Преобразователь высокого уровня постоянного напряжения

 

1.ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ВЫСОКОГО УРОВНЯ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий силовой усилитель мощности с выходным трансформатором, и узел управления, причем вход питания последнего подключен к выпрямителю, соединенному с дополнительной обмоткой выходного трансформатора и через зарядный резистор и ключевой пороговый элемент к входному выводу преобразователя , отличающийся тем, что, с целью повышения КПД за счет уменьшения потерь мощности по цепи питания узла управления, в него введены конденсаторы и зарядные диоды, включенные поочередно последовательно между общим выводом преобразоватегд ля с точкой соединения упомянутых зарядного резистора и ключевого порогового элемента, причем одноименно заряженные обкладки конденсаторов соединены через разрядные диоды. U«« -м

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

GOLIHAЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУбЛИК

O9l OD

3(50 Н 02 М 7 537

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИЛ,ЕТЕЛЬСТВУ

У

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3627399/24-07 (22) 22.07.83 .(46) 15.11.84. Бюл.9 42 (72) Б.А.Лапин (71) Научно-исследовательский институт автоматики н электромеханики при Томском институте автоматизированных систем управления и радиоэлектроники (53) 621. 314. 58 {088. 8) (56) 1.Авторское свидетельство СССР

Ю 628596, кл..Н 02 М 7/537, 1977.

2.Патент Японии 9 51-3050, кл. Н 02 М 7/537, опублик.1976.

З.Патент США 9 3843919, кл. 321-2, опублик.1975.

4.Патент Японии 9 52-203, кл. Н 02 М 3/335, опублик.1977.

5.Патент ФРГ В 2445032;

Н 02 М 3/335, опублик.1976. (54)(57) 1.ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ВЫСОКОГО

УРОВНЯ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий силовой усилитель мощности с выходным трансформатором, и узел управления, причем вход питания последнего подключен к выпрямителю, соединенному с дополнительной обмоткой выходного трансформатора н через зарядный резистор и ключевой пороговый элемент к входному выводу преобразователя, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД засчет уменьшения потерь мощности по цепи питания узла управления, в него введены конденсаторы и зарядные диоды, включенные поочередно последовательно между общим выводом преобразовате;Е ля с точкой соединения упомянутых зарядного резистора и ключевого порогового элемента, причем одноименно заряженные обкладки конденсаторов соединены через разрядные диоды.

1124415

2. Преобразователь по п.1, о тл и ч а ю шийся тем, что последовательно с зарядным резистором включены стабилитроны.

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может быть использовано во вторичных источниках электропитания.

Известны транзисторные преобразователи, в которых при запуске первоначальное питание устройства управления осуществляется от питающей сети через различного рода пусковые цепи, переходящие в закрытое состояние пос-,10 ле запуска (1) и (2) .

Транзисторный инвертор содержит силовые транзисторы, электроды которых соединены с выводами коллекторной и базовой обмоток трансформатора 15 и пусковой транзистор, подключенный коллектором к зажиму питания, а эмиттером - через стабилитрон к средней точке базовой обмотки (1) .

Известно устройство, содержащее ;р силовые транзисторы, соединенные электродами с рабочей обмоткой и обмоткой обратной связи трансформатора

Между зажимом питания и базой силового транзистора включен нормально 25 открытый пусковой тразистор, база и эмиттер которого через выпрямитель запирающей полярности соединены с дополнительной обмоткой трансформатора (2) .

Недостатком указанных преобразователей является техническая сложность пусковой цепи на питающее напряжение в сотни и тысячи вольт и ее низкая экономичность.

Известны также преобразователи постоянного тока, содержащие силовую часть, устройство управления и входной С-фильтр, дроссель которого снаб жен дополнительной обмоткой, соеди . 40 неной через выпрямитель с питающим входом устройства управления 13)и (4) В укаэанных преобразователях для ударного возбуждения входного фильт- 45 ра питающее напряжение должно иметь крутой фронт нарастания. Это требование ограничивает область применения данных устройств. В частности, кРутой фронт нарастания недопустим 5р в совмещенных системах связи и питания по общему проводному каналу, кроме того, технически трудно его. обеспечить при высоковольтном пита-.

3. Преобразователь по пп. 1, 2, о т л ич а ю шийся тем,что пороговый элемент содержит Rc-генератор, выполненный на однопереход ком тра н зисторе.

2 нии преобразователя (>1000 В) из-за отсутствия компактных выключателей.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является преобразователь напряжения, содержащий силовой усилитель мощности с выходным трансформатором, выпрямителем и фильтром и узел управления, причем вход питания последнего подключен к дополнительному выпрямителю, соединенному с дополнительной обмоткой выходного трансформатора, и через зарядный резистор и ключевой пороговый элемент к входному. выводу преобразователя (5) .

Недостатком устройства является большие потери мощности в зарядном резисторе, особенно при высоком уровне входного напряжения.

Цель изобретения - повышение КПД за счет уменьшения потерь мощности по цепи питания узла управления.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь, содержащий сйловой усилитель мощности с выходным трансформатором, и узел управления, причем вход питания последнего подключен к выпрямителю, сое диненному. с обмоткой выходного трансформатора, и через зарядный резистор и ключевой пороговый элемент к выходному выводу преобразователя, введены конденсаторы и зарядные диоды, включенные поочередно последовательно между общим выводом и точкой ссединения зарядного резистора и ключевого порогового элемента, причем одноименно заряженные обкладки конденсаторов соединены через разрядные диоды.

Последовательно с зарядным резистором включены стабилитроны.

Пороговый элемент содержит RCгенератор, выполненный на однопереходном транзисторе.

На фиг.1 приведена функциональная схема преобразователя; на фиг.2,3,- варианты выполнения ключевого элемента.

Преобразователь содержит силовой усилитель мощности 1,и узел управления 2, имеющие общий вывод 3 и раздельные выводы 4,5 для подключения питания. Между раздельными выводами

1124415

60 где

65 включены зарядный резистор 6 и ключевой пороговый элемент 7. Последовательно с зарядным резистором Mo" гут быть установлены стабилитроны 8.

Общая точка зарядного резистора и ключевого элемента соединена с общим выводом конденсаторами 9 и зарядными диодами 10, включенными поочередно-последовательно. Положительно заряженные обкладки конденсаторов соединены между собой разрядными диодами

11, отрицательно заряженные разрядными диодами 12. Ключевой пороговый элемент выполнен на транзисторе 13, у которого база и коллектор соединены через тиристор 14. Между анодом и управляющим электродом тиристора включен стабилитрон 1 5. Усилитель мощности преобразователя содержит мостовые ячейки 16, у которых диагонали постоянного тока соединены последовательно и подключены к входным выводам, а диагонали переменного тока соединены с первичными обмотками 17 выходного трансформатора 18. Вторичная обмотка 19 через выпрямитель 20 соединена с входом питания узла управления. Каждая мостовая ячейка образована силовыми транзисторами 21, базы которых соединены с вторичными обмотками транс форматора управления 22 и импульсного трансформатора 23. Первичные обмотки трансформаторов 22 всех ячеек соединены с выходом 24, а первичные обмотки трансформаторов 23 с выходом 25 узла управления.

Ключевой пороговый элемент 7 может быть выполнен по схеме фиг.2, 3. По схеме фиг.2 он содержит оптотиристор 26, выходная цепь которого включена между коллектором и базой транзистора 13, а входная цець подключена к выходу RC-генератора 27, собранного на однопереходном транзисторе (ОПТ) 28. На схеме фиг.3 использован триодный тиристор 29, .параллельно которому через стабилитрон 15 включен RC-генератор 27, .соединенный выходом с управляющим входом тиристора 29.

Устройство работает следующим образом.

При подаче питающего напряжения на входные выводы 3, 4 конденсаторы начинают заряжаться. В процессе заря да конденсаторы 9 через зарядные

;диоды 10 соединены последовательно и ймеют эквивалентную емкость С равную

С = 1/я C где С - емкость одного конденсатора; ) - число конденсаторов.

После увеличения напряжения на конденсаторах 9 до порогового напряжения стабилитрона 15 тиристор 14 и транзистор 13 включаются. При этом конденсаторы 9 через разрядные диоды 11, 12 параллельно подключаются к входу питания 3,5 узла управления 2, обеспечивая ему начальное питание. В процессе разряда эквивалентная емкость конденсаторов

С, =и;С.

После возбуждения преобразователя питание узла управления 2 осу10 ществляется через выпрямитель 20 от. обмотки 19 выходного трансформатора

18. Для надежного включения ключевого элемента 7 его ток управления должен быть меньше зарядного тока конf5 денсаторов. При невыполнении этого условия в ключевом элементе следует использовать RC-генератор 27, выполненный íà основе OIIT 28 (см.фиг.2,3).

Такой генератор срабатывает при ма20 лом токе потребления (2-3 мА) и вы-. дает при этом мощный выходной импульс достаточный для включения оптотири стора 26 (см.фиг.2) или триодного тиристора 29 (см.фиг.3) .

ПеРеключение силовых транзисторов

21 осуществляется через трансформаторы 22 прямоугольным управляющим напряжением с выхода 24 узла управления 2. Для исключения сквозных токов через силовые транзисторы на базы нижних транзисторов 21 через трансформаторы 23 подаются короткие запирающие импульсы с выхода 25 узла управления 2, формируемые в конце каждого полупериода управляющего напряжения..

При высоковольтном питании запуск преобразователя следует производить на пониженном напряжении. Величина пускового напряжения должна быть

40 достаточной для перехода преобразователя на самопитание от обмотки 19.

Если пуск преобразователя осуществляется при медленном нарастании питающего напряжения, уровень пус45 кового напряжения задается стабилитронами 8. Если время нарастания питающего напряжения можно регулировать и оно соизмеримо с временем заряца конденсаторов 9, уровень пускового напряжения можно задать без стабилитронов 8 путем выбора определенной скорости нарастания питающего напряжения.

Вариант соединения конденсаторов 9 и диодов 10-12, показанный на фиг.2, позволяет. уменьшить обратное напряжение на диодах 11,12 °

При заряде конденсаторов величина электрического заряда Q > получаемая ими от сети, равна ъар, U С др. à С>, (1)

И вЂ” напряжение заряда одного

4 конденсатора) 1124415

Составитель И..Никитин

Редактор О.Колесникова- Техред С. Легеза. КорректорМ.Розман:,Заказ 8295/43 . .......Тираж.ббб..........Цодписное

ВНИИБИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий, 113035, Москва, Ж-35, Раушская Наб., д.4/5

Филиал ППП Патент, g.Óèãoðoä, ул.Проектная, 4

И„ - напряжение заряда "n конденсаторов.

При разряде конденсаторов вели чина заряда 6 ©, отрабатываемая

;ими, равна

Iã.

0» .-(), e ».*n.U, С. (2) Соотношения (1), (2) показывают, что конденсаторы получают иэ сети в, n" раз меньший .заряд, чем отдают для питания узла управления. Поскольку в устройстве-прототипе получаемый и отдаваемый конденсаторами заряды. одинаковые, то предложенное устройство являЕтся более экономйчнам, так как в нем ток заряда конденсато

pos можно уменьшить. в II раз путем увеличения сопротивления резистора

6 при неизменном времени заряда н энергии. питающего импульса. При этом в раз уменьшаются потери мощности в зарядном резисторе б.

Использование предлагаемого устройства позволяет значительно уменьшить потери мощности и повысить экономичность преобразователя.

Достоинством предложенного устройства является снижение в, н раэ напряжения на конденсаторах после срабатывания конденсаторов II" и напряжения срабатывания ключевого элеIS мента 7 избежать перегрузки устройства управления пусковым импульсом напряжения.