SU1184055A1 - Однотактный транзисторный преобразователь постоянного напряжения - Google Patents

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для преобразования постоянного напряжения в системах вторичного электропитания. 5

Цель изобретения - повышение КПД преобразователя путем взаимного формирования траектории переключения.

На фиг. 1 представлена схема предлагаемого однотактного преобразователя постоянного напряжения,' на фиг. 2 - диаграммы токов и напряжений .

Однотактный транзисторный преобразователь постоянного напряжения (фиг. 1) содержит входной дроссель 1, магнитосвязанный с выходным дросселем 2 ОЬС-фильтра 3, ключевой транзистор 4 с вспомогательными цепями, трансформатор 5 гальванической раз- ^0 вязки, первичная обмотка которого через разделительный конденсатор 6 подключена к силовым выводам ключевого транзистора, а вторичная обмотка

25

через второй разделительный конденса-¹^ тор 7 подключена к входу ДЬС-фильтра с нагрузкой 8 на выходе, вспомогательные цепи формирования траектории переключения ключевого транзистора, последовательную, включенную 30 в цепь эмиттера ключевого транзистора и содержащую обмотку 9 токоограничивающего дросселя, имеющего кроме основной дополнительную обмотку 10, параллельную цепь формирования траек-35 тории переключения транзистора, содержащую соединенные последовательно обратный инерционный диод 11 и управляемый импульсный источник 12 насыщения инерционного диода, включающий 40 соединенные последовательно накопительный конденсатор 13, обмотку 14 второго токоограничивающего дросселя, имеющего кроме основной также дополнительную обмотку 15, вспомо- 45 гательный транзистор 16, управляемый формирователем 17 импульсов, функционально связанным с системой 18 управления ключевым транзистором, цепь запирания инерционного диода, содер- 50 жащую включенный в прямом направлении диод 19, цепь заряда накопительного конденсатора, содержащую дополнительную обмотку 10 токоограничивающего дросселя последовательной формирую- 55 щей цепи и выпрямительный диод 20 и подсоединенную к обмоткам накопительного конденсатора, цепь рекуперации

энергии второго токоограничивающего дросселя, содержащую дополнительную обмотку 15 и второй выпрямительный диод 21, также подключенную к обмоткам накопительного конденсатора.

Однотактный преобразователь постоянного напряжения работает следующим образом.

В установившемся режиме на интервале, когда транзистор 4 включен после подачи напряжения Ц , заряженный разделительный конденсатор 6 подключен параллельно первичной обмотке трансформатора 5 гальванической развязки, при этом энергия, накопленная на нем, передается в нагрузку 8, одновременно запасается энергия во входном 1 и выходном 2 дросселях ПН. На интервале, когда транзистор 4 выключен, напряжение на обмотке выходного дросселя реверсируется и отпирается обратный диод ОЬС-фильтра 3. Ток в нагрузке при этом поддерживается за счет энергии, запасенной в выходном дросселе, одновременно протекает процесс подзарядки разделительных конденсатор ров от источника питания и за счет энергии,запасенной во входном дросселе. Далее процессы периодически повторяются.

Рассмотрим коммутационные процессы, протекающие в однотактном преобразователе постоянного напряжения. На этапе включения транзистора 4 (интервал Р_о - ϋ , фиг.2) нарастание сквозного тока в контуре ключевой транзистор 4,; разделительный конденсатор 6, 'трансформатор 5 гальванической развязки, второй разделительный конденсатор 7 и обратный диод ОЬС-фильтра 3 замедляется токоограничивающим дросселем последовательной цепи формирования траектории переключения транзистора (обмотка 9). При этом напряжение и_к9 на ключевом транзисторе 4 быстро спадает до значения напряжения насыщения Ц(_ЭН(,_сза счет возникновения компенсирующего напряжения на обмотке 9 токоограничивающего дросселя.

За время спада напряжения и_кэчтранзистора 4 его ток ί _кЧ не успевает нарасти до максимального значения, В результате потери энергии в транзисторе на этапе его включения существенно уменьшаются. Длительность интервала С ₀ - Ь определяется време3

1184055

4

нем рассасывания избыточных носителей заряда, накопленных в базе обратного диода ОЪС-фильтра.

С момента времени £ практически мгновенно восстанавливается об- 5 ратное сопротивление диода ОЬС-фильт— ра, возникает разрыв контура сквозного тока, в результате чего наблюдается разкий спад тока ключевого транзистора с максимального значе- 10

ния до начального значения Л_К1, а на обмотках токоограничивающего дросселя последовательной формирующей цепи возникает напряжение самоиндукции, подзаряжающее через 15 открытый диод 20 накопительный конденсатор 13 до соответствующей величины и_с . Таким образом, энергия, накопленная в токоограничивающем дросселе на интервале £₀ - £, пере- 20 качивается и запасается в накопительном конденсаторе. Процесс заряда последнего носит колебательный характер и заканчивается к моменту времени £₂, соответствующему максимуму 25 полуволны колебания напряжения на обмотке ГО. При этом выпрямительный диод 20 запирается и коммутация его осуществляется при нулевом значении тока в обмотке 10. В результате зо

разрыва цепи подзаряда накопительного конденсатора возникает колебательный процесс в контуре протекания тока ключевого транзистора.

С момента времени £^ системой 18 ₃₅

управления вырабатывается сигнал запирания ключевого транзистора 4. Процесс запирания транзистора начинается со стадии рассасывания избыточных носителей заряда, накопленных ₄₀ в его базе, продолжающейся в течение интервала времени £₃ - Ц. Кроме основного управляющего сигнала в момент времени £₃ системой 18 управления формирователю 17 импульсов выда- ₄₅ ется команда на формирование кратковременного отпирающего импульса напряжения и_у<{, поступающего на базу вспомогательного транзистора 16. Последний отпирается и поддержива- ₅₀ ется в открытом состоянии в течение времени рассасывания ключевого транзистора, при этом зарядным током накопительного конденсатора насыщается инерционный диод 11 параллельной ₅₅

цепи формирования траектории переключения транзистора. Ток насыщения диода ограничивается индуктивностью обмотки 10 второго токоограничивающего дросселя.

В момент времени £₊ ключевой транзистор выходит из режима насыщения. Начинается процесс спада коллекторного тока, протекающий на интервале времени £₄ - £5-. Одновременно с началом процесса спада тока ключевого транзистора начинается процесс рассасывания носителей заряда, накопленных в базе инерционного диода 11 по цепи включенного в прямом направлении диода 19. В течение времени рассасывания диода 11 напряжение и _{к э ч} на ключевом транзисторе возрастает незначительно и остается на уровне и_кэгр. В момент времени £_? ток транзистора 4 спадает до нулевого значения. Напряжение и^_эч транзистора 4 при этом начинает нарастать и увеличивается до максимального значения и_{кэ Чс()СЪ}.С момента запирания вспомогательного транзистора 16 энергия, накопленная во втором токоограничивающем дросселе,возвращается в накопительный конденсатор по цепи рекуперации, содержащей дополнительную обмотку 15 и второй выпрямительный диод 21.

Таким образом, на этапе запирания ключевого транзистора 4 спад его тока заканчивается раньше, чем начинается заметный рост напряжения и^, что сводит к.минимуму потери энергии при выключении. Потери энергии в параллельной цепи формирования траектории выключения транзистора также минимальны и определяются динамическими потерями в инерционном диоде и вспомогательном транзисторе (обычно ток насыщения инерционного диода выбирают равным 0,ΙΟ, 2 Л_н). Энергия, запасенная в последовательной цепи при формировании траектории включения транзистора, используется для работы, параллель- . ной формирующей цепи. В целом введенные цепи позволяют существенно повысить КПД преобразователя без нарушения режима максимального подавления пульсаций системой магнитосвязанных дросселей.

1184055

1184055

Фи г . 2

Claims (2)

1. ОДНОТАКТНЫЙ ТРАНЗИСТОРНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий входной дроссель, включенный между положительным входным выводом преобразователя и параллельным ключевым транзистором, трансформатор гальванической развязки, первичная обмотка которого через разделительный конденсатор подключена к силовым выводам ключевого транзистора с вспомогательными цепями,

   а вторичная обмотка через второй разделительный конденсатор подключена к входу ПЬС-фильтра, дроссель которого магнитосвязан с входным дросселем, последовательную и параллельную вспомогательные цепи формирования траектории переключения транзистора, причем последовательная цепь содержит первый токоограничивающий дроссель, а параллельная содержит соединенные последовательно инерционный обратный диод и импульсный источник насыщения инерционного диода, а также цепь запирания инерционного диода, отличающийс я тем, что, с целью повышения КПД преобразователя, импульсный источник насыщения инерционного диода образован цепью, содержащей соединенные последовательно накопитель- § ный конденсатор, второй токоогр.аничивающий дроссель и вспомогательный транзистор, причем в токоограничивающие дроссели последовательной и параллельной цепей формирования траектории переключения транзистора введены дополнительные обмотки, каждая из которых подключена через выпрямительный диод к обмоткам накопительного конденсатора, а цепь запирания инерционного диода образована диодом, подключенным в прямом направлении между точками соединения инерционного диода с импульсным источником насыщения и отрицательным входным выводом преобразователя.

   5Ц „„ 1184055

   1

   1184055
2. 2