ПОВЫШАЮЩИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ

ПОВЫШАЮЩИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ


RU (11) 2214671 (13) C2

(51) 7 H02M3/08, H02M3/335 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 07.12.2007 - прекратил действие, но может быть восстановлен 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 2001117634/09 
(22) Дата подачи заявки: 2001.06.28 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2001.06.28 
(45) Опубликовано: 2003.10.20 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: US 6175219 A1, 16.01.2001. RU 2050680 C1, 20.12.1995. RU 2076444 C1, 27.08.1997. SU 1683145 A2, 07.10.1991. DE 3537175 A1, 14.07.1987. GB 1456303 A, 18.02.1975. EP 0227382 A2, 01.07.1987. WO 96/08071 A2, 14.03.1996. 
(71) Заявитель(и): Закрытое акционерное общество "Малое многопрофильное предприятие - ИРБИС" 
(72) Автор(ы): Кастров М.Ю.; Лукин А.В.; Малышков Г.М.; Герасимов А.А. 
(73) Патентообладатель(и): Закрытое акционерное общество "Малое многопрофильное предприятие - ИРБИС" 
Адрес для переписки: 111024, Москва, Андроновское ш., 26, завод "Криптон", для "ММП-ИРБИС" 

(54) ПОВЫШАЮЩИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ 

Изобретение относится к электронике и может быть использовано в системах питания приборов с низким напряжением в качестве повышающего преобразователя постоянного напряжения в постоянное, например, в автомобильной технике, в телекоммуникационном оборудовании. Техническим результатом является повышение КПД и надежности за счет снижения пульсаций и перенапряжений на силовом ключе. В повышающий преобразователь постоянного напряжения в постоянное, содержащий управляемый силовой ключ, вход которого подключен к общей шине, управляющий вход - к входу управления повышающего преобразователя, выход через первичную обмотку трансформатора подключен к входному выводу, к первому выводу вторичной обмотки трансформатора, к аноду первого диода, катод которого через конденсатор подключен к общей шине, второй вывод вторичной обмотки трансформатора подключен к аноду второго диода, введен третий диод, катод которого подключен к выходному выводу, и индуктивность, и четвертый диод. Суммарная энергия индуктивности рассеивания обмоток трансформатора и частично энергия намагничивания его первичной обмотки передается в нагрузку во время закрытого состояния силового ключа (паузы), и преобразователь работает как повышающий, т.е. потери преобразуются в выходное напряжение. 2 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к электронике и может быть использовано в системах питания приборов с низким напряжением в качестве повышающего преобразователя постоянного напряжения в постоянное, например, в автомобильной технике, в телекоммуникационном оборудовании.

Известен однотактный преобразователь постоянного напряжения в постоянное, содержащий управляемый силовой ключ, подключенный к входным выводам через первую первичную обмотку трансформатора, первый вывод второй первичной обмотки которого подключен к цепи, состоящей из последовательно соединенного дросселя и первого диода, которая через конденсатор подключена к выходу управляемого силового ключа, шунтированного вторым диодом, и через третий диод к входному выводу, к первой первичной обмотке трансформатора, вторичная обмотка которого через четвертый диод и фильтр подключена к выходным выводам (см. а.с. СССР 1775814, H 02 M 3/335, 1991 г.)

Недостатки данного преобразователя заключаются в снижении надежности и КПД из-за импульсных перегрузок и помех во время переключения транзистора.

Известен однотактный преобразователь постоянного напряжения в постоянное, содержащий управляемый силовой ключ, выход которого подключен через первичную обмотку трансформатора к первому входному выводу, к катоду первого диода, анод которого подключен через последовательно соединенные конденсатор и первый дроссель к выходу управляемого силового ключа и через второй дроссель ко второму входному выводу, ко входу управляемого силового ключа, управляющий вход которого подключен к входу управления преобразователя, вторичная обмотка трансформатора подключена через второй диод к нагрузке (см. п. России 2069445, Н 02 М 3/335, 1996 г.)

Недостатки преобразователя заключаются в снижении надежности из-за пульсаций напряжения во время переключения транзистора, в ограничении области применения из-за низкой частоты переключении.

Известен однотактный преобразователь постоянного напряжения в постоянное для низкого напряжения, содержащий подключенные к входным выводам последовательно соединенные первый и второй управляемые силовые ключи, каждый из которых шунтирован цепочкой, состоящей из конденсатора и одной из двух первичной обмотки трансформатора, при этом выводы конденсаторов, не связанные с входными выводами, объединены, первая и вторая вторичные обмотки трансформатора одними выводами подключены через соответствующие первый и второй управляемые силовые ключи к первому выходному выводу, другие выводы первой и второй вторичных обмоток трансформатора объединены и подключены ко второму выходному выводу (см. п. США 5481449, НКИ 363-17, 1996 г.).

Недостатки преобразователя заключаются в емкостных потерях при включении и помехах из-за резких изменений напряжения при переключении, вследствие чего снижается надежность и КПД преобразователя.

Известен повышающий преобразователь для низкого напряжения, содержащий подключенные к источнику постоянного напряжения последовательно соединенные первичную обмотку трансформатора и управляемый силовой ключ, первый вывод вторичной обмотки трансформатора подключен к выходу управляемого силового ключа, к аноду первого диода, к первому выводу первого конденсатора, второй вывод вторичной обмотки трансформатора подключен к аноду второго диода, катод которого подключен к второму выводу первого конденсатора, к аноду третьего диода, катод которого подключен к катоду первого диода, к входу блока управления и через второй конденсатор подключен к входу управляемого силового ключа, при этом выход блока управления подключен к входу управляемого силового ключа (см. п. США 6175219, НКИ 323-222, 2000 г.).

Недостатки преобразователя заключаются в перенапряжении, а также больших пульсациях, возникающих на силовом ключе при его переключении. Кроме того, регулировочные характеристики его зависят от нагрузки, и при ее изменениях частота переключении должна регулироваться в широких пределах для обеспечения стабилизации выходного напряжения.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение КПД и надежности за счет снижения пульсаций и перенапряжений на силовом ключе.

Результат достигается тем, что в повышающий преобразователь постоянного напряжения в постоянное, содержащий управляемый силовой ключ, вход которого подключен к общей шине, управляющий вход - к входу управления повышающего преобразователя, выход через первичную обмотку трансформатора подключен к входному выводу, к первому выводу вторичной обмотки трансформатора, к аноду первого диода, катод которого через конденсатор подключен к общей шине, второй вывод вторичной обмотки трансформатора подключен к аноду второго диода, а также третий диод, катод которого подключен к выходному выводу, введены индуктивность и четвертый диод, причем первый вывод индуктивности подключен к точке соединения катода первого диода и конденсатора, второй вывод через прямовключенный четвертый диод подключен к выходному выводу, к которому подключен катод второго диода, анод третьего диода подключен к точке соединения первичной и вторичной обмоток трансформатора.

Суммарная энергия индуктивности рассеивания обмоток трансформатора и частично энергия намагничивания первичной обмотки его передается в нагрузку во время закрытого состояния ключа (паузы), и преобразователь работает как повышающий, т.е. потери преобразуются в выходное напряжение.

На фиг. 1 представлена электрическая схема повышающего преобразователя постоянного напряжения в постоянное, на фиг.2а-д - диаграммы, поясняющие его работу (на фиг. 2а - диаграмма выходного напряжения на управляемом силовом ключе, на фиг.2б - диаграмма выходного тока управляемого силового ключа, на фиг. 2в - диаграмма тока первого диода, на фиг.2г - диаграмма токов второго, третьего и четвертого диодов, на фиг.2д - диаграмма напряжения на конденсаторе).

Повышающий преобразователь содержит управляемый силовой ключ 3, выход которого подключен через первичную обмотку 2 трансформатора 5 к входному выводу 1, вход управляемого силового ключа 3 подключен к общей шине 14, управляющий вход его подключен к входу управления 4 преобразователя, выход силового ключа 3 подключен к аноду первого 9 диода, к первому выводу вторичной обмотки 6 трансформатора 5, к аноду третьего 8 диода, катод которого подключен к выходному выводу 13, к которому через встречновключенный второй 7 диод подключен второй вывод вторичной 6 обмотки трансформатора 5, катод первого 9 диода подключен через конденсатор 10 к общей шине 14 и через цепь, состоящую из последовательно соединенных индуктивности 11 и прямовключенного четвертого диода 12, - к выходному выводу, к которому подключена нагрузка.

В качестве ключа выбран МОП-транзистор, имеющий "паразитный" диод на выходе. Для бесперебойной работы преобразователя коэффициент трансформации выбирают из расчета t имп/t паузы 5.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии токи в обмотках 2 и 6 трансформатора 5 отсутствуют. При подаче управляющего сигнала на вход 4 управляемого силового ключа 3 последний открывается и ток через ключ 3 нарастает от нуля (фиг.2б). На вторичной обмотке 6 наводится эдс, и через диод 7 протекает ток (фиг.2г) по цепи - обмотка 6, диод 7, нагрузка 13, общая шина 14, "паразитный" диод ключа 3.

При переходе силового ключа 3 из открытого состояния в закрытое напряжение на нем нарастает плавно (фиг.2а), т.к. параллельно ключу 3 подключен через диод 9 конденсатор 10, при этом ток стока ключа 3 практически мгновенно спадает до нуля (фиг.2б). При выключении ключа 3 напряжение на нем увеличивается, но открывается диод 9 (фиг.2в), и происходит заряд конденсатора 10 (фиг. 2д), сдерживающий нарастание напряжения на ключе 3 и гарантируя выключение его при малых уровнях напряжения.

Перекрытие времен спадания тока через ключ 3 и увеличения напряжения на нем, таким образом, существенно уменьшается, поэтому и коммутационные потери при выключении практически отсутствуют.

За счет энергии, накопленной во вторичной обмотке 6 трансформатора 5, ток через диод 7 некоторое время будет протекать (постепенно спадая до нуля) (фиг. 2г). При этом диод 8 закрыт. Как только ток через диод 7 спадет до нуля, открывается диод 8 и через него в нагрузку 13 будет протекать ток за счет энергии, накопленной в индуктивности первичной обмотки 2 трансформатора 5. В это же время конденсатор 10 начинает разряжаться через индуктивность 11, диод 12 на нагрузку 13, при этом индуктивность 11 сдерживает ток. В результате во время паузы в нагрузку передается суммарная энергия индуктивности рассеивания обмоток 2 и 6 трансформатора 5 и частично энергия намагничивания обмотки 2, преобразователь работает как повышающий. Энергия, которая должна пойти на нагрев, преобразуется в выходное напряжения. В нагрузку передается значительная часть энергии возможных коммутационных потерь, на управляемом силовом ключе 3 снимаются перенапряжения и меньше пульсации, в результате повышается надежность и КПД преобразователя.

В следующий момент включения ключа 3 ток через диод 8 еще некоторое время будет протекать, постепенно спадая до нуля. Ток через индуктивность 11 и диод 12 и нагрузку протекает непрерывно (фиг.2г), имеет пульсирующую форму за счет обмена энергиями в конденсаторе 10 и индуктивности 11.

На основе однотактного преобразователя повышающего типа создан преобразователь, который является псевдодвухтактным и которому присущи низкие потери при переключении, т. к. переключение силового ключа происходит при нулевом напряжении. Рабочая частота повышающего преобразователя остается постоянной, т.е. преобразователь не требует настройки и регулировки. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



Повышающий преобразователь постоянного напряжения в постоянное, содержащий управляемый силовой ключ, вход которого подключен к общей шине, управляющий вход - к входу управления повышающего преобразователя, выход через первичную обмотку трансформатора подключен к входному выводу, к первому выводу вторичной обмотки трансформатора, к аноду первого диода, катод которого через конденсатор подключен к общей шине, второй вывод вторичной обмотки трансформатора подключен к аноду второго диода, а также третий диод, катод которого подключен к выходному выводу, отличающийся тем, что введены индуктивность и четвертый диод, причем первый вывод индуктивности подключен к точке соединения катода первого диода и конденсатора, второй вывод через прямовключенный четвертый диод подключен к выходному выводу, к которому подключен катод второго диода, анод третьего диода подключен к точке соединения первичной и вторичной обмоток трансформатора.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал

Подборка патентов изобретений и технологий относящихся к ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ:
Гелиоэнергетика - Солнечные электростанции, Солнечные батареи. Солнечные коллекторы;
Ветроэнергетика - Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели;
Волновые электростанции. Гидроэлектростанции;
Термоэлектрические источники тока;
Химические источники тока;
Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ;
Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии;
Генераторы постоянного электрического тока. Электрические машины.



Устройства и способы получения, преобразования, передачи, экономии и сохранения электрической энергии




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+электрический -генератор".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "генератор" будут найдены слова "генераторы", "ренераторов" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("генератор!").


Солнечные электростанции. Гелиоэнергетика | Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели. Ветрогенераторы | Волновые, геотермальные и гидроэлектростанции | Термоэлектрические источники тока | Химические источники тока. Накопители электроэнергии. Батареи и аккумуляторы | Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи электрической энергии | Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии | Генераторы постоянного и переменного электрического тока. Электрические машины


Рейтинг@Mail.ru