PL226622B1 - Układ przetwornicy dwutaktowej - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest układ przetwornicy dwutaktowej o szerokim zakresie dopuszczalnego napięcia zasilającego.

Znany jest z literatury układ przetwornicy dwutaktowej (ang. flyback converter) (fig. 1) składający się z układu sterującego US, klucza półprzewodnikowego Q, transformatora impulsowego TR, diody wyjściowej D, oraz kondensatora filtrującego C. Schemat ideowy znanego z literatury rozwiązania przetwornicy dwutaktowej przedstawia rysunek 1. Przetwornica taka wytwarza regulowane napięcie stałe na swoim wyjściu przy obecności napięcia wejściowego mieszczącego się w określonym zakresie wartości. Wadą tego rozwiązania jest ograniczony zakres dopuszczalnych zmian napięcia wejściowego. Zakres dopuszczalnych wartości napięcia wejściowego przetwornicy dwutaktowej określany jest poprzez stosunek najwyższego, dopuszczalnego napięcia roboczego do najniższego napięcia roboczego.

Znany jest z opisu patentowego TW201203827 (US2011/0317454) układ przetwornicy dwutaktowej o szerokim zakresie napięć wejściowych wykorzystującej dwa klucze półprzewodnikowe dołączone po jednym do każdego wyprowadzenia uzwojenia pierwotnego transformatora impulsowego oraz dwie diody dołączone między wyprowadzenia transformatora oraz przeciwne bieguny zasilania, a także diodę i kondensator dołączone pomiędzy dodatnim potencjałem zasilania a pierwszym kluczem półprzewodnikowym. Wadą tego rozwiązania jest obecność dwóch kluczy półprzewodnikowych, które powodują podwojenie strat energii związanych z przewodzeniem oraz komutacją kluczy. Ogranicza to istotnie sprawność energetyczną układu. Kolejną wadą jest niewystarczająco szeroki zakres wejściowych napięć zasilania.

Znany jest również z opisów patentowych US2009134818 oraz CN102185472 układ przetwornicy dwutaktowej o szerokim zakresie napięć zasilających posiadający pomocniczą przetwornicę obniżającą (ang. buck converter) dołączoną pomiędzy wejściem zasilania układu a stopniem przetwornicy dwutaktowej. Wadą rozwiązania są podwyższone koszty wykonania, gabaryty układu oraz ograniczenie sprawności energetycznej układu związane z obecnością strat mocy w dodatkowym stopniu przetwornicy obniżającej napięcie wejściowe.

Istota wynalazku polega na tym, że klucz półprzewodnikowy jest dołączony do jednego z dwóch odczepów transformatora impulsowego za pośrednictwem przekaźnika. W zależności od pozycji przekaźnika do klucza półprzewodnikowego dołączone jest całe uzwojenie pierwotne transformatora impulsowego bądź tylko jedna sekcja tego uzwojenia. Dzięki temu, w zależności od wejściowego napięcia zasilania, zmieniana jest przekładnia transformatora impulsowego oraz indukcyjność magazynująca energię w przetwornicy dwutaktowej. Przekaźnik sterowany jest za pośrednictwem układu detektora napięcia, który decyduje o zakresie pracy układu przetwornicy na podstawie pomiaru wartości napięcia zasilającego.

W układzie według wynalazku pierwszy zacisk klucza półprzewodnikowego połączony jest ze stykiem przełącznym przekaźnika. Drugi zacisk klucza półprzewodnikowego połączony jest z układem sterującym, a trzeci zacisk połączony jest z masą strony pierwotnej układu. Jeden styk przekaźnika połączony jest z drugim zaciskiem uzwojenia pierwotnego transformatora impulsowego, a drugi styk przekaźnika połączony jest z trzecim zaciskiem uzwojenia pierwotnego transformatora impulsowego. Pierwszy zacisk transformatora impulsowego połączony jest z dodatnim potencjałem zasilania. Do dodatniego potencjału zasilania dołączony jest również detektor napięcia, który połączony jest wyjściem z jednym zaciskiem cewki sterującej przekaźnika, której drugi zacisk dołączony jest do masy strony pierwotnej układu. Czwarty zacisk uzwojenia wtórnego transformatora impulsowego dołączony jest do anody diody, której katoda dołączona jest do dodatniego zacisku kondensatora oraz zacisku wyjściowego. Ujemny zacisk kondensatora dołączony jest do masy strony wtórnej układu.

Zaletą układu jest, że zakres dopuszczalnych napięć zasilania przetwornicy dwutaktowej powiększony jest znacząco. Stosunek najwyższej dopuszczalnej wartości napięcia zasilającego do najniższej dopuszczalnej wartości tego napięcia zostaje powiększony do wartości będącej kwadratem wartości tego stosunku dla układu analogicznego bez wykorzystania rozwiązania według wynalazku. Inną zaletą jest to, że w układzie wykorzystywany jest pojedynczy klucz półprzewodnikowy wraz z pojedynczym układem sterującym i pojedynczym transformatorem impulsowym, co zapewnia zmniejszenie gabarytów, utrzymanie wysokiej sprawności przetwarzania energii oraz niskich kosztów wykonania układu według wynalazku w stosunku do innych rozwiązań.

PL 226 622 B1

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat ideowy przetwornicy dwutaktowej znanej z literatury, a fig. 2 przedstawia schemat ideowy układu według wynalazku.

Pierwszy zacisk klucza półprzewodnikowego Q połączony jest ze stykiem przełącznym przekaźnika K. Drugi zacisk klucza półprzewodnikowego Q połączony jest z układem sterującym US, a trzeci zacisk połączony jest z masą strony pierwotnej układu. Jeden styk przekaźnika K połączony jest z drugim zaciskiem uzwojenia pierwotnego transformatora impulsowego TR, a drugi styk przekaźnika K połączony jest z trzecim zaciskiem uzwojenia pierwotnego transformatora impulsowego TR. Pierwszy zacisk transformatora impulsowego TR połączony jest z dodatnim potencjałem zasilania U ZAS. Do dodatniego potencjału zasilania dołączony jest również detektor napięcia DET, który połączony jest wyjściem z jednym zaciskiem cewki sterującej przekaźnika K, której drugi zacisk dołączony jest do masy strony pierwotnej. Czwarty zacisk uzwojenia wtórnego transformatora impulsowego TR dołączony jest do anody diody D, której katoda dołączona jest do dodatniego zacisku kondensatora C oraz zacisku wyjściowego U WY. Ujemny zacisk kondensatora C dołączony jest do masy strony wtórnej układu.

Zastrzeżenie patentowe

Claims (1)

1. Układ przetwornicy dwutaktowej składający się z klucza półprzewodnikowego, przekaźnika, transformatora impulsowego, układu sterującego, układu detektora napięcia, diody oraz kondensatora, znamienny tym, że pierwszy zacisk (1) klucza półprzewodnikowego (Q) połączony jest ze stykiem przełącznym przekaźnika (K), drugi zacisk (2) klucza półprzewodnikowego (Q) połączony jest z układem sterującym (US), a trzeci zacisk (3) połączony jest z masą strony pierwotnej układu, jeden styk przekaźnika (K) połączony jest z drugim zaciskiem (2) uzwojenia pierwotnego transformatora impulsowego (TR), a drugi styk przekaźnika (K) połączony jest z trzecim zaciskiem (3) uzwojenia pierwotnego transformatora impulsowego (TR), którego pierwszy zacisk (1) połączony jest z dodatnim potencjałem zasilania (U ZAS), do dodatniego potencjału zasilania dołączony jest również detektor napięcia (DET), który połączony jest wyjściem z jednym zaciskiem cewki sterującej przekaźnika (K), której drugi zacisk dołączony jest do masy strony pierwotnej, czwarty zacisk (4) uzwojenia wtórnego transformatora impulsowego (TR) dołączony jest do anody diody (D), której katoda dołączona jest do dodatniego zacisku kondensatora (C) oraz zacisku wyjściowego (U WY), a ujemny zacisk kondensatora (C) oraz piąty zacisk (5) uzwojenia wtórnego transformatora impulsowego (TR) dołączony jest do masy strony wtórnej układu.