ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА


RU (11) 2279176 (13) C1

(51) МПК
H02M 3/335 (2006.01) 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 05.12.2008 - действует 

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

Документ: В формате PDF 
(21) Заявка: 2004139168/09 
(22) Дата подачи заявки: 2004.12.31 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2004.12.31 
(45) Опубликовано: 2006.06.27 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: Интегральные микросхемы. Микросхемы для импульсных источников питания и их применение. М.: ДОДЭКА, 2000, с.198, рис.4. SU 692029 A, 17.10.1979. RU 2210851 С2, 20.08.2003. US 6094365 А, 25.07.2000. 
(72) Автор(ы): Швецов Юрий Кузьмич (RU) 
(73) Патентообладатель(и): Открытое акционерное общество "Российский институт радионавигации и времени" (RU) 
Адрес для переписки: 191124, Санкт-Петербург, пл. Растрелли, 2, ОАО "РИРВ", первому заместителю генерального директора Б.В. Шебшаевичу 

(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКАИзобретение относится к электротехнике и может быть использовано в преобразователях напряжения постоянного тока с гальванической развязкой входной и выходной цепей. Достигаемым техническим результатом является получение преобразователя напряжения постоянного тока с обратной связью по выходному напряжению и гальванической развязкой входной и выходной цепей, обеспечиваемой без использования оптопары путем формирования в цепи обратной связи переменного напряжения, отвечающего выходному напряжению преобразователя, передаче этого напряжения через развязывающий трансформатор и формирования из него напряжения обратной связи. Преобразователь содержит входной фильтр, выходной фильтр-выпрямитель и силовой трансформатор, вторичная обмотка которого связана с входными выводами выходного фильтра-выпрямителя, а первичная обмотка связана через силовой электронный ключ с выходными выводами входного фильтра, причем управляющий вход силового электронного ключа связан через согласующую цепь с выходом схемы управления, а вход обратной связи схемы управления через цепь обратной связи связан с выходными выводами выходного фильтра-выпрямителя. Цепь обратной связи содержит развязывающий трансформатор и вспомогательный электронный ключ. Первичная обмотка развязывающего трансформатора зашунтирована размагничивающим элементом и подключена через вспомогательный электронный ключ к выходным выводам выходного фильтра-выпрямителя, вторичная обмотка развязывающего трансформатора через выпрямитель подключена к входу обратной связи схемы управления, а управляющий вход вспомогательного электронного ключа подключен к выходу цепи формирования коммутирующих импульсов. Согласующая цепь, связывающая управляющий вход силового электронного ключа с выходом схемы управления, может быть выполнена в виде согласующего трансформатора, первичная обмотка которого подключена к выходу схемы управления, а вторичная - к управляющему входу силового электронного ключа. Цепь формирования коммутирующих импульсов может быть выполнена в виде дополнительной вторичной обмотки силового трансформатора или в виде дополнительной вторичной обмотки указанного согласующего трансформатора. 2 ил. 




ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в преобразователях напряжения постоянного тока с гальванической развязкой входной и выходной цепей.

Системы питания большинства многоблочных комплексов радиоэлектронной аппаратуры строятся по принципу использования общего источника первичного электропитания и формирования из него с помощью источников вторичного электропитания ряда напряжений для электропитания отдельных радиоэлектронных блоков, входящих в состав комплекса, см., например, [1] - RU №2201645 (C1), H 02 J 1/00, 27.03.2003. В случае, когда источником первичного электропитания питания является источник напряжения постоянного тока, источники вторичного электропитания выполняются на основе преобразователей напряжения постоянного тока, осуществляющих преобразование напряжения постоянного тока одного номинала в напряжение постоянного тока другого номинала, а также, при необходимости, стабилизацию выходного напряжения и его дополнительную фильтрацию.

Среди преобразователей, выполняющих функции преобразования напряжения постоянного тока одного номинала в напряжение постоянного тока другого номинала, отдельное место занимают импульсные преобразователи с гальванической развязкой входной и выходной цепей. В общем виде принцип действия этих преобразователей заключается в преобразовании входного напряжения постоянного тока в импульсное путем коммутации входного тока силовым электронным ключом, установленным в силовой цепи последовательно с первичной обмоткой силового трансформатора, и последующем выпрямлении и фильтрации импульсного напряжения, снимаемого с вторичной обмотки силового трансформатора (см., например, [2] - Ю.Розанов, М.Рябчинский, А.Кваснюк. "Вторичные источники питания: от сетевого трансформатора до корректора коэффициента мощности". CHIP NEWS. Инженерная микроэлектроника, №2, 2004, с.4-8, рис.7). В этих преобразователях стабилизация выходного напряжения осуществляется путем изменения относительной длительности замкнутого состояния силового электронного ключа под воздействием схемы управления, при этом используются способы широтно- или частотно-импульсной модуляции (ШИМ и ЧИМ соответственно) или их комбинации.

Например, известен преобразователь напряжения постоянного тока с гальванической развязкой входной и выходной цепей, описанный в [3] - RU №2210851 (С2), Н 02 М 3/335, 20.08.2003, содержащий входной конденсатор, выполняющий функцию входного фильтра, силовой трансформатор, силовой электронный ключ, схему управления силовым электронным ключом и выходной фильтр-выпрямитель. Входные "плюсовой" и "минусовой" зажимы преобразователя соединены с первым и вторым выводами входного конденсатора. С первым выводом входного конденсатора соединен также первый вывод первичной обмотки силового трансформатора, второй вывод которого через силовой электронный ключ соединен с вторым выводом входного конденсатора. Первый и второй выводы вторичной обмотки силового трансформатора подключены через выходной фильтр-выпрямитель к "плюсовому" и "минусовому" выходным зажимам преобразователя. Управляющий вход силового электронного ключа подключен к выходу схемы управления, выполняющей функцию ШИМ-контроллера, реализующего способ ШИМ-модуляции относительной длительности замкнутого состояния силового электронного ключа. Схема управления связана цепью обратной связи с дополнительной обмоткой силового трансформатора.

Преобразователь, описанный в [3], реализует схему однотактного обратноходового преобразователя, характеризующуюся тем, что передача энергии осуществляется на интервале выключенного состояния силового электронного ключа. В этом преобразователе входное напряжение подается на первичную обмотку силового трансформатора через силовой электронный ключ, управляемый ШИМ-контроллером в зависимости от напряжения обратной связи, снимаемого с вторичной обмотки силового трансформатора через цепь обратной связи. Напряжение обратной связи, снимаемое с вторичной обмотки силового трансформатора, определяется входным напряжением. Это позволяет отслеживать изменения входного напряжения и осуществлять регулировку выходного напряжения с учетом этих изменений. Однако, поскольку напряжение на обмотке обратной связи не учитывает прямого падения напряжения на омическом сопротивлении вторичной обмотки силового трансформатора и выходного фильтра-выпрямителя, выходное напряжение такого преобразователя будет изменяться при изменении тока нагрузки.

Аналогичным недостатком (изменение выходного напряжения при изменении тока нагрузки) обладают преобразователи, в которых в качестве сигнала обратной связи используется напряжение, снимаемое с резистивного датчика тока, устанавливаемого в цепи "электронный ключ - первичная обмотка трансформатора".

Для стабилизации выходного напряжения преобразователя в условиях изменения тока нагрузки используют обратную связь по выходному напряжению.

Например, в известных однотактных преобразователях напряжения постоянного тока, описанных в [4] - DE №2613896, Н 02 Н 7/127, 13.10.1977 и [5] - RU №2107380 (C1), H 02 M 3/335, 20.03.1998, применяется комбинированная обратная связь по входному току и выходному напряжению, причем в контур обратной связи по выходному напряжению входят последовательно соединенные регулятор напряжения и широтно-импульсный модулятор. Применение обратной связи по выходному напряжению позволяет стабилизировать выходное напряжение преобразователей [4] и [5] в условиях изменения как входного напряжения, так и тока нагрузки, а кроме этого решить задачу отключения преобразователей в условиях короткого замыкания по выходу. Однако в преобразователях [4] и [5] цепь обратной связи по выходному напряжению выполнена без гальванической развязки, что лишает преобразователи [4] и [5] такого важного свойства как гальваническая развязка входной и выходной цепей.

Известным решением, обеспечивающим в рассматриваемом классе преобразователей необходимую гальваническую развязку в цепи обратной связи по выходному напряжению, является использование для этих целей оптопары, см., например, [6] - US №6094365, H 02 M 3/335, Н 02 Н 7/122, 25.07.2000; [7] - И.Безверхний. "Микросхемы фирмы Power Integrations для сетевых импульсных источников питания". СНБР NEWS. Инженерная микроэлектроника, №2, 2004, с.24-28, рис.1, 3, 6; [8] - Интегральные микросхемы: Микросхемы для импульсных источников питания и их применение. М., ДОДЭКА, 2000, с.198, рис.4.

Оптопара представляет собой комбинацию излучателя, например ИК-диода, и фотоприемника, обеспечивающих преобразование напряжения постоянного тока в соответствующий ему оптический сигнал, а затем преобразование этого оптического сигнала в напряжение постоянного тока. Оптопара является идеальным с точки зрения простоты реализации техническим средством, позволяющим реализовать канал передачи аналогового сигнала, представленного напряжением постоянного тока, от датчика к приемнику без гальванической связи между ними.

Известный из [8] обратноходовый преобразователь напряжения постоянного тока с гальванической развязкой входной и выходной цепей, использующий оптопару в цепи обратной связи по выходному напряжению, принят в качестве прототипа.

Функциональная схема преобразователя-прототипа содержит входной фильтр, силовой трансформатор с силовым электронным ключом и выходной фильтр-выпрямитель. Входные выводы входного фильтра и выходные выводы выходного фильтра-выпрямителя образуют, соответственно, вход и выход преобразователя. Первый вывод первичной обмотки силового трансформатора подключен к первому выходному выводу входного фильтра. Второй вывод первичной обмотки силового трансформатора подключен через силовой электронный ключ к второму выходному выводу входного фильтра. Выводы вторичной обмотки силового трансформатора подключены к входным выводам выходного фильтра-выпрямителя.

Управляющий вход силового электронного ключа подключен через согласующую цепь к выходу схемы управления, связанной цепью питания с выходными выводами входного фильтра.

Вход обратной связи схемы управления подключен к выходу цепи обратной связи по выходному напряжению, вход которой подключен к выходным выводам выходного фильтра выпрямителя.

Цепь обратной связи по выходному напряжению содержит оптопару, обеспечивающую гальваническую развязку выхода преобразователя и входа обратной связи схемы управления.

Входной фильтр в простейшем случае, представленном в [8], выполнен в виде конденсатора. Возможно выполнение входного фильтра в виде LC или CLC фильтров соответственно L-образной или П-образной конфигурации.

Выходной фильтр-выпрямитель в простейшем случае может содержать выпрямительный диод, один из выводов которого соединен с выводом вторичной обмотки силового трансформатора, а другой - с выводом фильтрующего конденсатора, подключенного другим своим выводом к другому выводу вторичной обмотки силового трансформатора. В более сложном случае, отраженном в [8], к выпрямительному диоду подключен П-образный CLC фильтр.

Схема управления в преобразователе-прототипе выполнена с использованием ЧИМ-контроллера на базе микросхемы серии 1055ЕУ5.

Силовой электронный ключ выполнен в виде полевого транзистора, а согласующая цепь - в виде резистивного делителя напряжения.

Принцип работы преобразователя-прототипа заключается в следующем. Отфильтрованное входным фильтром входное напряжение постоянного тока поступает на первичную обмотку силового трансформатора через силовой электронный ключ, периодически открываемый и закрываемый управляющими импульсами, формируемыми схемой управления. Тем самым осуществляется преобразование входного напряжения постоянного тока в импульсное. При этом, когда силовой электронный ключ открыт, ток в первичной обмотке силового трансформатора линейно увеличивается, а когда этот ключ закрывается, магнитный поток в сердечнике силового трансформатора начинает уменьшаться, вызывая ток в цепи его вторичной обмотки. Ток вторичной обмотки выпрямляется и фильтруется с помощью выходного фильтра-выпрямителя и поступает к потребителю. Стабилизация выходного напряжения осуществляется за счет соответствующего изменения параметров управляющих импульсов, вызывающих изменения в соотношении между открытым и закрытым состояниями силового электронного ключа. Изменение параметров управляющих импульсов осуществляется под действием сигнала обратной связи, поступающего с выхода преобразователя по цепи обратной связи через оптопару на вход обратной связи схемы управления.

Применение обратной связи по выходному напряжению позволяет в преобразователе-прототипе решить задачу стабилизации выходного напряжения в условиях изменения входного напряжения и тока нагрузки, а использование оптоопары в цепи обратной связи позволяет обеспечить при этом необходимую гальваническую развязку входной и выходной цепей преобразователя.

Однако в ряде случаев указанное применение оптопары ухудшает показатели надежности, в частности показатель долговечности. Дело в том, что оптопара обладает свойством старения, проявляющимся, в частности, в изменении коэффициента передачи. При этом процесс старения зависит от условий эксплуатации и в неблагоприятных условиях эксплуатации может протекать ускоренно, приводя к преждевременной потери работоспособности преобразователя.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является разработка преобразователя напряжения постоянного тока с обратной связью по выходному напряжению, в котором гальваническая развязка входной и выходной цепей обеспечивается без использования оптопары. Задача решается путем формирования в цепи обратной связи переменного напряжения, отвечающего выходному напряжению преобразователя, передаче этого напряжения через развязывающий трансформатор и формирования из него напряжения обратной связи.

Сущность заявляемого изобретения заключается в следующем. Преобразователь напряжения постоянного тока содержит входной фильтр, входные выводы которого образуют вход преобразователя, выходной фильтр-выпрямитель, выходные выводы которого образуют выход преобразователя, и силовой трансформатор, вторичная обмотка которого подключена к входным выводам выходного фильтра-выпрямителя, а первичная обмотка подключена первым своим выводом к первому выходному выводу входного фильтра, а вторым своим выводом через силовой электронный ключ подключена к второму выходному выводу входного фильтра, при этом управляющий вход силового электронного ключа подключен через согласующую цепь к выходу схемы управления, а вход обратной связи схемы управления подключен к выходу цепи обратной связи по выходному напряжению преобразователя. В отличие от прототипа, указанная цепь обратной связи содержит развязывающий трансформатор и вспомогательный электронный ключ, причем первичная обмотка развязывающего трансформатора защунтирована размагничивающим элементом и подключена первым своим выводом к первому выходному выводу выходного фильтра-выпрямителя, а вторым своим выводом через вспомогательный электронный ключ подключена к второму выходному выводу выходного фильтра-выпрямителя, вторичная обмотка развязывающего трансформатора через выпрямитель подключена к входу обратной связи схемы управления, а управляющий вход вспомогательного электронного ключа подключен к выходу цепи формирования коммутирующих импульсов.

В частных случаях реализации согласующая цепь, связывающая управляющий вход силового электронного ключа с выходом схемы управления, может быть выполнена в виде согласующего трансформатора, первичная обмотка которого подключена к выходу схемы управления, а вторичная - к управляющему входу силового электронного ключа, а цепь формирования коммутирующих импульсов может быть выполнена в виде дополнительной вторичной обмотки силового трансформатора или в виде дополнительной вторичной обмотки согласующего трансформатора.

Сущность изобретения и возможность его осуществления поясняются чертежами, представленным на фиг.1 и 2.

На фиг.1 представлен пример функциональной схемы заявляемого преобразователя напряжения постоянного тока для случая, когда цепь формирования коммутирующих импульсов выполнена в виде дополнительной вторичной обмотки силового трансформатора.

На фиг.2 представлен пример функциональной схемы заявляемого преобразователя напряжения постоянного тока для случая, когда цепь формирования коммутирующих импульсов выполнена в виде дополнительной вторичной обмотки согласующего трансформатора.

Заявляемый преобразователь напряжения постоянного тока (далее преобразователь) в рассматриваемых примерах выполнения (фиг.1 и 2) содержит входной фильтр 1, входные выводы которого образуют вход преобразователя, выходной фильтр-выпрямитель 2, выходные выводы которого образуют выход преобразователя, а также силовой трансформатор 3 и силовой электронный ключ 4.

Первичная обмотка 5. силового трансформатора 3 подключена первым своим выводом к первому выходному выводу входного фильтра 1, а вторым своим выводом через силовой электронный ключ 4 подключена к второму выходному выводу входного фильтра 1. Вторичная обмотка 6 силового трансформатора 3 подключена к входным выводам выходного фильтра-выпрямителя 2.

Входной фильтр 1 в простейшем случае выполнен в виде С-фильтра, реализованного на одном конденсаторе, при этом первые входной и выходной выводы входного фильтра 1 соединены между собой и с первым выводом этого конденсатора, а вторые входной и выходной выводы входного фильтра 1 соединены между собой и с вторым выводом этого конденсатора (на фиг.1 и 2 не показано). Возможно выполнение входного фильтра 1 в виде LC или CLC фильтров L-образной или П-образной конфигурации соответственно (на фиг.1 и 2 не показано).

Выходной фильтр-выпрямитель 2 в простейшем случае состоит из выпрямительного диода и фильтрующего конденсатора, соединенных между собой своими первыми выводами, при этом первые выходной и входной выводы выходного фильтра-выпрямителя 2 соединены, соответственно, с первым и вторым выводами указанного выпрямительного диода, а вторые выходной и входной выводы выходного фильтра-выпрямителя 2 соединены между собой и с вторым выводом указанного фильтрующего конденсатора (на фиг.1 и 2 не показано). В более сложных реализациях вместо указанного фильтрующего конденсатора может применяться, например, L-образный LC фильтр или П-образный CLC фильтр.

Управляющий вход силового электронного ключа 4 подключен через согласующую цепь 7 к выходу схемы 8 управления, связанной цепью питания с выходными выводами входного фильтра 1. Вход обратной связи схемы 8 управления подключен к выходу цепи 9 обратной связи, вход которой подключен к выходным выводам выходного фильтра-выпрямителя 2.

В рассматриваемых примерах, представленных на фиг.1 и 2, согласующая цепь 7 выполнена в виде согласующего трансформатора 10, первичная обмотка 11 которого подключена к выходу схемы 8 управления, а вторичная обмотка 12 - к управляющему входу силового электронного ключа 4.

В рассматриваемых примерах силовой электронный ключ 4 выполнен на транзисторе 13, например типа 2Т866А, с двумя резисторами 14 и 15, где резистор 14 включен последовательно с выводом "база" транзистора 13, а резистор 15 включен параллельно выводам "база" и "эмиттер" транзистора 13, при этом вывод резистора 14, не связанный с выводом "база" транзистором 13, и вывод резистора 15, связанный с выводом "эмиттер" транзистора 13, образуют управляющий вход силового электронного ключа 4.

Схема 8 управления может быть выполнена, например, как в прототипе на основе микросхемы 1055ЕУ5, реализующей функцию ЧИМ-контроллера, включенной в соответствии со схемой, представленной в [8]. Возможно выполнение схемы 8 управления с использованием ШИМ-контроллера, например как в аналоге [3].

Цепь 9 обратной связи содержит развязывающий трансформатор 16 с первичной 17 и вторичной 18 обмотками, вспомогательный электронный ключ 19 и выпрямитель 20. При этом первичная обмотка 17 развязывающего трансформатора 16 подключена первым своим выводом к первому выходному выводу выходного фильтра-выпрямителя 2, вторым своим выводом подключена через вспомогательный электронный ключ 19 к второму выходному выводу выходного фильтра-выпрямителя 2, а вторичная обмотка 18 развязывающего трансформатора 16 подключена через выпрямитель 20 к входу обратной связи схемы 8 управления.

В рассматриваемых примерах вспомогательный электронный ключ 19 выполнен на транзисторе 21, например типа 2Т3117А, с двумя резисторами 22 и 23, где резистор 22 включен последовательно с выводом "база" транзистора 21, а резистор 23 включен параллельно выводам "база" и "эмиттер" транзистора 21, при этом вывод резистора 22, не связанный с выводом "база" транзистором 21, и вывод резистора 23, связанный с выводом "эмиттер" транзистора 21, образуют управляющий вход вспомогательного электронного ключа 19.

Управляющий вход вспомогательного электронного ключа 19 подключен к выходу цепи 24 формирования коммутирующих импульсов. Цепь 24 формирования коммутирующих импульсов может быть выполнена, например, в виде дополнительной вторичной обмотки 25 силового трансформатора 3, как это показано на фиг.1, или в виде дополнительной вторичной обмотки 26 согласующего трансформатора 10, как это показано на фиг.2. Возможно выполнение цепи 24 формирования коммутирующих импульсов в виде генератора импульсов постоянной длительности (на фиг.1 и 2 не показано).

Первичная обмотка 17 развязывающего трансформатора 16 зашунтирована размагничивающим элементом 27. В рассматриваемых примерах, представленных на фиг.1 и 1, в качестве размагничивающего элемента 27 применен резистор. Возможно применение в качестве размагничивающего элемента 27 диода (на фиг.1 и 2 не показано).

В рассматриваемых примерах, представленных на фиг.1 и 2, первичная обмотка

17 развязывающего трансформатора 16 подключена первым своим выводом непосредственно к первому выходному выводу выходного фильтра-выпрямителя 2, что справедливо для случая, когда значение выходного напряжения преобразователя не превышает допустимого напряжения транзистора 21. В случае, когда значение выходного напряжения преобразователя превышает допустимое напряжение транзистора 21, первичная обмотка 17 развязывающего трансформатора 16 подключается первым своим выводом к первому выходному выводу выходного фильтра-выпрямителя 2 через делитель напряжения, образованный, например, включенными последовательно между первым и вторым выходными выводами выходного фильтра-выпрямителя 2 стабилитроном и резистором, точка соединения которых образует выход делителя напряжения (на фиг.1 и 2 не показано).

В рассматриваемых примерах, представленных на фиг.1 и 2, выпрямитель 20 содержит выпрямительный диод 28 и фильтрующий конденсатор 29, первые выводы которых соединены между собой, вторые выводы подключены к вторичной обмотке 18 развязывающего трансформатора 16, а кроме этого второй вывод фильтрующего конденсатора 29 и соединенные между собой первые выводы выпрямительного диода 28 и фильтрующего конденсатора 29 подключены к входу обратной связи схемы 8 управления.

Работа заявляемого преобразователя происходит следующим образом.

Отфильтрованное входным фильтром 1 входное напряжение постоянного тока поступает на схему 8 управления в качестве питающего напряжения, а также на первичную обмотку 5 силового трансформатора 3 через силовой электронный ключ 4.

Схема 8 управления формирует на своем выходе управляющие импульсы, которые через согласующую цепь 7 (в рассматриваемых примерах через трансформатор 10 с первичной 11 и вторичной 12 обмотками) поступают на управляющий вход силового электронного ключа 4 (в рассматриваемых примерах на резисторы 14 и 15, связанные с выводам "база" и "эмиттер" транзистора 13).

Под действием управляющих импульсов силовой электронный ключ 4 периодически открывается и закрывается, осуществляя преобразование входного напряжения постоянного тока в импульсное. При этом, когда силовой электронный ключ 4 открыт, ток в первичной обмотке 5 силового трансформатора 3 линейно увеличивается, а когда силовой электронный ключ 4 закрывается, магнитный поток в сердечнике силового трансформатора 3 начинает уменьшаться, вызывая ток в цепи его вторичной обмотки 6.

Снимаемое с вторичной обмотки 6 напряжение поступает на входные выводы выходного фильтра-выпрямителя 2, где выпрямляется и фильтруется.

С выходных выводов фильтра-выпрямителя 2 выходное напряжение преобразователя, представляющее собой напряжение постоянного тока определенного номинала, поступает к потребителю.

Стабилизация выходного напряжения преобразователя в случаях изменения входного напряжения и/или тока нагрузки осуществляется за счет соответствующего изменения параметров формируемых схемой 8 управления управляющих импульсов, вызывающих изменения в соотношении между открытым и закрытым состояниями силового электронного ключа 4. Изменение параметров управляющих импульсов осуществляется под действием напряжения обратной связи, поступающего на вход обратной связи схемы 8 управления по цепи 9 обратной связи.

Напряжение обратной связи формируется в цепи 9 обратной связи следующим образом. Выходное напряжение преобразователя поступает с выходных выводов выходного фильтра-выпрямителя 2 на первичную обмотку 17 развязывающего трансформатора 16 через вспомогательный электронный ключ 19, состоящий из транзистора 21 и резисторов 22 и 23. Вспомогательный электронный ключ 19 периодически открывается и закрывается коммутирующими импульсами, поступающими на его управляющий вход с выхода цепи 24 формирования коммутирующих импульсов. При этом в варианте выполнения, представленном на фиг.1, коммутирующие импульсы поступают с дополнительной вторичной обмотки 25 силового трансформатора 4 синхронно с импульсами, поступающими с его вторичной обмотки 6 на входные выводы выходного фильтра-выпрямителя 2 (т.е. на "обратном ходу" преобразователя), а в варианте выполнения, представленном на фиг.2, коммутирующие импульсы поступают с дополнительной вторичной обмотки 26 согласующего трансформатора 10 синхронно с импульсами, осуществляющими коммутацию силового электронного ключа 4 (т.е. на "прямом ходу" преобразователя). За счет коммутации вспомогательного электронного ключа 19 в контуре, образованном первичной обмоткой 17 трансформатора 16 и размагничивающим элементом 27, возникает переменное напряжение, которое в соответствии с коэффициентом трансформации развязывающего трансформатора 16 передается во вторичную обмотку 18. Напряжение, снимаемое с вторичной обмотки 18 развязывающего трансформатора 16, поступает на выпрямитель 20, где выпрямляется и фильтруется с помощью выпрямительного диода 28 и фильтрующего конденсатора 29, образуя напряжение обратной связи. С выхода выпрямителя 20 напряжение обратной связи поступает на вход обратной связи схемы 8 управления, изменяя параметры формируемых ею управляющих импульсов и, следовательно, соотношение между открытым и закрытым состояниями силового электронного ключа 4 таким образом, что выходное напряжение преобразователя остается на заданном уровне при изменениях входного напряжения и/или тока нагрузки.

Особенностью работы заявляемого преобразователя в рассматриваемых примерах (фиг.1 и 2) является то, что обратная связь управляет не только соотношением между открытым и закрытым состояниями силового электронного ключа 4, но и соотношением между открытым и закрытым состояниями вспомогательного электронного ключа 19, причем характер управляющих воздействий одинаков для обоих ключей и увеличение (уменьшение) времени закрытого состояния силового электронного ключа 4 сопровождается аналогичным увеличением (уменьшением) времени закрытого состояния вспомогательного электронного ключа 19. Фактически в рассматриваемых примерах реализована двухконтурная схема обратной связи, где основной контур обратной связи, регулирующий выходное напряжение преобразователя, дополнен вспомогательным контуром обратной связи в самой цепи 9 обратной связи. Это положительно влияет на помехоустойчивость преобразователя в условиях воздействия импульсных помех и делает более плавными переходные процессы при скачкообразных изменениях входного напряжения и/или тока нагрузки.

Таким образом, рассмотренное показывает, что заявляемое изобретение осуществимо и решает поставленную задачу по разработке преобразователя напряжения постоянного тока с обратной связью по выходному напряжению, в котором гальваническая развязка входной и выходной цепей обеспечивается без использования оптопары путем формирования в цепи обратной связи переменного напряжения, отвечающего выходному напряжению преобразователя, передаче этого напряжения через развязывающий трансформатор и формирования из него напряжения обратной связи.

Источники информации

1. RU №2201645 (C1), H 02 J 1/00, опубл. 27.03.2003.

2. Ю.Розанов, М.Рябчинский, А.Кваснюк. Вторичные источники питания: от сетевого трансформатора до корректора коэффициента мощности. - CHIP NEWS. Инженерная микроэлектроника, №2, 2004, с.4-8, рис.7.

3. RU №2210851 (С2), Н 02 М 3/335, опубл. 20.08.2003.

4. DE №2613896, H 02 H 7/127, опубл. 13.10.1977.

5. RU №2107380 (C1), H 02 M 3/335, опубл. 20.03.1998.

6. US №6094365, H 02 M 3/335, Н 02 Н 7/122, опубл. 25.07.2000.

7. И.Безверхний. Микросхемы фирмы Power Integrations для сетевых импульсных источников питания. - CHIP NEWS. Инженерная микроэлектроника, №2, 2004, с.24-28, рис.1, 3, 6.

8. Интегральные микросхемы: Микросхемы для импульсных источников питания и их применение. М., ДОДЖА, 2000, с.198, рис.4.




ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ


Преобразователь напряжения постоянного тока, содержащий входной фильтр, входные выводы которого образуют вход преобразователя, выходной фильтр-выпрямитель, выходные выводы которого образуют выход преобразователя, и силовой трансформатор, вторичная обмотка которого подключена к входным выводам выходного фильтра-выпрямителя, а первичная обмотка подключена первым своим выводом к первому выходному выводу входного фильтра, а вторым своим выводом через силовой электронный ключ подключена к второму выходному выводу входного фильтра, при этом управляющий вход силового электронного ключа подключен через согласующую цепь к выходу схемы управления, а вход обратной связи схемы управления подключен к выходу цепи обратной связи по выходному напряжению преобразователя, отличающийся тем, что указанная цепь обратной связи содержит развязывающий трансформатор и вспомогательный электронный ключ, причем первичная обмотка развязывающего трансформатора зашунтирована размагничивающим элементом и подключена первым своим выводом к первому выходному выводу выходного фильтра-выпрямителя, а вторым своим выводом через вспомогательный электронный ключ подключена к второму выходному выводу выходного фильтра-выпрямителя, вторичная обмотка развязывающего трансформатора через выпрямитель подключена к входу обратной связи схемы управления, а управляющий вход вспомогательного электронного ключа подключен к выходу цепи формирования коммутирующих импульсов, при этом указанная согласующая цепь выполнена в виде согласующего трансформатора, первичная обмотка которого подключена к выходу схемы управления, а вторичная - к управляющему входу силового электронного ключа, а цепь формирования коммутирующих импульсов выполнена в виде дополнительной вторичной обмотки этого согласующего 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