SU1647541A1 - Высокочастотный стабилизированный преобразователь посто нного напр жени - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электротехнике и может быть использовано дл  построени  стабилизированных преобразователей , к которым предъ вл ютс  высокие требовани  в части массо- габаритных показателей и качества выходного напр жени . Целью изобретени   вл етс  расширение диапазона стабилизации и повышение КПД высокочастотного преобразовател . Устройство состоит из управл емого силового инвертора 1, трансформатора 2, магнитного ключа 3, выпр мительного диода 4, DLC-фильтра, источника 8 опорного напр жени , усилител  9 сигнала ошибки и преобразовател  10 напр жение - частота . Положительный эффект достигаетс  за счет использовани  вли ни  времени переключени  выпр мительных диодов 4 на врем  перемагничивани  ключа 3 при изменении частоты преобразовани  инвертора 1 под воздействием цепи обратной св зи. 3 ил. (Л

Description

Изобретение относитс  к электротехнике и может быть использовано дл  построени  стабилизированных преобразователей , к которым предъ вл - ютс  высокие требовани  в части массо габаритных показателей и качества выходного напр жени .

Цель изобретени  - расширение диапазона стабилизации и повышение КПД высокочастотного преобразовател .

На фиг. 1 представлена принципиальна  схема преобразовател ; на фиг. 2 - схема устройства дл  одно- тактного силового инвертора напр же- ни ,- на фиг. 3 - эпюры работы устройства .

Преобразователь состоит из управл емого силового инвертора 1, трансформатора 2 5 магнитного ключа 3, вы- пр мительного диода 4, коммутирующего диода 5, дроссел  6, конденсатора 7 фильтра, источника 8 опорного напр жени , усилител  9 сигнала ошибки и преобразовател  Ю напр жение - час- тота.

Выход инвертора 1, соединенного входом с входными выводами, подключен к первичной обмотке трансформатора 2, вторична  обмотка которого первым вы- водом соединена с одним из выходных выводов, а вторым через последовательно соединенные магнитный ключ 3, выпр мительный диод 4 и дроссель 6 - с другим выходным выводом. Между общей точкой выпр мительного диода 4 и дроссел  6 и выходным выводом включен коммутирующий диод 5, между выходными выводами включен конденсатор 7 фильтра , усилитель 9 сигнала ошибки соеди- нен своими входами соответственно с выходными выводами и источником 8 опорного напр жени , а выходом через преобразователь 10 напр жегае - частота - с управл ющим входом инвертора 1

Преобразователь работает следующим образом.

При включении стабилизированного преобразовател  (фиг. За) (подаче на вход питающего напр жени ) напр же

ние на выходе устройства равно нулю, усилитель 9 сигнала ошибки формирует максимальный сигнал рассогласовани , при этом инвертору 1 задаетс  минимальна  рабоча  частота преобразователем 10 напр жение - частота. Минимальна  частота преобразовател  должна быть фиксированной с целью обеспечени  рабочих режимов индуктивных элеg

0 5

Q д 5

5

0

5

ментов - трансформатора 2 и дроссел  6 .

Физические процессы в выпр мительном диоде 4 обуславливают максимальный ток в обратном направлении на начальном промежутке времени с момента формировани  на вторичной обмотке обратного напр жени . Это позвол ет сделать вывод, что цикл перемагничи- вани  магнитного ключа 3 (фиг. 36) происходит в основном при протекании через него тока в момент восстановлени  обратного сопротивлени  диода (доминирует у р - n-диодов) и за счет начального тока перезар дка барьерной емкости (доминирует у диодов Шоттки).

Обратный ток неосновных носителей (р - n-диоды) и ток утечки (диоды Шоттки ) вли ют на перемагничивание магч нитного ключа 4 в меньшей степени в основном из-за их малости относительно вышеописанных токов, и из-за того, ,что при высокой частоте устроит ства начальные обратные токи не успевают достигать их значени , так как начинаетс  следующий период преобразовани  .

При включении устройство работает на минимальной частоте диапазона перестройки . Скважность инвертора 1 фиксирована, коэффициент заполнени  импульса на вторичной обмотке трансформатора равен 0,5. Так как перемагничивание магнитного ключа 3 (фиг. 36) происходит в начальный промежуток времени с отрицательного полупериода, длительность промежутка времени его непровод щего эсто ни  будет приблизительно одинаковой во всем диапазоне перестройки частоты устройства.

Заданное инвертором 1 врем  паузы (отрицательного напр жени ) равно половине периода, второй полупериод раздел етс  на промежутки непровод щего и провод щего состо ний магнитного ключа 3. В приведении к максимальной длительности периода врем  непровод щего состо ни  магнитного ключа 3 мало, коэффициент заполнени  импульса приближаетс  к значению 0,5, импульсы максимальной длительности через выпр мительный диод 4 передаютс  в нагрузку. Напр жение на нагрузкр. быстро нарастает и достигает номинального значени .i

При повышении входного напр жени  (фиг. За) преобразователь 10 напр же5164

ше - частота повышает частоту инвертора 1 по напр жению рассогласовани  усилител  9 сигнала ошибки. Длительность периода, следовательно, положительного полупериода на вторичной обмотке трансформатора 2 уменьшаетс , и при той же продолжительности непровод щего состо ни  магнитный ключ 3 формирует более узкий импульс, передаваемый через выпр мительный диод 4 (фиг. Зв). При уменьшении длительности периода, но при неизменной длительности паузы, формируемой магнитным ключом 3, среднее значение напр жени  за период уменьшаетс , следовательно , напр жение на выходе устрой ства поддерживаетс  неизменным за счет контура обратной св зи с регулированием частоты. При дальнейшем увеличении входного напр жени  частота инвертора 1 повышаетс , при этом длительность непровод щего состо ни  магнитного ключа 3 может быть равна длительности отрицательного полуперио да (энерги  на выход устройства не пе редаетс ).

При неизменной нагрузке и повышении входного напр жени  стабилизиро - ванного преобразовател  потребл емый им ток уменьшаетс , в то же врем  контуром обратной св зи повышаетс  частота преобразовани .

При уменьшении нагрузки дл  поддержани  выходного напр жени  на неизменном уровне необходима передача меньшей энергии на выход, при этом длительность импульса через выпр мительный диод 4 сокращаетс  путем повы шеии  частоты инвертора 1 через контур обратной св зи. При уменьшении нагрузки уменьшаетс  и потребл емый устройством ток.

Схематическое построение высокочастотного стабилизированного преобразовател  не требует отбора части то ка с выхода устройства дл  управлени  длительностью непровод щего состо ни  магнитного ключа 3 на его перемагничи ванне, регулирование выходного напр жени  осуществл етс  сигналами малой мощности путем регулировани  частоты в контуре обратной св зи. За счет этого достигаетс  повышение КПД устройства .

Оптимизаци  динамических потерь в устройстве позвол ет минимизировать потребл емую мощность при максимальной нагрузке, рост динамических по5416

терь сопровождаетс  уменьшением потребл емой стабилизированным преоб- разователем мощности.

Описанные свойства особенно нагл дно про вл ютс  при питании устройства от источника напр жени  с ограниченной энергоемкостью и конечным выходным сопротивлением (например, аккуму10 л торна  батаре  и т.п.).

На минимальной рабочей частоте устройства врем  непровод щего состо ни  магнитного ключа незначительно по сравнению с длительностью периода,

15 прц этом коэффициент заполнени  импульса через выпр мительный диод приближаетс  к значению 0,5. Вли ние мертвой зоны регулировани  значительно уменьшаетс , за счет этого расши20 р етс  диапазон длительностей передаваемых через выпр мительный диод 4 импульсов, а следовательно, и диапазон стибилизации (регулировани ) преобразовател  .

25 Положительный эффект достигаетс  за счет использовани  неидеальности (временных параметров) выпр мительного диода 4 с целью задани  магнитному ключу 3 минимального цикла пере30 магничивани , длительность импульса через выпр мительный диод 4 задаетс  изменением частоты преобразовани  посредством преобразовател  10 напр жение - частота, неизменное напр жение на выходе устройства поддерживаетс  за счет усилител  9 сигнала ошибка. В результате наложени  двух свойств осуществл етс  комбинированный частотно-широтно-импульсный способ регулировани  напр жени . При этом устройство не требует перемагки- чивающего тока в магнитный ключ дл  регулировани  длительности импульса в выпр мителе, а потери в преобразо-

де вателе при передаче максимальной мощности минимизированны.

Устройство некритично к параметрам (временным) выпр мительного дио- 50 да за счет использовани  его обратных токов с положительным эффектом.

Устройство имеет широкий диапазон стабилизации за счет эффективнбго регулировани  длительности импульса че- 55 рез выпр мительный диод без затрат энергии на задание перемагкичивающего тока магнитному ключу.

Динамические потери высокочастотного стабилизированного преобразовате35

40

л  снижаютс  с ростом потребл емой от устройства мощности.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Высокочастотный стабилизированный преобразователь посто нного напр же-1 ки , содержащий трансформатор, первична  обмотка которого через силовой инвертор напр жени  соединена с входными выводами, первый вывод вторичной обмотки через последователь но соединенные магнитный ключ, выпр - мительный диод в пр мом включении и дроссель подключен к первому выходному выводу, второй вывод вторичной обмотки трансформатора подключен к вто

   рому выходному выводу,   через кбмму- тирующий диод - к точке соединени  выпр мительного диода и дроссел , конденсатор, подключенный к выходным выводам, усилитель сигнала ошибки, входы которого соединены соответственно с выходными выводами и источником опорного напр жени , отличающийс  тем, что, с целью расширени  диапазона стабилизации и повышени  КДЦ, в него введен преобразователь напр жение-частота, а силовой инвертор выполнен управл емым, при этом выход усилител  сигнала ошибки через преобразователь напр жение - частота соединен с управл ющим входом

   силового инвертора.

   63

   Г

   i ГП

   05

   JLJ1

   Фиг.1