пассивная цепь транзита энергии для преобразователя напряжения

Формула изобретения

Пассивная цепь транзита энергии для преобразователя напряжения, содержащая соединенные первыми выводами основную и дополнительную обмотки дросселя, первый диод и первый конденсатор, первый вывод которого подключен к общей шине и входу транзистора, выход которого подключен к первым выводам основной и дополнительной обмоток дросселя, управляющий вход транзистора подключен к входу управления преобразователя напряжения, а также силовой диод, анод которого подключен к выходу преобразователя напряжения, вход которого подключен к первому выводу индуктивности, отличающаяся тем, что введены второй конденсатор и последовательно соединенные в прямом направлении второй, третий и четвертый диоды, причем второй конденсатор подключен первым выводом ко второму выводу основной обмотки дросселя и к катоду силового диода, вторым выводом - к точке соединения третьего и четвертого диодов и через встречно включенный первый диод - ко второму выводу дополнительной обмотки дросселя, анод четвертого диода подключен к аноду силового диода, второй вывод первого конденсатора подключен к точке соединения второго и третьего диодов, катод первого из которых подключен к выходу транзистора и ко второму выводу индуктивности.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в источниках вторичного питания (в том числе в преобразователях постоянного напряжения в постоянное).

Известно устройство для преобразования постоянного напряжения в постоянное, включающее пассивную цепь, содержащее индуктивность, подключенную к последовательно соединенным первому конденсатору, шунтирующему цепь из силового и первого диодов и первичной обмотки трансформатора, и транзистору, а также второй конденсатор, подключенный между точками соединения силового и первого диодов и входом транзистора (ЕР 0654886, Н 02 М 3/335, 95 г.).

Недостатком преобразователя содержащего такую цепь является низкий кпд, обусловленный коммутационными потерями, вызванными бросками токов, в том числе и током восстановления обратного сопротивления силового диода, возникающими колебательными процессами.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является преобразователь постоянного напряжения в постоянное с пассивной цепью, содержащий индуктивность, подключенную к цепи из силового и первого диодов и первичной обмотки трансформатора, шунтированную вторым диодом в прямом направлении, и транзистора, а также конденсатор, подключенный одним выводом в точке соединения силового и первого диодов, а другим выводом - к входу транзистора. Как вариант используется дроссель, подключенный последовательно второму диоду, при этом первый диод отсутствует (п. US 5600546, НКИ 363-2-1, 97 г.).

Недостатками преобразователя, содержащего пассивную цепь, являются передача энергии коммутационных потерь в нагрузку без предварительного ее аккумулирования (при этом обмотки дросселя оказываются высоковольтными), большие коммутационные потери, что снижает кпд преобразователя, габариты дросселя и добротность его ограничивают применение такого преобразователя, а колебательные процессы - снижают надежность.

Результатом предполагаемого изобретения является повышение кпд и надежности устройства.

Результат достигается тем, что в пассивную цепь транзита энергии для преобразователя напряжения, содержащую соединенные первыми выводами основную и дополнительную обмотки дросселя, первый диод и первый конденсатор, первый вывод которого подключен к общей шине и входу транзистора, выход которого подключен к первым выводам основной и дополнительной обмоток дросселя, управляющий вход транзистора подключен ко входу управления преобразователя напряжения, а также силовой диод, анод которого подключен к выходу преобразователя напряжения, вход которого подключен к первому выводу индуктивности, введены второй конденсатор и последовательно соединенные в прямом направлении второй, третий и четвертый диоды, причем второй конденсатор подключен первым выводом ко второму выводу основной обмотки дросселя и к катоду силового диода, вторым выводом - к точке соединения третьего и четвертого диодов и через встречно включенный первый диод - ко второму выводу дополнительной обмотки дросселя, анод четвертого диода подключен к аноду силового диода, второй вывод первого конденсатора подключен к точке соединения второго и третьего диодов, катод первого из которых подключен к выходу транзистора и ко второму выводу индуктивности.

На фиг.1 представлена электрическая схема пассивной цепи транзита энергии для преобразователя напряжения, на фиг.2 - диаграммы, поясняющие ее работу, на фиг.3, а и б - варианты подключения пассивной цепи в преобразователях напряжения (для понижающего и повышающего типов соответственно).

Пассивная цепь транзита энергии для преобразователя напряжения содержит двухобмоточный дроссель с основной 1 и дополнительной 2 обмотками, соединенными первыми выводами, первый 3 диод, катод которого подключен ко второму выводу дополнительной 2 обмотки дросселя, второй 4 и третий 5 диоды, подключенные согласно в прямом направлении, первый 6 конденсатор, подключенный первым выводом к общей шине, вторым выводом - к точке соединения второго 4 и третьего 5 диодов, анод последнего из которых подключен к аноду первого 3 диода, к катоду четвертого 8 диода и через второй 7 конденсатор - ко второму выводу основной 1 обмотки дросселя и к катоду силового диода 9, анод которого подключен к аноду четвертого 8 диода и к выходу преобразователя напряжения, при этом вход транзистора 1-1 подключен к общей шине преобразователя, выход - к катоду второго 4 диода, первым выводам основной 1 и дополнительной 2 обмоток двухобмоточного дросселя и через индуктивность 10 - к входу преобразователя напряжения (вход питания), вход управления которого подключен к управляющему входу транзистора 11.

Преобразователь работает следующим образом.

В исходном состоянии до момента t1 транзистор 11 закрыт (фиг.2,а). Ток от источника питания протекает по цепи: индуктивность 10, обмотка 1 дросселя, диод 9, нагрузка 12. При подаче в момент t1 управляющего сигнала на транзистор 11 последний открывается, напряжение на нем падает почти до нуля, ток при этом протекает по цепи: обмотка 1 дросселя, диод 9, нагрузка и транзистор 11. Через диод 9 будет бросок тока. Энергия обмотки 1 дросселя будет передаваться обмотке 2 и заряжать конденсатор 7 по цепи: обмотка 2, диод 3, конденсатор 7, обмотка 1. Ток через транзистор 11 практически равен нулю.

После открытия транзистора 1-1 (фиг.2,б, в) будет разряжаться конденсатор 6 по цепи: диод 5, конденсатор 7, обмотка 1, транзистор 11 почти до нуля и перезаряжать конденсатор 7, т.е. в конденсатор 7 будут перенесены два вида потерь - коммутационные (перезаряд конденсатора 6) и броска тока на диоде 9.

После заряда конденсатора 7 (момент t3 фиг.2) диод 9 закрывается напряжением на конденсаторе 7.

В установившемся режиме (момент t2-t4) ток в цепи транзистора 11 может быть любой величины - это время восстановления проводимости диода 9. Напряжение обмотки 1 трансформируется в обмотку 2 и будет заряжать накопительный конденсатор 7, при этом ток в цепи транзистора 11 практически равен нулю, а напряжение на нем спадает до нуля (т.е. коммутационные потери стремяться к нулю). С этого момента ток через диод 9 равен нулю.

В момент t4 (фиг.2) транзистор 11 начинает выключаться, конденсатор 6 заряжается по цепи: индуктивность 10, диод 4, конденсатор 6 и нагрузка 12, обеспечивая задержку нарастания напряжения на транзисторе 11, т.е. уменьшая коммутационные потери. Как только ток через транзистор 11 существенно уменьшится (практически до нуля), ток индуктивности 10 будет передаваться в нагрузку 12, сначала по цепи: индуктивность 10, первая обмотка 1 дросселя, конденсатор 7, диод 8. Силовой диод 9 будет закрыт напряжением на конденсаторе 7, поэтому энергия коммутационных потерь, накопленная в конденсаторе 7 будет передана в нагрузку 12. Как только конденсатор 7 разрядится (момент t4), открывается диод 9 и конденсатор 7 снова подготовлен к этапу накопления энергии коммутационных потерь.

Таким образом, использование пассивной цепи транзита энергии позволяет все коммутационные потери преобразователя напряжения передать в нагрузку, кроме того, исключаются колебательные процессы в преобразователе напряжения и тем самым повышается кпд и надежность преобразователя.