SU1105993A1 - Однотактный преобразователь посто нного напр жени - Google Patents

Abstract

ОДНОТАКТННЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий св занный с формирователем управл ющего сигнала силовой транзистор, 1тэансформатор с первичной, вторичной обмотками и обмоТкой возврата. Диод, вспомогательную ftCD -Цепочку измен йхцую траекторию рабочей точки силового транзистора, вьшрймитель и Выходной диодно-индуктивно-емкостной фильтр, причем первична  обмотка и обмотка возврата трансфорь1атора подключены к первачу входному выводу преобразовател  разноименными концами , другой конец первичной обйотКи трансформатора соединен с вторым входным выводом преобразовател  через силовой транзистор другой конец обмотки возврата Соединен с вторьм входнь2м вьюодом преобразовател  через ДИ6Д, а вторична  обмотка трансфорнАтора через вьшр мйтель и выходной диодно-инду1стивно-емкостной фильтр подключена к вьЬсодным выводам преобразовател , отличающийс It тем, что, с целью повышени  КПД и надежности преобразовател  путем уменьшейи  динамических потерь в силовом транзисторе, вспомогательна  J5CD-цепочка подкйючейа меаду точкой соединени  первичной обмотки трансформатора с силовым транзистором и точкой соединени  обмотки возврата с диодом. :п ;о ;о :с

Description

Изобретение относитс  к электротехнике и может быть использовано в источниках электропитанг-ш различной аппаратуры. Известны однотактные преобразова тели посто нного напр жени  5 содерж щие силовые транзисторные ключи, трансформатор с дополнительной обмоткой возврата, выпр митель и выход ной диодно-индуктивно-емкостной . фильтр 11. Недостатками этих преобразователе  вл ютс  пониженные КПД, надежность и удельна  мощность, обусловленные большими потер ми в силовых транзисторных: ключах, вьщел емых при переключении и неблагопри тной формой траектории переключени  силовых транзисторных ключей. Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  однотактный преобразовател посто нного напр жени J содержащий св занньй с формирователем управл ющего сигнала силовой транзистор, трансформатор с первичной, вторичной обмотками и обмоткой возврата, диод вспомогательную RCD -цепочку, измен ющую траекторию рабочей точки силового транзистора, выпр митель и выходной диодно-индуктивно-емкостной фильтрJ причем первична  обмОтка и обмотка возврата трансформатора подключены к первому входному выводу преобразовател  разноименными концаMHj другой конец первичной обмотки трансформатора соединен с вторым входным выводом преобразовател  через силовой транзистор другой конец обмотки возврата соединен с вторым входньтм выводом преобразоёатеп  через диод, а вторична  обмотка трансформатора через выпр митель и выходной диодно-индуктивно-емкостной фильтр Подключена к выходным выводам преобразовател  2. Данный преобразователь характеризуетс  недостаточно высоким КПД и малой надежностью, что обусловлено большими динамическими потер ми в силовом транзисторе преоврГазоваТел , вьщел емыми в моменты его включени , а также импульсными перенапр жени ми на силовом транзисторе при его выключени х, Боль ше динамические потери при включении силового транзистора вызваны больпшми по амплитуде импульсами тока коллектора при его выключени х, обусловленными разр дом конденсатора вспомогательной -цепочки, а импульсные перенапр жени  на силовом транзисторе при его выключени х обусловлены ЭДС самоиндукции индуктивности рассе ни  первичной обмотки трансформатора преобразовател . Целью изобретени   вл етс  повышение КПД и надежности преобразовател  путем уменьшени  динамических потерь в силовом транзисторе, Цель достига-етс  тем, что в однотактном преобразователе посто нного напр жени , содержащем св занный с формирователем управл ющего сигнала силовой транзистор, трансформатор с первичной, вторичной обмотками и обмоткой возврата-, диод, вспомогательную R,Ct) -цепочку, измен ющую траекторию рабочей точки силового транзистора, выпр митель и йыходной диодно-индуктивно-емкостной фильтр, причем первична  обмотка и обмотка возврата трансформатора подключены к первому входному выводу преобразовател  разноименными конца1 1 , другой конец первичной обмотки трансформатора соединен через силовой транзистор с вторый входным выводом преобразовател , другой конец обмотки возврата соединен с вторъы входным вьшодом преобразовател  через ДИОД} а вторична  обмотка трансформатора через выпр митель и выходной диодно-индуктивно-емкостной фильтр подключена к выходным выводам преобразовател , вспомогательна  ЯСТ) -цепочка, подключена между точкой соединени  первичной обмотки трансформатора с силовым транзистором и точкой соединени  обмотки возврата с диодом. На фиг.1 показана принципиальна  схема предлагаемого преобразовател J на фиг.2 - временные диаграммы, по сн ющие его работу. Однотактный преобразователь посто нноГо напр жени  (фиг.1) содержит формирователь управл ющего сигнала 1, св занный с силовым транзистором 2, трансформатор 3 с первичной обмоткой 4j вторичной обмоткой 5 и обмоткой возврата 6. Кроме того, предлагаемый преобразователь содержит диод 7 и вспомогательную 15CD -цепочку, измен ющую траекторию рабочей точки силового транзистора, котора  состоит из резистора 8, конденсатора 9, диода 10. Вторична  обмотка 5 трансформатора 3 через выпр митель 11 и

ныходио диодно-индуктивио-емкостиой фильтр 12-14 подключена к выходным выводам преобразовател . Причем первична  обмотка 4 и обмотка возврата 6 трансформатора 3 подключены к первому входному выводу преобразовател  разноименными концами, другой конец первичной обмотки 4 св зан с вторым входным выводом преобразовател  через силовой транзистор 2, другой конец обмотки возврата св зан с вторым входным вьгеодом преобразовател  через диод 7, а вспомогательна  i5Cb -цепочка 8-10 подключена между точкой соединени  первичной обмотки 4 трансформатора 3 с силовым транзистором 2 и точкой соединени  обмотки возврата 6 с диодом 7. Входные выводы предлагаемого однотактног преобразовател  подключены к источнику питани  с напр жением Е Индуктивности рассе ни  первичной обмотки трансформатора и обмотки возврата условно показаны на фиг.1 в виде отдельных элементов 15 и 16 соответственно.

Однотактный преобразователь посто нного напр жени  работает следующим образом. Предположим, что выпр мительный диод 11 и рекуперационный диод 12 выходного диодноиндуктивно-емкостного фильтра обладают бесконечно малым временем переключени , обмотки 4 и 6 трансформатора 3 имеют равное число витков, а силовой транзистор 2 имеет бесконечно малое врем  рассасывани .

При подаче на базу силового транзистора 2, открывающего сигнал с формировател  управл ющего сигнала 1 (момент времени -t-i на фиг.2), силовой транзистор 2 открываетс , начинает проводить вьтр мительный диод 11, и энерги  с вторичной обмотки 5 трансформатора 3 поступает на выходной диодно-индуктивно-емкостной фильтр 12-14 и выходные выводы преобразовател .

Кроме этого, при открывании силового транзистора 2 начинает протекать ток зар да конденсатора 9, вспомогательной СЪ -цепочки 8-10, который замыкаетс  по цепи: обмотка 6 трансформатора 3 - индуктивность рассе ни  16-9-8-3- - Ер,цд, обмотка 6 трансформатора 3. В течение открытого состо ни  си.чового транзистора 2, интервал времени (ti-lj) на фиг.2, конденсатор 9 зар жаетс  до напр жени , равного 2Кпцт В определенный момент времени заканчиваетс  действие открывающего сигнала. На интервале времени (Ij-)) силовой транзистор 2 выключаетс , при этом ток его коллектора спадает до нул . Одновременно с этим, начина  с момента времени t2 . начинаетс  процесс перезар да конденсатора 9, вспомогательной СЪ -цепочки 8-10, который идет по цепи: индуктивность рассе ни  15-10-9 - индуктивность рассе ни  16 - обмотка 6 - обмотка 4 - индуктивность рассе ни  15. При этом на интервале времени (ti-lij) происходит перераспределение тока (ме аду силовым транзистором и конденсатором 9 таким образом , что суммарный ток нагрузки преобразовател  остаетс  неизменным . В момент времени t- напр жение на коллекторе силового транзистора достигает величины напр жение на конденсаторе 9 перезар жаетс  до нул . При этом выпр мительный диод 11 выключаетс  и нагрузка отключаетс  от преобразовател .

Начина  с момента времени -tj прцесс перезар да конденсатора 9 вспомогательной I2ct) -цепочки продолжаетс  за счет энергии, накопленной в индуктивност х рассе ни/1 15 и 16. В момент времени -fc напр жени  на конденсаторе 9 перезар жаетс  до значени  -ь2Епит и диод 7 открываетс . Длительность интервала времени (-1з-±ч) зависит от соотношени  между величинами индуктивностей рассе ни  15, 16 и емкости конденсатора 9.

Индуктивности намагничивани  трансформатора 3 (индуктивности обмоток 4 и 6) в формировании фронтов напр жени  на обмотках трансформатора участи  не принимают.

При этом, чем больше величина индуктивности рассе ни  15 и 16, тем более продолжителен по времени интервал (ti-ti) и более ппавно нарастает напр жение на диоде 7, что прилижает режим при его включении к режиму включени  на импульс малого тока, и падение напр жени  на диоде не превьпиает в момент его включени  величины установившегос  значени  нпр жени  на открытом диоде. При этом напр жение на коллекторе силовогр транзистора фиксируетс  на ур.овне 2 ЕПМШ .+ Ug (где U( - паден напр жени  на открытом диоде 7). В известном техническом решении Г 2} величина интервала времени ( a-tij), завис ща  от соотношени  мелоду величиной индуктивности рассе ни  только первичной обмотки трансформатора и величиной емкости конденсатора вспомогательной -ц почки значительно меньше, чем предлагаемом. При этом более резко возрастает напр жение, что соответствует ВТСТТЙТ РН -Т этого диод на импульс 6оль51тог, тока Падени напр жен -1  на диоде,, подключенном к обмотке возврата трансформатора, момент его втотючбни  значительно превьш1ает установившеес  значение напр жени  на открытом диоде. Таки образом, в момент включени  диода, подключенного к обмотке возврата трансформатора5 в известном техническом решении напр жение на колле торе силового транзистора фиксирууровне 5 значительно превыш lEnum + UQ, На ш;его величину + UQ, На интервале времени (iii-tsy открыт д 7 и энерги , накопленна  в индукти ности намагничивани  трансформатор 3, возвращаетс  в источник питани  преобразовател . На этом интервале времени ток замыкаетс  по цепи: обмотка 6 тран форматора 3 индуктивность рассе ни  16 - , об мотка трансформатора 3. В момент времени tg вс  энерги ; накопленна  в инд-уктивносги намагничивани  трансформатора 3, возвращаетс  в источник питакил предлагаемого однотактного преобразовател , и диод 7 закрываетс  На интервале времени (tg-te) Напр жение на конденсаторе 9 вспомогательной RCD-цепочки падает до нул . При этом ток разр да конденсатора 9 те чет по цепиг 9-8 - индуктивность рассе ни  15 - иадук-твность рассе  ни  16-9. В MOKEiiT времени -tg ток разр да конденсатора станобитс равным нулю, а напр жение на скловом транзисторе становитс  рангам в момент времени 1::} на базу силового транзистора 2 подает с  открываюпшй сигнал с формироват л  управл ющего пкгнапа 1, транзистор 2 открываетс ; начинает проно;и 1 ь в)1П}) мительный диод ii $ 936 и энерги  с вторичной обмотки 5 трансформатора 3 поступает на выходной диодно-индуктивно-емкостной фильтр 12-14 и выходные выводы однотактного преобразовател . Одновременно с этим начинаетс  процесс зар да конденсатора 9 вспомогательной -RCD -цепочки, которьй идет по цепи: обмотка 6 трансформатора 3 - индуктивность рассе ни  16-98-2- - Епит - + ЕПИП, - обмотка 6 трансформатора 3. При эгом форма тока зар да конденсатора на интервале времени (-b:;--fcg определ етс  величиной емкости конденсатора 9, величиной сопротивлени  резистора 9 и величиной индуктивности рассе ни  16 . Индуктивность намагничивани  обмотки 6 трансформатора 3 не участвует в формировании тока зар да конденсатора 9 на интервале времени Q( j В момент времени -Ц ток зар да конденсатора Достигает своего максимума и начинает создать. В момент времени конденсатор 9 вспомогательной RCD -цепочки зар жаетс  до напр жени , равного 2 В момент времени tg заканчиваетс  действие открьшающего сигнала, силовой транзистор 2 начинает выключатьс  , ток его коллектора начинает спадать и все процессы в предлагаемом однотактном преобразователе повтор ютс  . Таким образом, напр жение на конденсаторе iJOD -цепочки в известном техническом решении однопол рно и измен етс  от нул  до +2 Епи(П В предлагаемом же техническом решении ца пр жение на конденсаторе (ct) -Це- почки разнопол рное и измен етс  от - 2 Ъ до + 2 Enu(t Предлагаемый однотактньй преобразователь найр жени  относительно прототипа имеет более высокую надежность . Это объ сн етс  тем, что отггарание силового транзистора в прототипе возникают большие по величине импульсыколлекторного тока, вызванные разр дом конденсатора вспомогательной ISCt) -цепочки, изен ющей траекторию рабочей точки илового транзистора. Максимальна  мплитуда импульсов коллекторного ока силового транзистора, вызванных азрадом упом нутого конденсатора, предел етс  только величиной сопротивлени  резистора вспомогательной й.сО-цепочки. В предлагаемом техничасхом решении амплитуда импульсов коллекторного тока силового транзистора, вызванных зар дом конденсатора вспомогательной рр -цепочки , значительно меньше, так как определена не только величиной сопротивлени  резистора вспомогательной C.OD -цепочки, но и величиной индуктивности рассе ни  обмотки возврата трансформатора.

Кроме того, более высока  надежность предлагаемого однотактного преобразовател  посто нного напр жени  объ о г егс  тем, что г-рн БКЛЮчении диода, подключенного к обмотке возврата тра.нсформатора преобр.эзовател , он работает в режиме- включени  на импульс малого тока, при этом падение напр жени  на диоде не Яревьпиает величины установившегос  значени  напр жени  на открытом диоде, а напр жение на коллекторе силового транзистора фиксируетс  на уровне, не превышающем значен}1Я 2 Еп14щ + UQ. В .известном же техническом решении при закрывании силового транзистора более резко возрастает напр жение на диоде, подключенном к обмотке возврата трансформатора и при включении этот диод испытывает режим включени  на импульс болшого тока. При этом падение напр жени  на диода,подключенном к обмотке возврата трансформатора,значитель но превьшает установившеес  значение напр жени  на открытом диоде, а напр жение на коллекторе силового транзистора значительно превышает величину 1 Епцгп + U( Таким образом в предлагаемом техническом решении повышаетс  надежность за счет уменьшени  максимального значени  напр жени  на коллекторе силового транзистора преобразовател .

предлагаемый преобразователь имеет более высокий КПД. Это объ сн етс  тем, что при включении силового транзистора напр жение мезвду его коллектором и змиттером устанавливаетс  на уровне, соответствующем напр жению насыщени  транзистора, по истечении времени равного времени накоплени  зар дов в области базы силового транзистора.

В момент времени, соответствующи подаче на базу силового транзистора отпирающего сигнала, напр жение между его коллектором и эмиттером во много раз превышает установившее   значение напр жени  насьщени .

При этом в прототипе з момент включе и  силового транзистора выдел етс  зна лтельна  импульсна  мощность, как коллекторный ток силового транзистора в момент его открывани  имеет выброс значительной амплитуды, обусловленный разр дом конденсатора вспомогательной QCJ)Цепочки, измен ющей траекторию рабочей точки силового транзистора. В предлагаемом однотактном преобразователе посто нного напр жени  ток зар да конденсатора вспомогательной -цепочки нарастает медленно и достт гает своего максимума значительно позже момента включени  силового транзистора. Это св зано с тем, что в контур тока зар да конденсатора вспомогательЬой 6С1 -цепски входит в индуктивность рассе ни  обмотки возврата трансформатора преобразовател , что объ сн ет значительно меньшую импульсную мощность, рассеиваемую в силовом транзисторе в момент его включени .

Кроме того, отсутствие импульсной перегрузки по току силового транзистора, в момент его включени  позвол ет примен ть в предлагаемом однотактнок преобразователе посто нного напр жени  в посто нные более простые схемы формировани  управл ющего сигнала силового транзистора.

3 3.

Enum.

/5 W

ч

16

Д

Фиг

Claims (1)

1. ОДНОТАКТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий связанный с формирователем управляющего сигнала силовой транзистор, трансформатор с первичной, вторичной обмотками и обмоТкой возврата, Диод, вспомогательную Й.СИ -Цепочку» изменяющую траекторию рабочей точки силового транзистора, выпрямитель и Выходной диодно-индуктивно-емкостной фильтр, причем первичная обмотка и обмотка возврата трансформатора подключены к первому входному выводу преобразователя разноименными концами, другой конец первичной обйотКи трансформатора соединен с вторым входным выводом преобразователя через силовой транзистор» другой конец обмотки возврата Соединен с вторьы входным выводом преобразователя через диод, а вторичная обмотка трансформатора через выпрямитель и выходной диодно-индуктивно-емкостной фильтр подключена к выходным выводам преобразователя, отличающийс Я тем, что, с целью повышения КПД § и надежности преобразователя путем уменьшения динамических потерь в силовом транзисторе, вспомогательная RCD-Цепочка подключена между точкой соединения первичной обмотки трансформатора с силовым транзисторов и точкой соединения обмотки возврата с диодом.

   SUn·, 1105993