SU1758797A1 - Однотактный преобразователь посто нного напр жени - Google Patents

Abstract

Использование: изобретение относитс  к электротехнике и может быть использовано в источниках вторичного электропитани . Сущность изобретени : преобразователь содержит транзистор 1, соединенный с блоком 2 управлени , силовой трансформатор 3 с первичной обмоткой 4 и вторичной обмоткой 5, подключенной через выпр митель 6 и дроссель фильтра 7 к выходным выводам. В узле формировани  траектории переключени  установлен вспомогательный трансформатор 11, у которого обмотка 13 включена последовательно с дросселем фильтра 7, а обмотка 12 соединена через диод 14 с конденсатором 9 и диодом 10, а также с входным выводом. Перед включением транзистора 1 конденсатор 9 зар жен до входного напр жени . Благодар  разр ду конденсатора 9 через диод 10 спад коллекторного тока запирающегос  транзистора 1 происходит при малом напр жении на нем, что уменьшает динамические потери и снижает веро тность вторичного пробо . Восстановление напр жени  на конденсаторе 9 при подготовке к следующему циклу работы производитс  путем перезар да приведенным током нагрузки с помощью вспомогательного трансформатора 11 на интервале открытого состо ни  транзистора 1, при этом практически полностью исключены выбросы коллекторного тока, а также потери энергии. 1 з.п. ф-лы. 2 ил. (Л С

Description

vi сл

00 vj

Ч XI

Изобретение относитс  к преобразовательной технике и может быть использовано в источниках вторичного электропитани ,

Известен однотактный преобразователь посто нного напр жени , содержащий транзистор, силовой трансформатор и аспо- могательный дроссель, цепь формировани  траектории переключени  из соединенных последовательно; конденсатора и диода.

Известен также однотактный преобразователь посто нного напр жени , содержащий транзистор, силовой и вспомогательный трансформаторы, у которых последовательно соединенные первичные обмотки подключены к одному из входных зажимов и коллектору транзистора , цепь формировани  траектории переключени  из соединенных последовательно конденсатора и первого диода, к общей точке соединени  которых через второй диод подключена вторична  обмотка вспомогательного трансформатора.

Недостатком этого преобразовател   вл етс  то, что включение первичной обмотки вспомогательного трансформатора последовательно с коллектором транзистора ограничивает возможности снижени  перенапр жений и соответственно преп тствует достижению высоких КПД и надежности.

Цель изобретени  - повышение КПД.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в однотактном преобразователе посто нного напр жени , содержащем силовой трансформатор , первый вывод вторичной обмотки которого присоединен к первому выходному выводу, а второй вывод св зан через выпр митель и дроссель фильтра с вторым выходным выводом, ключевой транзистор , первый силовой вывод которого присоединен к первому входному выводу, а второй силовой вывод соединен через первичную обмотку силового трансформатора с вторым входным выводом, вспомогательный двухобмоточный трансформатор, перва  обмотка которого включена последовательно между первым и вторым диодами, свободные выводы которых присоединены соответственно к первому и второму входному выводу, конденсатор, включенный между вторым силовым выводом ключевого транзистора и точкой соединени  первой обмотки вспомогательного трансформатора и второго диода, св зь второго вывода вторичной обмотки силового трансформатора с дросселем фильтра осуществлена через вторую обмотку вспомогательного трансформатора.

-Кроме того, магнитопровод вспомогательного трансформатора состоит из двух сердечников, при этом первый из них выполнен из феррита, а второй - из материала с линейной характеристикой намагничивани .

На фиг. 1 показана схема однотактного

преобразовател  посто нного напр жени ; на фиг. 2 - временные диаграммы токов и напр жений,

Однотактный преобразователь посто нного напр жени  (фиг, 1) содержит ключевой транзистор 1, управл ющие электроды которого подключены к блоку управлени  2, силовой трансформатор 3 с первичной обмоткой 4 и вторичной обмоткой 5, выпр митель 6, дроссель фильтра 7, нагрузку 8. Узел формировани  траектории переключени  состоит из конденсатора 9, первого диода 10.. вспомогательного трансформатора 11 с первой 12 и второй 13 обмотками и второго

диода 14. Однотактный преобразователь с пр мым включением диода, кроме того, имеет обмотку размагничивани  15 силового трансформатора 3 и диод 16,

Блок управлени  2 подключен выходом

к управл ющим электродам ключевого транзистора 1. Эмиттер и коллектор ключевого транзистора 1 через первичную обмотку 4 силового трансформатора 3 подключены к входным зажимам преобразовател , Первична  обмотка 4 силового трансформатора 3 зашунтирована последовательно соединенными конденсаторами 9 и диодом 10, причем к общей точке последних подключена цепь из ьторого диода 14 и

обмотки 12 вспомогательного трансформатора 11. Другой сывод этой цепи соединен с эмиттером ключевого транзистора 1, Вторична  обмотка 5 силового трансформатора 3 через выпр митель 6 v. последовательно

соединенные вторую обмотку 13 вспомогательного трансформатора 11 и дроссель фильтра 7 подключена к нагрузке 8, котора , в частности, может быть активноемкостной. Однотактный преобразователь посто нного напр жени  работает следующим образом,

В установившемс  режиме работы преобразовател  к моменту отпирани  транзистора 1 напр жение на конденсаторе 9

имеет пол рность, показанную на фиг, 1 в скобках. В момент времени t 0 блок управлени  2 включает транзистор 1 и напр жение нз нем Ui {фиг. 2а) уменьшаетс  до нул , При этом напр жение на конденсаторе

9 Ug через открывающийс  диод 14 прикладываетс  к обмотке 12 трансформатора 11. Коллекторный ток транзистора 1 м складываетс  из тока, протекающего по обмотке 4, и тока перезар да конденсатора 9. Скорость нарастани  токз в обмотке 4 ограничиваетс  индуктивност ми рассе ни  обмоток 4 и 5 трансформатора 3. Ток перезар да конденсатора 9 протекает по цепи: транзистор 1 - обмотка 12 - диод 14 и определ етс  током обмотки 12 ii2, а его скорость нарастани  ограничена индуктивност ми рассе ни  обмоток 12, 13 трансформатора 11. Следовательно, включение транзистора 1 происходит в благопри тных услови х.

После окончани  формировани  фронта ток в обмотке 4 становитс  равным приведенному току нагрузки 8 и определ етс  отношением чисел витков обмоток 5 и 4. Ток перезар да конденсатора 9 складываетс  из тока дроссел  7, приведенного от обмоток 13 к обмотке 12 трансформатора 11, и тока намагничивани  этого трансформатора , протекающего по обмотке 12. Если пренебречь токами намагничивани  обмотки 4 трансформатора 3 и обмоток 12 трансформатора 11 и временами переключени  диодов выпр мител  6, то коллекторный ток И установитс  приблизительно равным и - Up.(W5/W4) + Up.(Wi3/Wi2). где |Др - ток дроссел  7, равный приблизительно току нагрузки 8, и при большой индуктивности дроссел  7 практически не мен ющийс  во времени; ток обмотки 13 Из равен току 1ДР.; Ws, W, Л/1з, Wi2 числа витков соответствующих обмоток трансформаторов 3 и 11. Исполу зу  приведенное соотношение, можно выбрать параметры трансформатора 11 таким образом, что коллекторный ток транзистора 1 будет незначительно превышать приведенный ток нагрузки 8.

В интервале времени 0 - ti пол рность напр жений на обмотках 12 и 13 показана на фиг. 1 в скобках и в это врем  конденсатор 9 разр жаетс , а сердечник трансформатора 11 намагничиваетс , при этом энерги , накопленна  в конденсаторе 9, отдаетс  в нагрузку. В момент времени ц напр жени  на конденсаторе 9 и обмотках 12 и 13 станов тс  равными нулю, а затем, под действием намагничивающего тока дроссел  7, протекающего по обмотке 13, мен ют свою пол рность и начинают расти (пол рность напр жений показана на фиг. 1 без скобок). Напр жение на конденсаторе 9 в момент времени t2 достигает напр жени  питани  Un преобразовател , после чего открываетс  диод 10, и энерги , накопленна  в индуктивности намагничивани  трансформатора 11, рекуперируетс  в источник питани . После того, как сердечник трансформатора 11 вновь намагничиваетс  до насыщени , напр жени  на обмотках 12 и 13 спадут до нул , диод 14 закроетс .

До момента запирани  транзистора 1 тз происходит передача энергии от источника

питани  в на. рузку 8. При этом накапливаетс  энерги  в индуктивност х намагничивани  и рассе ни  трансформатора 3. После того, как блок управлени  2 подаст ээпира- 5 ющий импульс на транзистор 1, его коллекторный ток h в момент времени t3 начнет уменьшатьс . Ток обмотки 4 открывает диод 10 и начинает перезар жать конденсатор 9. Поскольку в момент хз напр жение на кон0 денсаторе 9 равн лось напр жению питани  преобоазовател  Un, то напр жение на коллекторе транзистора 1 Ui начинает нарастать плавно с нул . При этом коллекторный ток успевает уменьшитьс  до нул 

5 при еще небольшом напр жении на транзисторе 1. Следовательно, динамические потери в транзисторе на этапе выключени  невелики.

С течением времени напр жение на

0 конденсаторе 9 сначала уменьшитс  до нул , а затем начинает расти в обратной пол рности (показана на фиг. 1 в скобках) до напр жени , определ емого суммой приведенного напр жени  на нагрузке 8 от обмо5 ток 15 к обмотке 4, и напр жени , обусловленного разр дом индуктивности рассе ни  обмотки 4. В дальнейшем после включени  транзистора процессы повтор тс .

0Параметры трансформатора 11 целесообразно выбрать таким образом, чтобы при номинальном токе нагрузки сердечник входил в насыщение в момент t2 окончани  процесса зар да конденсатора 9 до напр 5 жени  питани  Un, как показано на фиг. 2а, или несколько позже.

Кроме того, при уменьшении тока нагрузки 8 может оказатьс , что сердечник трансформатора 11 войдет в насыщение

0 раньше, чем закончитс  разр д конденсатора 9 до нул , вследствие чего индуктивность намагничивани  обмотки 12 резко уменьшитс , ток перезар да приобретает резонансный характер, амплитуда которого

5 будет определ тьс  остаточным напр жением на конденсаторе 9 и волновым сопротивлением контура перезар да. Учитыва , что такой режим наступает при малых токах нагрузки 8, суммарные потери в транзисто0 ре 1 не увеличиваютс .

Кроме того, амплитуду резонансного тока можно уменьшить, если магнитопровод трансформатора 11 составить из двух, например кольцевых,сердечников, один из ко5 торых имеет высокую магнитную проницаемость и нелинейную характеристику (феррит), а второй - линейную характеристику намагничивани  (альсифер пресс-пермаллой и т.д.). При таком исполнении магнитопроводэ режим работы узла

формировани  траектории переключени  в области номинальных токов нагрузки определ етс  ферритовым сердечником, а на холостом ходе и в режимах, близких к нему, - сердечником с линейной характеристикой намагничивани .

В предлагаемом преобразователе перенапр жени  на транзисторе в момент его выключени  определ ютс  только индуктивностью рассе ни  первичной обмотки силового трансформатора, в то врем  как в прототипе они завис т еще и от индуктивно- стей намагничивани  и рассе ни  вспомогательного трансформатора. Следовательно, веро тность вторичного пробо  транзистора в предложенном преобразователе значительно ниже, а его надежность и КПД выше.

Claims (1)

1. Формула изобретени  1, Однотактный преобразователь посто нного напр жени , содержащий силовой трансформатор, первый вывод вторичной обмотки которого присоединен к первому выходному выводу, а второй вывод св зан через выпр митель и дроссель фильтра с вторым выходным выводом, ключевой транич

   и

   Смг.

   зистор, первый силовой вывод которого присоединен к первому входному выводу, э второй силовой вывод соединен через первичную обмотку силового трансформатора с

   вторым входным выводом, вспомогательный двухобмоточный трансформатор, перва  обмотка которого включена последовательно между первым и вторым диодами, свободные выводы которых присоединены соответственно к первому и второму входному выводу, конденсатор, включенный между вторым силовым выводом силового транзистора и точкой соединени  первой обмотки вспомогательного трансформатора и второго диода,

   отличающийс  тем, что, с целью повышени  КПД, св зь второго вывода вторичной обмотки силового трансформатора с дросселем фильтра осуществлена через вторую обмотку вспомогательного трансформатора .

   2, Преобразователь поп. 1, о т л и ч а ю- щ и и с   тем, что магнитопровод вспомогательного трансформатора состоит из двух сердечников, первый из которых выполнен

   из феррита, а второй-из материала с линейной характеристикой намагничивани .