квазирезонансный преобразователь постоянного напряжения с переключением при нулевом напряжении

Формула изобретения

Квазирезонансный преобразователь постоянного напряжения с переключением при нулевом напряжении, содержащий подключенные параллельно входным выводам первый конденсатор, цепь из последовательно соединенных первой первичной обмотки силового трансформатора, силового транзисторного ключа и первого резистора, цепь, состоящую из последовательно соединенных второго и третьего резисторов и шунтированного встречно включенным первым диодом управляющего транзисторного ключа, управляющий вход которого подключен через четвертый резистор к входу силового транзисторного ключа, управляющий вход которого подключен к выходу управляющего транзисторного ключа, при этом точка соединения второго и третьего резисторов подключена через второй конденсатор и вторую первичную обмотку силового трансформатора к входному выводу, связанному со свободным выводом первого резистора и входом управляющего транзисторного ключа, вторичная обмотка силового трансформатора через второй диод и фильтр подключена к выходным выводам, отличающийся тем, что введены третий и четвертый конденсаторы, подключенные соответственно между управляющим входом и входом силового транзисторного ключа и между входом и выходом силового транзисторного ключа.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано например, в телекоммутационном оборудовании, а также в системах питания для преобразования постоянного напряжения.

Известен квазирезонансный преобразователь напряжения с переключением при нулевом напряжении, содержащий подключенные к входным выводам последовательно соединенные первичную обмотку силового трансформатора, дроссель и силовой транзисторный ключ, параллельно которому подключены встречно первый диод и конденсатор, при этом управляющий вход ключа подключен к блоку управления, вход которого соединен через второй диод с выходом силового ключа, вторичная обмотка силового трансформатора через выпрямительный диод и фильтр соединена с выходными выводами (авт. св. СССР N 1836795, H 02 M 3/335, 1992)

Недостатками устройства являются значительные напряжения, возникающие во время паузы на силовом ключе, что снижает надежность преобразователя, а также сложность управления переключением.

Известен квазирезонансный преобразователь напряжения с переключением при нулевом напряжении, содержащий подключенные параллельно входным выводам первый конденсатор, цепь, состоящую из последовательно соединенных первой обмотки силового трансформатора, силовой транзисторный ключ и первый резистор, и цепь, состоящую из последовательно соединенных второго и третьего резисторов, шунтированного встречно включенным диодом управляющего ключа, управляющий вход которого подключен через четвертый резистор ко входу силового транзисторного ключа, управляющий вход которого подключен к выходу управляющего транзисторного ключа, при этом точка соединения второго и третьего резисторов подключена к другому входному выводу через второй конденсатор и вторую обмотку силового трансформатора, вторичная обмотка которого через второй диод и фильтр подключена к выходным выводам, а также блок управления переключением, подключенный к управляющему входу силового транзисторного ключа (D. Glenn "Self Oscillating, Flyback Switching Converter, 1991, p.36).

Недостатком преобразователя является необходимость в специальном блоке управления переключением, а также значительные напряжения на транзисторе при переключении, что снижает надежность преобразователя.

Техническим результатом является упрощение схемы управления преобразователем, снижение перенапряжения на силовом ключе при сохранении высокого КПД.

Результат достигается тем, что в квазирезонансный преобразователь постоянного напряжения с переключением при нулевом напряжении, содержащем подключенные параллельно входным выводам первый конденсатор, цепь, состоящую из последовательно соединенных первой обмотки силового трансформатора, силовой транзисторный ключ и первый резистор, и цепь, состоящую из последовательно соединенных второго и третьего резисторов, шунтированного встречно включенным первым диодом управляющего ключа, управляющий вход которого подключен через четвертый резистор ко входу силового транзисторного ключа, управляющий вход которого подключен к выходу управляющего транзисторного ключа, при этом точка соединения второго и третьего резисторов подключена к другому входному выводу через второй конденсатор и вторую обмотку силового трансформатора, вторичная обмотка которого черев второй диод и фильтр подключена к выходным выводам дополнительно введены третий и четвертый конденсаторы, подключенные параллельно входу и выходу силового транзисторного ключа.

На фиг. 1 представлена электрическая схема преобразователя; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие его работу.

Преобразователь содержит (фиг. 1) силовой трансформатор 1, первичная обмотка которого состоит из двух обмоток, первая 2 из которых через последовательно соединенные силовой транзисторный ключ 3 и первый резистор 4, подключена к входным выводам, параллельно которым подключен первый конденсатор 5, управляющий вход транзисторного ключа 3 подключен через второй 6 и третий 7 - резисторы к первому входному выводу, точка соединения второго 6 и третьего резисторов через второй конденсатор 8 и вторую обмотку 9 трансформатора 1 подключена ко второму входному выводу, управляющий вход ключа 3 подключен через вход и выход управляющего ключа 10, шунтированного встречно включенным диодом 11 ко второму входному выводу, при этом управляющий вход ключа 10 через четвертый резистор 12 подключен ко входу ключа 3, вторичная обмотка 13 трансформатора 1 подключена через второй диод 14 и фильтр 15 к выходным выводам, дополнительно введенные третий 16 и четвертый 17 конденсаторы подключены параллельно входу и выходу силового транзисторного ключа 3.

В качестве силового транзисторного ключа 3 может быть использован биполярный или полевой транзистор, в качестве фильтра 15 - конденсатор большой емкости, диод 11 - стабилитрон.

Преобразователь работает следующий образом.

В исходном состоянии токи в обмотках силового трансформатора отсутствуют. Силовой транзисторный ключ 3 заперт. При подаче питающего напряжения через пусковой резистор 6 происходит заряд конденсатора 8 по цепи: +U_п; резистор 6, конденсатор 8, обмотка 9, -U_п; и конденсатора 16 по цепи: +U_п, резистор 6, резистор 7,конденсатор 16, резистор 9, -U_п - до порогового значения, до момента t₁ открывания транзистора 3 (фиг. 2, 6). В результате по обмотке 2 трансформатора 1 потечет ток. Благодаря наличию положительной обратной связи (обмотки 2 и 9 трансформатора 1) транзистор 3 открывается лавинообразно. За время открытого состояния транзистора 3 (период t₁ - t₂ происходит накопление энергии в первичной обмотке 2 трансформатора. Напряжение на резисторе 4 (датчик тока) пропорционально току, протекающему через обмотку 2 и силовой транзисторный ключ 3 (фиг. 2,в). При достижении напряжения на датчике 4 уровня открывания управляющего ключа 10 последний открывается и запирает ключ 3(t₂). Конденсатор 17 заряжается по цепи: -U_п, резистор 4, конденсатор 17, обмотка 2, +U_п ; при этом он сдерживает скорость нарастания напряжения на выходе ключа 3 и одновременно гарантируя выключение его при малых уровнях напряжения. (фиг. 2,д). Процесс заряда конденсатора 17 прекращается при достижении напряжения на вторичной обмотке 13 трансформатора 1 уровня напряжения на конденсаторе фильтра 15 (фиг. 2, t₃). Далее происходит передача энергии, накопленной в трансформаторе 1 за время открытого состояния транзисторного ключа 3 через диод 13 и фильтр 14 в нагрузку (фиг. 2,г, t₃ - t₄). Одновременно с этим происходит заряд конденсатора 8 от обмотки 9 через диод 11 и резистор 7. Энергия этого конденсатора в дальнейшем обеспечит открывание силового транзисторного ключа 3. После передачи всей энергии из трансформатора 1 в нагрузку (фиг. 2, t₃) токи в его обмотках отсутствуют. Начинается резонансный процесс разряда конденсатора 17 через обмотку 2 м течение времени t₅ - t₅ в источник питания. Соотношение обмоток 2 и 13 выбирается таким образом, чтобы напряжение на конденсаторе 17 в начальный момент (t₄) этого процесса всегда было больше либо равно максимальному значению напряжения источника питания. Одновременно с этим производится задержка включения транзистора 3 за счет заряда конденсатора 16 по цепи: +U_п, резисторы 6 и 7, конденсатор 16, резистор 4, -U_п. При достижении напряжения на конденсаторе 17 нулевого уровня (t₅) ток продолжает протекать через диод коллектор - база транзистора 3. Таким образом транзистор 3 открывается при нулевом напряжении на выходе ключа 3. Этим достигается минимальные потери при переключении транзистора и повышение надежности преобразователя. Далее процессы в преобразователе повторяются.

Подключение конденсатора 17 параллельно выходу транзисторного ключа 3 сдерживает рост напряжения на его выходе при закрытии, в то же время конденсатор 16 обеспечивает задержку включения транзисторного ключа при разряде конденсатора 17 до напряжения открывания его, обеспечивая переключение при нулевом напряжении.