SU1665478A1 - Преобразователь посто нного напр жени - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитани . Цель изобретени  - повышение КПД и надежности путем уменьшени  динамических потерь при переключении транзисторов. Параллельно каждому входному конденсатору 2, 3 включен понижающий ключевой стабилизатор с основным и дополнительным транзисторами 4 - 7 и L - C - D фильтром с дросселем 23, выходными конденсаторами 24, 25 и диодами 12, 13. Коммутационные основные 8, 9 и дополнительные 10, 11 дроссели обеспечивают безопасную траекторию рабочей точки при включении соответственно основных 4, 5 и дополнительных 6, 7 транзисторов. Коммутационные конденсаторы 15, 16 и коммутационные диоды 17 - 20 обеспечивают безопасную траекторию рабочей точки при выключении основных 4, 5 и дополнительных 6, 7 транзисторов. Перезар д коммутационных конденсаторов 15, 16 и рекупераци  энергии основных 8, 9 и дополнительных 10, 11 коммутационных дросселей обеспечиваетс  с помощью рекуперационного трансформатора 14 и рекуперационных диодов 21, 22. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитания.

Цель изобретения - повышение КПД и надежности путем уменьшения динамических потерь при переключении транзисторов.

На фиг. 1 изображена принципиальная электрическая схема импульсного преобразователя; на фиг. 2 - диаграммы работы преобразователя в двухтактном режиме.

Преобразователь (фиг. 1) подключен к источнику 1 питающего напряжения со средней точкой, между выводами которого включена цепочка из последовательно соединенных входных конденсаторов 2 и 3.

Основные транзисторы (ключи) 4 и 5 и дополнительные транзисторы 6 и 7 через основные коммутационые дроссели 8 и 9 и дополнительные коммутационные дроссели 10 и 11 соединены с диодами 12 и 13 LCDфильтров. Рекуперационный трансформатор 14 имеет две первичные и две вторичные обмотки. Коммутационные конденсаторы 15 и 16 через коммутационные диоды 17-20 подключены к транзисторам 4-7.

Рекуперационные диоды 21 и 22 подключают вторичные обмотки трансформатора 14 к источнику питания. Двухобмоточный дроссель 23 LCD-фильтров и их выходные конденсаторы 24, 25 подключены к нагрузке 26.

Преобразователь работает следующим образом.

При синхронном и синфазном включении первой пары транзисторов 4, 5 начинает протекать нарастающий ток через обмотки дросселя 23, заряжая выходные конденсаторы 24, 25 и поступая далее в нагрузку 26.

Когда выключаются транзисторные ключи 4,5, энергия, накопленная в дросселе 23 через диоды 12, 13, передается в выходные конденсаторы 24, 25 и нагрузку 26. На следующем такте работы, когда выключается очередная пара транзисторных ключей, например 6,7 синхронно и синфазно, диоды 12, 13 закрываются и протекает аналогичный процесс, т.е. через обмотки дросселя 23 снова протекает нарастающий ток.

При многотактной работе преобразователя можно существенно снизить частоту работы соответствующих пар транзисторов и повысить рабочую частоту дросселя 23 и конденсаторов 24 и 25 выходного фильтра, что снижает динамические потери в них, уменьшает габариты, вес преобразователя и повышает его КПД.

Изменяя длительность времени включения соответствующих пар транзисторных ключей или групп пар, от у_МИн = t мин/ τ доу_мин= ΐ макс/τ (фиг,2), можно регулировать и стабилизировать среднее значение, как тока дросселя 23 (?DR), так и тока нагрузки (|ц), а тем самым и выходное напряжение преобазователя. Величина пульсирующей составляющей тока дросселя 23 (IDR), при соответствующем выборе несущей частоты и параметров выходного фильтра дросселя 23 и конденсаторов 24 и 25. будет пренебрежимо малой.

Рассмотрим работу реактивных цепей, обеспечивающих безопасную траекторию переключения транзистора, на примере одного ключа с транзисторами 4.

Предположим, что транзистор 4 закрыт. В этом случае конденсатор 15 заряжен и напряжение на нем равно, примерно, половине разности входного и выходного напряжений.

При замыкании транзисторного ключа 4 через него, дроссель 8 и обмотку дросселя 23, начинает протекает нарастающий ток, поступающий в нагрузку 26 и выходной конденсатор 24. Напряжение на транзисторном ключе 4 спадает до нуля практически, а ток достигает своего квазиустановившегося значения постепенно, вследствие действия индуктивности дросселя 8. В результате переключение транзисторного ключа 4 происходит в благоприятных условиях, когда отсутствуют динамические (коммутационные) потери. В момент, при открытом транзисторе 4, происходит перезаряд конденсатора 15 током, протекающим через первичную обмотку трансформатора 14.

При запирании транзистора 4 его ток спадает до нуля, а ток дросселя 23 открывает диод 12 в коммутационный диод 17. Благодаря тому, что в дросселе 8 накоплена в магнитном поле некоторая энергия, диод 17 открывается, конденсатор 15 начнет перезаряжаться и по первой первичной обмотке трансформатора 14 начнет протекать ток, перемагничивающий его сердечник. При этом часть энергии 8 затрачивается на перемагничивание сердечника, а оставшаяся часть рекуперируется через открытый в это время диод 21 во входной конденсатор 2. Напряжение на конденсаторе 15, а следовательно, и на транзисторе 4 нарастает постепенно, процесс выключения также происходит в благоприятных условиях, когда ток спадает до нуля при достаточно малом напряжении, т.е. динамические (или коммутационные) потери практически отсутствуют. По мере перезаряда конденсато5 pa 15 и рекуперации энергии с дросселя 8 ток через обмотку трансформатора 14 уменьшается, и сердечник его начинает снова перемагничиваться уже прямым током заряда конденсатора 15. В этот момент происходит смена полярности напряжения на первой вторичной обмотке трансформатора и запирание диода 21.

После окончания заряда конденсатора и разряда индуктивности дросселя 8 указанная формирующая цепь переходит снова в квазиустановившееся состояние. При отпирании транзистора 4 в другой такт работы процессы протекают аналогично описанным.

Claims (2)

1. Формула изобретения

   1. Преобразователь постоянного напряжения, содержащий подключенную к входным выводам цепочку из двух последовательно соединенных входных конденсаторов, параллельно каждому из которых включен ключевой понижающий стабилизатор с основным транзистором, подключенным первым силовым выводом к входному выводу преобразователя, и LCDфильтром, диод которого одним выводом соединен с общей точкой соединения входных конденсаторов, точка соединения обмотки его дросселя с выходным конденсатором подключена к соответствующему выходному выводу преобразователя, причем обмотки понижающих ключевых стабилизаторов расположены на общем магнитопроводе, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД и надежности путем уменьшения динамических потерь при переключении транзисторов, введены два коммутационных конденсатора, каждый из которых первым выводом соединен с соответствующим входным выводом преобразователя, а втором выводом через введенный основной коммутационный диод с вторым силовым выводом основного транзистора, который через введенный основной коммутационный дроссель соединен с точкой соединения диода и обмотки дросселя соответствующего LCD-фильтра, и введен рекуперационный трансформатор с двумя первичными обмотками, каждая из которых включена между вторым выводом коммутационного конденсатора и точкой соединения диода и обмотки дросселя соответствующего LCD-фильтра, и двумя вторичными обмотками, каждая из которых через введенный рекуперационный диод включена параллельно соответствующему входному конденсатору.
2. 2. Преобразователь по п.1, о т л и чающий с я тем, что в каждый понижающий ключевой стабилизатор введено N дополнительных транзисторов, первый силовой вывод каждого из которых соединен с первым силовым выводом основного транзистора, а второй силовой вывод через введенный дополнительный коммутационный дроссель соединен с точкой соединения диода и обмотки дросселя соответствующего LCDфильтра и через введенный дополнительный коммутационный диод - с вторым выводом соответствующего коммутационного конденсатора.

   Фиг.2