ДВУХТАКТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ
PUSH-PULL VOLTAGE CONVERTER

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в источниках вторичного электропитания и преобразовательной технике.
Известен двухтактный преобразователь постоянного напряжения, содержащий источник питания, два транзистора, эмиттеры которых подключены к минусу источника питания, трансформатор с обмоткой обратной связи, включенной, через конденсатор, между базами транзисторов, вторичной и первичной обмоткой, которая выводом из средней точки подключена к плюсу источника питания и выводам двух резисторов, которые вторыми выводами подключены к базам соответствующих транзисторов, соответственно соединенных коллекторами с противоположными выводами первичной обмотки трансформатора (патент РФ №2223591, опубл. 2004.02.10).
Недостатком известного изобретения является коммутация преобразователя в момент насыщения трансформатора, что сопровождается резким всплеском тока, высокими коммутационными потерями и, как следствие, имеет низкие энергетические показатели и низкую надежность.
Наиболее близким по технической сущности является двухтактный инвертор, содержащий источник питания, два делителя напряжения, трансформатор с обмоткой обратной связи, первичной и вторичной обмоткой, которая выводом из средней точки соединена с плюсом источника питания и с первыми крайними выводами резистивных делителей напряжения, два транзисторных ключа, подключенных силовыми входами к противоположным выводам первичной обмотки трансформатора, а силовыми выходами - к вторым крайним выводам делителей напряжения и, через ограничительный резистор, - к минусу источника питания и анодам двух стабилитронов, катоды которых соединены соответственно со средними выводами делителей напряжения и управляющими входами транзисторных ключей, между которыми, через резистор, включена обмотка обратной связи, при этом соответственно подключенные два транзисторных ключа, два стабилитрона и ограничительный резистор образуют два стабилизатора тока (патент РФ №2331961, опубл. 2008.08.20).
Недостатком известного двухтактного инвертора является то, что коммутация производится при максимальном значении тока, величина которого ограничивается стабилизаторами тока и задается токозадающим резистором, что сохраняет достаточно высокие коммутационные потери, низкие энергетические показатели и низкую надежность преобразователя.
Сущность предлагаемого изобретения заключается в осуществлении коммутации двухтактного преобразователя напряжения при нулевом значении напряжения и тока за счет введения двух накопительных конденсаторов и организации цепей их заряда и разряда через первичные обмотки трансформатора, что также позволило дважды использовать один заряд энергии в работе трансформатора. Все это дало возможность снизить уровень коммутационных потерь, повысить надежность и значительно улучшить энергетические показатели.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является снижение уровня коммутационных потерь, повышение надежности и улучшение энергетических показателей.
Вышеуказанный технический результат достигается тем, что в двухтактный преобразователь напряжения, содержащий источник питания с плюсовым и минусовым выводом, пару резистивных делителя напряжения, трансформатор с обмоткой обратной связи, вторичной и двумя противоположно направленными первичными обмотками, пару электронных ключей, силовые входы которых подключены соответственно к выходам первичных обмоток, а силовые выходы соединены между собой, вторыми крайними выводами делителей напряжения и через токозадающий резистор, - с минусом источника питания и анодами двух стабилитронов, катоды которых подключены соответственно к средним выводам делителей напряжения и управляющим входам электронных ключей, между которыми, через резистор, включена обмотка обратной связи, дополнительно введены два накопительных конденсатора, которые первыми выводами подключены соответственно к входам первичных обмоток и первым крайним выводам первой пары делителей напряжения, две цепи обратной связи, каждая из которых состоит из обмотки обратной связи, последовательно соединенной с конденсатором, вторая пара резистивных делителей напряжения и вторая пара электронных ключей, которые подключены силовыми входами к плюсу источника питания, вторым выводам накопительных конденсаторов и первым крайним выводам второй пары делителей напряжения, управляющими входами - соответственно к средним выводам второй пары делителей напряжения и выходам цепей обратной связи, силовыми выходами - соответственно к вторым крайним выводам второй пары делителей напряжения, входам цепей обратной связи, выходам первичных обмоток и силовым входам первой пары электронных ключей.
Сущность изобретения поясняется чертежом.
Двухтактный преобразователь напряжения содержит источник 1 питания с плюсовым (+) и минусовым (-) выводом, четыре делителя напряжения, каждый из которых содержит два последовательно включенных резистора (2, 3), (4, 5) и (6, 7), (8, 9), трансформатор 10 с тремя обмотками 11, 12, и 13 обратной связи, вторичной обмоткой 14 и двумя противоположно направленными первичными обмотками 15, 16, входы которых соединены соответственно с выводами накопительных конденсаторов 17, 18, и первыми крайними выводами делителей напряжения (6, 7), (8, 9), при этом вторые выводы накопительных конденсаторов 17, 18 подключены к плюсу (+) источника 1 питания, силовым входам электронных ключей 19, 20 и первым крайним выводам делителей (2, 3) и (4, 5) напряжения, средние выводы которых соединены соответственно с управляющими входами ключевых элементов 19, 20 и через последовательно соединенные конденсаторы и обмотки обратной связи (цепи обратной связи (11, 21) и (12, 22)), подключены соответственно к вторым крайним выводам делителей (2, 3), (4, 5) напряжения, силовым выходам ключевых элементов 19, 20, выходам первичных обмоток 15, 16 и силовым входам электронных ключей 23, 24, силовые выходы которых соединены между собой, вторыми крайними выводами делителей (6, 7), (8, 9) напряжения и через токозадающий резистор 25, - с минусом (-) источника 1 питания и анодами стабилитронов 26, 27, катоды которых подключены соответственно к средним выводам делителей (6, 7), (8, 9) напряжения и управляющим входам электронных ключей 23, 24, между которыми, через резистор 28, включена обмотка 13 обратной связи.
Двухтактный преобразователь напряжения работает в режиме симметричного автогенератора. В момент включения накопительные конденсаторы 17, 18 разряжены, в делителях напряжения (6, 7) и (8, 9) протекает ток заряда накопительных конденсаторов 17, 18 и создает на указанных делителях напряжения падение напряжения, которое стимулирует открытие электронных ключей 23, 24. В одной из двух зарядных цепей, например первой (накопительный конденсатор 17, первичная обмотка 15, электронный ключ 23), появляется ток, вызывающий в первичной обмотке 15 магнитный поток, на обмотках 11, 12, 13 обратной связи наводится напряжение и в цепях (11, 21), (12, 22) и (13, 28) обратной связи протекает ток, который удерживает в закрытом состоянии электронные ключи 24, 19 и полностью открывает электронные ключи 23, 20. Накопительный конденсатор 17 заряжается. По мере его заряда снижается разность потенциалов и снижается ток в первичной обмотке 15, снижается магнитный поток трансформатора 10 и напряжение на обмотках 11, 12, и 13 обратной связи, снижается ток в цепях обратной связи до момента закрытия электронных ключей 23, 20. С исчезновением тока в цепях обратной связи появляется ток разряда в делителе (2, 3) напряжения и ток заряда в делителе (8, 9) напряжения, который создает падение напряжения и на управляющих входах электронных ключей 24, 19 появляется напряжение, которое приоткрывает их, возникает ток во второй зарядной цепи (накопительный конденсатор 18, первичная обмотка 16, электронный ключ 24) и ток в первой разрядной цепи (накопительный конденсатор 17, первичная обмотка 15, электронный ключ 19), в трансформаторе 10 создается магнитный поток, в цепях (11, 21), (12, 22) и (13, 28) обратной связи возникает ток, который удерживает в закрытом состоянии электронные ключи 23, 20 и полностью открывает электронные ключи 24, 19. Накопительный конденсатор 18 заряжается, а накопительный конденсатор 17 разряжается, при этом ток заряда и ток разряда в первичных обмотках создают магнитные поля одного направления, которые складываясь, создают мощный магнитный поток в трансформаторе 10. По мере заряда одного и разряда другого накопительного конденсатора снижается разность потенциалов, вызывающая ток в первичных обмотках, и магнитный поток трансформатора ослабевает, снижается напряжение на обмотках 11, 12, и 13 обратной связи, снижается ток в цепях обратной связи до момента закрытия электронных ключей 24, 19. С исчезновением тока в цепях обратной связи появляется так разряда в делителе (4, 5) напряжения и ток заряда в делителе (6, 7) напряжения, на управляющих входах электронных ключей 23, 20 появляется напряжение, которое приоткрывает их, в первой зарядной и во второй разрядной цепях появляется ток, первичные обмотки создают магнитный поток в трансформаторе, появляется ток в цепях обратной связи, который удерживает в закрытом состоянии электронные ключи 24, 19 и полностью открывает электронные ключи 23, 20, происходит коммутация. Далее процесс коммутации повторяется периодически, а на вторичной обмотке 13 трансформатора наводится напряжение Uн.
Таким образом, введение двух накопительных конденсаторов, второй пары резистивных делителей напряжения и второй пары электронных ключей дало возможность заряжать и разряжать накопительные конденсаторы через первичные обмотки трансформатора, а их одновременная работа (одна от тока заряда, другая от тока разряда) образует суммарный магнитный поток, при этом коммутация электронных ключей приходится на момент полного заряда одного накопительного конденсатора и полного разряда другого накопительного конденсатора, т.е. при нулевом значении напряжения и тока, что позволило снизить коммутационные потери и повысить надежность, при этом возможность использовать дважды один заряд энергии конденсатора (тока заряда, а затем тока разряда) в работе трансформатора значительно повысила энергетические показатели двухтактного преобразователя напряжения и ставит его в разряд энергосберегающих устройств.