RU1775813C - Импульсный преобразователь посто нного напр жени в посто нное - Google Patents

Abstract

Использование: в мощных источниках питани  и импульсных усилител х. Сущность изобретени : устройство состоит из ключевого элемента 1, двух диодов 2, 5, Г- образного LC-фильтра З и индуктивного элемента 4 с основной и дополнительной обмотками. Изобретение позвол ет резко снизить динамические потери при коммутации ключевого элемента, что существенно улучшает конструктивные и эксплуатационные показатели устройства за счет того, что индуктивный элемент снабжен дополнительной обмоткой.включенной в том же направлении , что и Основна  обмотка, один вывод дополнительной обмотки подключен к общей точке соединени  диода 2 с основной обмоткой, а другой ее вывод через диод 5 соединен с входным выводом, возникла возможность восприн ть разность потенциалов между выходом ключевого элемента 1 + сл С

Description

Шг1

и входом фильтра и тем защитить ключевой элемент от перегрева. Кроме того, после выключени  диода 2 индуктивный элемент4 замыкаетс  накоротко и как бы исчезает, сохран   в себе энергию, но не преп тству 

изменению тока через указанную общую точку соединени  диода 2 с его основной обмоткой, а после размыкани  ключа 1 возвращает энергию во внешний источник питани . 2 ил.

Изобретение относитс  к области радиотехники и электроники и предназначено дл  использовани  в мощных источниках питани  и импульсных усилител х.

Известны импульсные преобразователи посто нного напр жени , содержащие ключевой элемент, защитный диод и Г-об- разный LC-фильтр нижних частот, причем вход ключевого элемента подключен ко входному выводу устройства, общий провод LC-фильтра подключен к общему выводу устройства , а выход LC-фильтра - к выходному выводу устройства, защитный диод св зывает вход LC-фильтра с общим выводом устройства .

Основной недостаток такого преобразовател  - больша  мощность, выдел юща с  в ключе на том интервале, когда ключ уже замкнут, а защитный диод еще не вышел из режима насыщени .

Тот же недостаток про вл етс  и в преобразовател х с изолирующим трансформатором .

Ближайшим к за вл емому  вл етс  устройство , в котором ток ключа ограничиваетс  с помощью дополнительного индуктивного элемента (ИЭ). В этом устройстве дополнительный ИЭ запасает ту энергию , котора  в предыдущем случае выдел етс  в ключе. Однако затем необходимо эту энергию куда-то передать, чтобы восстановить в дополнительном ИЭ начальные услови . В прототипе дл  этого используютс  несколько дополнительных диодов, позвол ющих передать энергию из дополнительного ИЭ в специально установленные балластные резисторы. Таким образом, энерги  отводитс  от ключа, но потери не устран ютс .

Цель изобретени  - повышение КПД. Поставленна  цель достигаетс  тем, что в импульсном преобразователе посто нного напр жени  в посто нное, содержащем входной, выходной и общий выводы дл  подключени , соответственно, источника посто нного напр жени  и нагрузки, ключевой элемент, вход которого соединен с входным выводом, а выход с одним из выводов основной обмотки индуктивного элемента, другой вывод соединен через первый диод с общим выводом, Г-образный LC-фильтр

нижних частот, конденсатор которого включен между общим и выходным выводами, а свободный вывод обмотки его дроссел  подключен к общей точке соединени  первого

диода с основной обмоткой индуктивного элемента, а также второй диод, включенный в том же направлении, что и первый диод, согласно изобретению, индуктивный элемент снабжен дополнительной обмоткой,

включенной в том же направлении, что и его основна  обмотка, причем один вывод дополнительной обмотки подключен к общей точке соединени  первого диода с основной обмоткой, а другой вывод дополнительной

обмотки через второй диод соединен с входным выводом.

На фиг. 1 приведена схема предлагаемого устройства (дл  случа , когда к общему выводу подключаетс  положительный зажим источника питани ); на фиг.2 - временна  диаграмма, по сн юща  работу устройства.

Устройство содержит входной, выходной и общий выводы дл  подключени , соответственно , источника посто нного напр жени  и нагрузки, ключевой элемент 1, первый диод 2, Г-образный LC-фильтр З, индуктивный элемент 4 и второй диод 5.

Вход ключевого элемента 1 соединен со входным выводом устройства, выход - с одним из выводов основной обмотки индуктивного элемента 4, другой вывод которой соединен через первый диод 2 с общим выводом . Конденсатор фильтра 3 включен между общим и выходным выводами, а свободный конец обмотки дроссел  фильтра 3 подключен к общей точке соединени  диода 2 с основной обмоткой элемента 4. Один

вывод дополнительной обмотки элемента 4 подключен к общей точке соединени  диода 2 с основной обмоткой элемента 4, а другой вывод дополнительной обмотки элемента 4 через диод 5, включенный в том же направлении , что и диод 2, соединен с входным выводом устройства. Диоды 2 и 5 включены таким образом, что при разомкнутом ключе 1 оба они в статике не провод т. Если пол рность источника питани  обратна показан0 ной на фиг.1, то и диоды 2, 5 должны быть включены инверсно по отношению к фиг.1.

Устройство работает следующим образом .

Этап 0. Пусть в начальный момент ключ 1 разомкнут, ток нагрузки протекает через дроссель фильтра 3 и диод 2, токи в обмот- ках элемента 4 равны нулю.

Этап 1. В момент включени  ключа 1 напр жение на основной обмотке элемента 4 возрастает до величины, близкой к напр жению источника питани . В силу этого ток Ю в основной обмотке элемента 4 линейно нарастает и достигает величины тока в дросселе фильтра 3. На этом этапе ток в диоде 2 спадает до нул .

Этап 2. Однако и при нулевом токе в 15 диоде 2 может сохран тьс  зар д неосновных носителей, в силу чего от проводит, так что продолжаетс  рост тока в элементе 4 и идет рассасывание зар да в диоде 2. Наконец , диод 2 запираетс .20

Этап 3, В этот момент оказываютс  последовательно включенными два дроссел  - дроссель фильтра 3 и основна  обмотка элемента 4. Ток в 4 больше, чем в дросселе фильтра (за счет этапа 2). Избыточна  энер- 25 ги  обеспечит изменение потенциала в точке соединени  обмоток элемента 4 с дросселем фильтра 3 до тех пор, пока не начнет проводить диод 5. С этого момента обмотки элемента 4 оказываютс  замкнуты- 30 ми накоротко, так что потенциал в точке соединени  обмоток 4 с дроссел ми фильтра 3 практически равен потенциалу входного вывода устройства. Таким образом, комплекс ключ 1 - элемент 4 - диод 5 35 работает на этом этапе так же, как и простой ключ, однако элемент 4 хранит энергию, запасенную в процессе выключени  диода 2 на этапах 1 и 2.

Этап 4. Когда ключ 1 запираетс , ток 40 через основную обмотку элемента 4 прекращаетс , запасенна  в нем энерги  заставит возрасти ток через дополнительную обмотку 4, а потенциал на входе фильтра 3 под воздействием токов его дроссел  и элемен- 45 та 4 быстро приблизитс  к потенциалу общего вывода устройства, вследствие чего включитс  диод 2. Напр жение на дополнительной обмотке элемента 4 оказываетс  примерно равным напр жению питани . Поэтому ток в дополнительной обмотке элемента 4 быстро спадает вплоть до запирани  диода 5. Таким образом, восстанавливаютс  начальные услови : диод 2 проводит, токи в обмотках элемента 4 равны нулю.

Из изложенного  сно, что на этапе 1 элемент 4 защищает ключ 1 от перегрева и накапливает энергию, на этапе 3 элемент 4 замыкаетс  накоротко и хранит энергию, не преп тству  изменени м тока в дросселе фильтра 3, а на этапе 4 запасенна  в элементе 4 энерги  возвращаетс  источнику питани .

Claims (1)

1. Формула изобретени  Импульсный преобразователь посто нного напр жени  в посто нное, содержащий входной, выходной и общий выводы дл  подключени  соответственно источника посто нного напр жени  и нагрузки, ключевой элемент, вход которого соединен с входным выводом, а выход - с одним из выводов основной обмотки индуктивного элемента, другой вывод которой соединен через первый диод с общим выводом, Г-об- разный LC-фильтр нижних частот, конденсатор которого включен между общим и выходным выводами, а свободный вывод обмотки его дроссел  подключен к общей точке соединени  первого диода с основной обмоткой индуктивного элемента, а также второй диод, включенный в том же направлении , что и первый диод,о тличающий- с   тем, что, с целью повышени  КПД, индуктивный элемент снабжен дополнительной обмоткой, включенной в том же направлении, что и его основна  обмотка, причем один вывод дополнительной обмотки подключен к общей точке соединени  первого диода с основной обмоткой, а другой вывод дополнительной обмотки через второй диод соединен с входным выводом.

   обмотки элеме

     -Ч

   nani/jr/ -i

   нагрузки и фильтра

   лнительной од

   Im/21

   Этапы

   О

   та Ч #777,

   X

   t

   Т

   опт элемента Ц

   t

   2

   Фи&2