ОБРАТНОХОДОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ

Полезная модель относится к преобразовательной технике и может использоваться в изолирующих понижающих источниках вторичного электропитания.
Известен преобразователь напряжения, принятый в качестве аналога (патент US 4489373 на изобретение от 18.12.1984 г.), содержащий рекуперационную цепь. Данный преобразователь напряжения содержит транзисторный ключ, управляющий и силовой входы которого являются первым и вторым входами устройства, а силовой выход подключен к третьему входу устройства через первичную обмотку трансформатора, параллельно которой подключена рекуперационная цепь из конденсатора, подключенного между выходом транзисторного ключа и соединенных катода первого и анода второго диода, катод которого подключен к третьему входу устройства. Причем анод первого диода подключен ко второму входу устройства через дроссель. Вторичная обмотка трансформатора подключена непосредственно к первому и через выпрямительный диод -ко второму выходу устройства. Преобразователь напряжения осуществляет аккумулирование энергии индуктивности рассеивания трансформатора и возвращение этой энергии в первичный источник электропитания, подключенный ко второму и третьему входам устройства.
Также известен преобразователь напряжения с индуктивно связанными рекуперационными цепями, принятый в качестве прототипа (патент РФ №2396685 на изобретение от 10.08.2010 г.), который содержит транзисторный ключ, управляющий и силовой входы которого являются первым и вторым входами преобразователя, а силовой выход подключен к третьему входу преобразователя через первичную обмотку первого трансформатора, параллельно которой подключена цепь из первого конденсатора, подключенного между выходом транзисторного ключа и соединенных катода первого и анода второго диода, катод которого подключен к третьему входу преобразователя, вторичная обмотка первого трансформатора подключена непосредственно к первому и через выпрямительный диод - ко второму выходу преобразователя, при этом в преобразователь введены дополнительные диоды и второй конденсатор, подключенный между анодом выпрямительного диода и соединенных катода третьего и анода четвертого диодов. Причем катоды выпрямительного и четвертого диодов соединены со вторым выходом преобразователя, а аноды первого и третьего диодов подключены к второму входу и первому выходу преобразователя через первичную и вторичную обмотки второго трансформатора соответственно.
Недостатками данных преобразователей является сниженный КПД и завышенные установочные мощности транзисторного ключа и трансформатора. В аналоге это обусловлено возвратом энергии индуктивности рассеивания во входную сеть. А в прототипе второй трансформатор используется только для рекуперации и передачи незначительной части энергии индуктивностей рассеивания первичной и вторичной обмоток первого трансформатора в нагрузку, что снижает эффективность использования второго трансформатора.
Технический результат заявляемой полезной модели заключается в сокращении установочной мощности первого трансформатора в два раза за счет использования обоих трансформаторов в равных долях для передачи энергии в нагрузку. Такое использование трансформаторов обеспечивается достаточно большой емкостью накопительного конденсатора и последовательным соединением вторичных обмоток трансформаторов. Кроме того, передача энергии, накопленной в конденсаторе, через второй трансформатор в нагрузку снижает потери в транзисторном ключе и в обоих трансформаторах, что обеспечивает общее повышение КПД преобразователя. Использование преобразователя, в качестве понижающего, позволяет исключить рекуперационную цепь вторичной обмотки первого трансформатора, так как ее индуктивность рассеивания в этом случае пренебрежимо мала, кроме того, она уменьшена в два раза за счет ее разделения между первым и вторым трансформатором.
Для достижения указанного технического результата обратноходовой преобразователь напряжения содержит транзисторный ключ, управляющий и силовой входы которого являются первым и вторым входами преобразователя, а силовой выход подключен к третьему входу преобразователя через первичную обмотку первого трансформатора, параллельно которой подключена цепь из конденсатора, подключенного между выходом транзисторного ключа и соединенных катода первого и анода второго диода, катод которого подключен к третьему входу преобразователя, анод первого диода подключен ко второму входу преобразователя через первичную обмотку второго трансформатора, а второй вывод вторичной обмотки второго трансформатора подключен к первому выходу преобразователя, при этом катод выпрямительного диода через вторичную обмотку первого трансформатора подключен ко второму выходу преобразователя, а анод выпрямительного диода подключен к первому выводу вторичной обмотки второго трансформатора.
Полезная модель поясняется структурной схемой, приведенной на фиг. 1.
Обратноходовой преобразователь напряжения содержит:
1 - транзисторный ключ;
2 - первый трансформатор;
3 - первый вход преобразователя;
4 - второй вход преобразователя;
5 - третий вход преобразователя;
6 - выпрямительный диод;
7 - конденсатор;
8 - первый диод;
9 - второй трансформатор;
10 - второй диод;
11 - второй выход преобразователя;
12 - первый выход преобразователя.
Рассмотрим работу предлагаемого преобразователя.
Транзисторный ключ 1 коммутирует первичную обмотку первого трансформатора 2 с частотой и скважностью задаваемых последовательностью импульсов, поступающих на первый вход 3 преобразователя.
При открывании транзисторного ключа 1 к первичной обмотке первого трансформатора 2 прикладывается все питающее напряжение, подведенное ко второму 4 и третьему 5 входам преобразователя, что вызывает нарастание тока в первичной обмотке первого трансформатора 2 и магнитного потока в сердечнике первого трансформатора 2. Полярность напряжения на вторичной обмотке первого трансформатора 2 для выпрямительного диода 6 является запирающей. Таким образом, идет процесс запасания энергии первым трансформатором 2.
Одновременно с открыванием транзисторного ключа 1, под воздействием напряжения отрицательной полярности, обусловленного зарядом конденсатора 7, начинает течь ток в контуре, состоящем из конденсатора 7, первого диода 8, первичной обмотки второго трансформатора 9 и транзисторного ключа 1. Емкость конденсатора 7 достаточно велика, чтобы в полной мере осуществить накопление тока во втором трансформаторе 9. Полярность напряжения на вторичной обмотке второго трансформатора 9 для выпрямительного диода 6 также является запирающей. Таким образом, идет процесс запасания энергии вторым трансформатором 9.
При размыкании транзисторного ключа 1 меняется полярность первичной обмотки первого трансформатора 2, и ток, запасенный этой обмоткой, начинает протекать по контуру - конденсатор 7, перезаряжая его, второй диод 10, первичная обмотка первого трансформатора 2. Полярность первичной обмотки второго трансформатора 9 также меняется. Полярность напряжения вторичных обмоток первого 2 и второго 9 трансформаторов открывает выпрямительный диод 6 и обеспечивает протекание тока через последовательно соединенные вторичную обмотку второго трансформатора 9, выпрямительный диод 6 и вторичную обмотку первого трансформатора 2 через второй выход преобразователя 11 в емкостный фильтр и нагрузку (на фигуре не показаны) к первому выходу преобразователя 12. Энергия, запасенная первым 2 и вторым 9 трансформаторами распределяется между емкостным фильтром нагрузки, емкостью источника питания (на фигуре не показаны) и конденсатором 7, выравнивая соотношения напряжений на конденсаторах в зависимости от коэффициентов передачи первого 2 и второго 9 трансформаторов.
Таким образом, происходит использование обоих трансформаторов 2 и 9 в равных долях для передачи энергии в нагрузку позволяет сократить установочную мощность первого трансформатора 2 в два раза. Это обеспечивается выбором достаточно большой емкости конденсатора 7, а также тем, что катод выпрямительного диода 3 через вторичную обмотку первого трансформатора 2 подключен ко второму выходу преобразователя 11, а анод выпрямительного диода 6 подключен к первому выводу вторичной обмотки второго трансформатора 9, второй вывод которого подключен к первому выходу преобразователя 12, т.е. последовательным соединением вторичных обмоток трансформаторов 2 и 9.
Энергия, накопленная в конденсаторе 7 при размагничивании первичной обмотки первого трансформатора 2 во время паузы управляющего сигнала на первом входе преобразователя 3, одновременно являющегося управляющим входом транзисторного ключа 1, во время импульса управляющего сигнала на первом входе преобразователя 3 передается через второй трансформатор 9 в нагрузку по контуру: транзисторный ключ 1, первичная обмотка второго трансформатора 9, первый диод 8, конденсатор 7, снижая при этом потери в транзисторном ключе 1 и обоих трансформаторах 2 и 9 и, обеспечивая общее повышение КПД преобразователя. При этом силовой вход транзисторного ключа 1 является вторым входом преобразователя 4, а силовой выход транзисторного ключа 1 через первичную обмотку первого трансформатора 2 соединен с третьим входом преобразователя 5. Конденсатор 7, при этом, подключен между выходом транзисторного ключа 1 и соединенными катодом первого 8 и анодом второго 10 диодов, катод второго диода 10 подключен к третьему входу преобразователя 5.
Использование преобразователя, в качестве понижающего, позволяет исключить рекуперационную цепь вторичной обмотки первого трансформатора 2, так как ее индуктивность рассеивания в этом случае пренебрежимо мала, кроме того, она уменьшена в два раза за счет ее перераспределения между первым 2 и вторым 9 трансформаторами, что обеспечивает дополнительное повышение КПД преобразователя за счет исключения потерь на рекуперационных элементах.