диод и фильтр к выходным выводам, управляющий вход силового транзисторного ключа подключен к второму входному выводу через первый управляющий транзисторный ключ, встречно-параллельно которому подключен второй диод, управляющий вход первого управляющего транзисторного ключа подключен через третий резистор к входу силового транзисторного ключа, а также четвертый резистор, первый вывод которого подключен к точке соединения второго резистора и второго конденсатора, введены второй управляющий транзисторный ключ, первый и второй дроссели, третий и четвертый диоды, третья обмотка силового трансформатора и третий конденсатор. 2 ил.

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано, например, в системах питания для преобразования постоянного напряжения, а также в телекоммутационном оборудовании.

Известен квазирезонансный преобразователь напряжения с переключением при нулевом напряжении, содержащий подключенные к входным выводам последовательно соединенные первичную обмотку силового трансформатора, дроссель и силовой транзисторный ключ, параллельно которому подключены встречно первый диод и конденсатор, при этом управляющий вход ключа подключен к блоку управления, вход которого соединен через второй диод с выходом силового ключа, вторичная обмотка силового трансформатора через выпрямительный диод и фильтр соединена с выходными выводами [1].

Недостатками преобразователя являются значительные напряжения, возникающие во время паузы на силовом ключе, что снижает надежность преобразователя, а также сложность управления переключением.

Известен квазирезонансный обратноходовой преобразователь напряжения, содержащий силовой трансформатор, первичная обмотка которого состоит из двух обмоток, первая из них через силовой транзисторный ключ и резистор подключена к входным выводам, параллельно которым подключен конденсатор, а также цепь, состоящая из последовательно соединенных второго резистора, второго конденсатора и второй обмотки силового трансформатора, вторичная обмотка которого через диод и фильтр подключена к выходным выводам, управляющий вход силового транзисторного ключа подключен к второму входному выводу через первый управляющий транзисторный ключ, встречно параллельно которому подключен диод, и через третий резистор - к точке соединения второго резистора и второго конденсатора, а также блок управления, подключенный к управляющему входу силового транзисторного ключа [2].

Недостатком преобразователя является недостаточная надежность, обусловленная сложностью схемы управления силовым транзистором.

Техническим результатом является упрощение схемы управления, повышение надежности преобразователя.

Результат достигается тем, что в квазирезонансный преобразователь постоянного напряжения с переключением при нулевом напряжении, содержащий силовой трансформатор, первичная обмотка которого через силовой транзисторный ключ и первый резистор подключена к входным выводам, параллельно которым подключены первый конденсатор, цепь, состоящая из последовательно соединенных второго резистора, второго конденсатора и второй обмотки силового трансформатора, вторичная обмотка которого подключена через первый диод и фильтр к выходным выводам, управляющий вход силового транзисторного ключа подключен к второму входному выводу через первый управляющий транзисторный ключ, встречно параллельно которому подключен второй диод, управляющий вход первого управляющего транзисторного ключа подключен через третий резистор к входу силового транзисторного ключа, а также четвертый резистор, первый вывод которого подключен к точке соединения второго резистора и второго конденсатора, введены второй управляющий транзисторный ключ, первый и второй дроссели, третий и четвертый диоды, третья обмотка силового трансформатора и третий конденсатор.

На фиг. 1 представлена электрическая схема преобразователя; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие работу преобразователя.

Преобразователь содержит (фиг. 1) первый конденсатор 1, подключенный к входным выводам, силовой трансформатор 2, первичная обмотка которого состоит из трех обмоток, первая 3 из которых через силовой транзисторный ключ 4 и первый резистор 5 подключена к входным выводам, к которым подключены последовательно соединенные второй резистор 6, второй конденсатор 7 и вторая обмотка 8 силового трансформатора 2, управляющий вход силового транзисторного ключа 4 через первый управляющий транзисторный ключ 9, встречно-параллельно которому подключен второй диод 1 (стабилитрон), подключен к второму входному выводу, управляющий вход первого транзисторного ключа 9 подключен через третий резистор 11 к входу силового транзисторного ключа 4, управляющий вход которого через вторую индуктивность 12, параллельно которой подключен четвертый диод 13, и четвертый резистор 14 подключены к точке соединения второго резистора 6 и второго конденсатора 7, выход транзисторного ключа 4 через третий конденсатор 15 и второй управляющий транзисторный ключ 16 соединен с вторым входным выводом, вход второго управляющего транзисторного ключа 16 через пятый резистор 17, первую индуктивность 18, параллельно которой подключен третий диод 19, и третью обмотку 20 силового трансформатора 2 соединен с его выходом, вторичная обмотка 21 силового трансформатора 2 через первый диод 22 и фильтр 23 соединена с выходными выводами.

Преобразователь работает следующим образом.

В исходном состоянии токи в обмотках трансформатора 2 отсутствуют. При подаче питающего напряжения по цепи: +U_п, резистор 6, резистор 14, индуктивность 12, затвор-исток ключа 4, резистор 5, -U_п происходит заряд емкости затвор-исток транзистора 4. Одновременно по цепи: +U_п, резистор 6, конденсатор 7, вторая обмотка 8 трансформатора 2, -U_п происходит заряд конденсатора 7. Когда напряжение на затворе транзистора 4 достигнет порогового значения, транзистор 4 начнет открываться (фиг. 2, t₁), в результате по обмотке 3 потечет ток. Благодаря наличию положительной обратной связи (обмотки 3 и 8) процесс открывания транзистора 4 является лавинообразным, в результате транзистор 4 надежно насыщается по цепи: начало обмотки 8, конденсатор 7, резистор 14, индуктивность 12, затвор-исток транзистора 4, резистор 5, конец обмотки 8. К первичной обмотке 3 трансформатора 2 прикладывается напряжение источника питания за время открытого состояния ключа 4 и происходит процесс накопления энергии в трансформаторе 2, при этом ток в обмотке 3 и ключе 4 изменяется по линейному закону. Когда напряжение на резисторе 5 достигнет величины, достаточной для открывания транзисторного ключа 9, последний, открываясь, шунтирует затвор транзистора 4. В результате напряжение на затворе транзистора 4 снижается и он выключается по цепи: начало обмотки 8, резистор 5, исток-затвор транзистора 4, диод 13, резистор 14, конденсатор 7, конец обмотки 8 трансформатора 2. Из-за наличия у транзистора 4 выходной емкости напряжение на нем будет расти достаточно медленно, т.е. ток через транзистор 4 успевает упасть до нуля прежде, чем напряжение на транзисторе вырастет на значительную величину. Рост напряжения на транзисторе 4 означает, что на транзисторе 16 напряжение снижается, т.е. его выходная емкость разряжается. В момент t₂ (фиг. 2), когда напряжения на транзисторах 4 и 16 сравняются, произойдет смена полярности напряжений на всех обмотках трансформатора 2. Это означает, что транзистор 4 будет надежно заперт, а транзистор 16 будет включен с задержкой (определенной дросселем 18), необходимой для полного разряда его выходной емкости. Ток в первичной обмотке 3 будет протекать в том же направлении по цепи: начало обмотки 3, конденсатор 15, диод транзистора 16, конденсатор 1, конец обмотки 3. Таким образом включение транзистора 16 происходит при нулевом напряжении и при обратном токе, т.е. без потерь мощности. Когда ток в первичной обмотке 3 изменит свое направление (фиг. 2, t₃), он будет протекать по цепи: -U_п, транзистор 16, конденсатор 15, обмотка 3, +U_п. Энергия, накопленная в трансформаторе 2, на предыдущем этапе сбрасывается через вторичную обмотку 21 в конденсатор фильтра 22 и в нагрузку.

Конденсатор 15 и индуктивность намагничивания трансформатора 2 образуют на этом этапе последовательный резонансный контур. Поэтому форма тока в первичной и вторичной обмотках на этом этапе квазисинусоидальная. Это означает, что происходит естественная коммутация выпрямительного диода 22, а также включение транзистора 16 при обратном токе. Когда ток вторичной обмотки достигнет нулевого значения (фиг. 2, t₄), произойдет смена полярности напряжений на всех обмотках трансформатора 2. При этом транзистор 16 выключается форсированно за счет шунтирования индуктивности 18 диодом 19, а транзистор 4 включается с задержкой, обусловленной индуктивностью 12, необходимой для разряда его выходной емкости, при этом ток первоначально протекает через диод транзистора 4. Далее процесс повторяется.

Введение в известную схему преобразователя второго управляющего транзисторного ключа 16 с цепью последовательно соединенных резистора 17, дросселя 18, шунтированного диодом 19, и обмотки 20 трансформатора, включенной между затвором и стоком ключа 16, а также включение дросселя 12, зашунтированного диодом 13, в управляющую цепь силового транзисторного ключа 4 позволяют упростить схему управления переключением, осуществить "мягкий" процесс переключения транзисторов, отсутствуют перенапряжения, возникающие при переключении. Потери мощности, связанные как собственно с переключением, так и с разрядом выходных емкостей транзисторов, также отсутствуют.

Формула изобретения

Квазирезонансный преобразователь постоянного напряжения с переключением при нулевом напряжении, содержащий силовой трансформатор, первичная обмотка которого через силовой транзисторный ключ и первый резистор подключена к входным выводам, параллельно которым подключены первый конденсатор и цепь, состоящая из последовательно соединенных второго резистора, второго конденсатора и второй обмотки силового трансформатора, вторичная обмотка которого подключена через первый диод и фильтр к выходным выводам, управляющий вход силового транзисторного ключа подключен к одному из входных выводов через первый управляющий транзисторный ключ, встречно параллельно которому подключен второй диск, управляющий вход первого управляющего транзисторного ключа подключен через третий резистор к входу силового транзисторного ключа, а также четвертый резистор, первый вывод которого подключен к точке соединения второго резистора и второго конденсатора, отличающийся тем, что введены второй управляющий транзисторный ключ, первый и второй дроссели, третий и четвертый диоды, третья обмотка силового трансформатора и третий конденсатор, при этом выход силового транзисторного ключа подключен к указанному входному выводу через третий конденсатор и второй управляющий транзисторный ключ, управляющий вход которого через последовательно соединенные пятый резистор, первый дроссель, паралельно которому подключен третий диод, и третью обмотку силового трансформатора подключен к его выходу, управляющий вход силового транзисторного ключа подключен к второму выводу четвертого резистора через второй дроссель, параллельно которому подключен четвертый диод.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2