Однотактный высоковольтный преобразователь постоянного напряжения

 

Изобретение относится к электротехнике , в частности к преобразователям напряжения, позволяющим получить в нагрузке постоянное высокое напряжение, гальванически отделенное трансформатором от цепи входного напряжения . Цель - снижение пульсаций выходного напряжения. Преобразователь содержит трансформатор, первичная обмотка которого через регулирующий ключ соединена с источником входного напряжения, а к вторичной обмотке присоединена цепь, состоящая из N звеньев. Каждое звено цепи состоит из первого конденсатора, дросселя и второго конденсатора. Между обкладками конденсаторов включен диод катодом к положительной обкладке первого конденсатора, а анодом - к отрицательной обкладке второго конденсатора . Каждое последующее звено включено параллельно обмотке дросселя предыдущего звена. В цепь диода каждого звена, за исключением первых двух звеньев, включен подстраиваемый индуктивньй элемент. В случае использования цепи, содержащей N звеньев, подстраиваемые индуктивные элементы, определяющие последовательность включения диодов, включаются в цепи диодов всех звеньев, за исключением двух первых звеньев. 1 ил. (Л оо to сд со

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„„Я0„„1372531 А1 (51) 4 Н 02 М 3/335

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4093467/24-07 (22) 25.07.86 (46) 07.02.88. Бюл. Р 5 (71) Московский энергетический институт (72) А.Г.Поликарпов и Н.А.Снетков (53) 314.621.058 (088.8) (56) Патент США М 4257087, кл. Н 02 М 3/335 363/16,17.03.81.

Авторское свидетельство СССР

Ф 1144173, кл. Н 01 Н 3/335, 19.05.83.

Высокоэффективные источники и системы вторичного электропитания РЭА:

Материалы семинара в доме научно-технической пропаганды им. Ф.Э.Дзержинского. — М., 1986, с. 142, рис ° 4. (54) ОДНОТАКТНЫЙ ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГЮ НАПРЯЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразователям напряжения, позволяющим получить в нагрузке постоянное высокое напряжение, гальванически отделенное трансформатором от цепи входного напряжения. Цель — снижение пульсаций выходного напряжения. Преобразователь содержит трансформатор, первичная обмотка которого через регулирующий ключ соединена с источником входного напряжения, а к вторичной обмотке присоединена цепь, состоящая из N звеньев. Каждое звено цепи состоит из первого конденсатора, дросселя и второго конденсатора. Между обкладками конденсаторов включен диод катодом к положительной обкладке первого конденсатора, а анодом — к отрицательной обкладке второго конденсатора. Каждое последующее звено включено параллельно обмотке дросселя предыдущего звена. В цепь диода а ф каждого звена, эа исключением первых двух звеньев, включен подстраиваемый индуктивный элемент. В случае использования цепи, содержащей N звеньев, подстраиваемые индуктивные элементы, определяющие последовательность включения диодов, включаются в цепи диодов всех звеньев, sa исключением двух первых звеньев. 1 ил. (О

1372531

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в источниках вторичного электропитания систем радиотехники, автоматики и вычислительной техники, Целью изобретения является снижение пульсаций выходного напряжения однотактного высоковольтного преобразователя. 10

На чертеже схематически изображен предлагаемый преобразователь.

Однотактный высоковольтный преобразователь постоянного напряжения содержит трансформатор 1, первичная об- 15 мотка 2 которого через регулирующий ключ 3, например транзистор, соединена с входными выводами преобразователя, а к вторичной обмотке 4 .подключено N звеньев умножителя напряжения, 20 например три, каждое из которых состоит иэ первых 5-7 и вторых 8-10 конденсаторов, дросселей 11-13 и диодов

14-16, при этом последовательно с диодом каждого звена, начиная с треть-25 его, включен подстраиваемый индуктивный элемент 17.

Работу высоковольтного преобразователя постоянного напряжения рассмотрим, исходя из предположения 30 идеальности всех элементов, установившегося режима работы, непрерывности магнитных потоков в сердечниках трансформатора и дросселей и пренебрежения пульсациями напряжения на конденсаторах по сравнению со средними значениями этих напряжений.

При включении регулирующего ключа 3 полярность напряжения на обмотке 4 трансформатора такова, что диод 40 находится под обратным смещением.При этом средние значения напряжений на конденсаторах одинаковы. Поэтому диоды 15 и 16 находятся под обратным смещением. Во вторичной обмотке 4 трансформатора 1 на этом этапе работы протекает ток, вытекающий из начала указанной обмотки. При этом конденсаторы 5-7 разряжаются, а конденсаторы 8-10 заряжаются.

Разряд конденсатора 5 осуществляется током, равным сумме токов 1а

+ 1ар, +1„,,этим же током, за исключением тока нагрузки, осуществляется заряд конденсатора 8. Разряд конденсатора 6 осуществляется суммой токов I p„ +I*р,, а заряд конценсатора 9 осуществляется тем же током,за исключением тока нагрузки. Разряд конденсатора 7 осуществляется током

Iар,, а заряд конденсатора 10 — тоТ*р1з Тн °

Токи всех дросселей (1ар ) одинаковы и равны току нагрузки (I„), а ток намагничивания трансформатора I,<

= NI„ ((1-f), где N — число ячеек умножителя напряжения, 1 — скважность переключения регулирующеro ключа.

При этом изменение напряжения на конденсаторах таковы: 6U, =-3I„t„/с и Ось= Твг и/с1 вцсг н и/с "св = где t — время включенного состояния регулирующего ключа.

На каждой из обмоток дросселей полярность напряжений такова, что приводит к увеличению токов, протекающих по этим обмо=кам в направлении от положительных выводов конденсаторов 5-7 к положительным выводам конденсаторов 8-10. Таким образом, на этапе включенного состояния регулирующего ключа 3 происходит накопление энергии в дросселях, заряд конденсаторов 8-10, разряд конденсаторов 5-7 и передача энергии в нагрузку.

После выключения регулирующего ключа 3 вследствие появления ЭДС самоиндукции полярность напряжения на обмотках трансформатора и дросселей изменяется на противоположную, что должно было бы привести к включению диодов 14-16. Однако этого не происходит. Рассмотрим процесс включения диодов и изменения напряжения на конденсаторах считая индуктивность подстраиваемого индуктивного элемента

17 равной нулю. Рассмотрим контур, состоящий из конденсатора 6, диода

16,конденсатора 8 и диода 14. При этом напряжение на диоде 14 равно

"ав = "с "сг, т,е. Пав=-4IÄ tÄ/с.

Диод 14 находится под обратным смещением. Рассмотрев контур, состоящий иэ конденсатора 7, диода 16, подстраиваемого индуктивного элемента 17, конденсатора 9 и диода 16, получим, что диод 15 находится под обратным смещением U> = -2I t /с. Поэтому после выключения регулирующего ключа 3 включится только диод 16, поскольку нет условий, поддерживающих его в запертом состоянии. При этом через конденсаторы 8-10 протекают токи

Тсю 0 I<> 2I> Ттр св I> Т р а через конденсаторы 5-7 — токи I

1372531

I,р, Т ь = 1„+Т,р, ? =21„ 1,г,т.е. происходит заряд конденсаторов 5-7 и разряд конденсаторов 8 и 9. В момент равенства напряжений на конденсаторах 7 и 9 происходит включение

5 диода 15, а затем в момент равенства напряжений на конденсаторах 8 и 6 включается диод 14. После этого изменения напряжений на кондейсаторах при принятых допущениях практически отсутствуют. Конденсаторы оказываются включенными параллельно через открытые диоды.

Пульсации напряжения на нагрузке при выключении регулирующего ключа 3 определяются величиной и направлением токов, протекающих через конденсаторы 8-10. В том случае, когда первым включается диод 16, изменения напряжения на конденсаторах таковы:

hU„ = 0; aUс 1 = — (2?„+Тт ) t,/с, Ьц = -(Д„ФД, ) t, /с, 25 где t — время, прошедшее с момента выключения регулирующего ключа 3 до момента включения диода 15. При этом изменение напряжения на нагрузке 1)м (3I„+2Iò ) t,/с) .

Рассмотрим процесс включения диодов, считая индуктивность подстраиваемого индуктивного элемента 17 не равной нулю. Поскольку индуктивность подстраиваемого индуктивного элемента 17 не равна нулю, ток в цепи дио35 да 16 в момент выключения регулирующего ключа 3 равен нулю. Это приводит к тому, что после выключения регулирующего ключа 3 первым включится диод 15. При этом токи, протекающие через конденсаторы 8-10, имеют следующие значения: ? щ =Ою Тс =1нэ Тсв =

= -I <-I» а общее изменение напряжения на нагрузке равно 6 U

= -I t,/с, т.е. меньше, чем в предыдущем случае, когда индуктивность подстраиваемого индуктивного элемента равнялась нулю.

Включение подстраиваемого индуктивного элемента последовательно с диодом 15 приводит к изменению фазы и увеличению амплитуды пульсаций.

Включение подстраиваемо. о индуктивного элемента последовательно с диодом 14 не приводит к уменьшению пульсаций напряжения на нагрузке, поскольку и в отсутствие подстраиваемых индуктивных элементов диод 14 включается последним.

В случае использования цепи, содержащей N звеньев, подстраиваемые индуктивные элементы, определяющие последовательность включения диодов, включаются в цепи диодов всех звеньев, за исключением двух первых звеньев.

Таким образом, предлагаемый преобразователь позволяет получить высокое выходное напряжение с низким уровнем пульсаций.

Поскольку напряжения на всех обмотках магнитных элементов одинаковы в любой момент времени, то они могут быть выполнены на одном магнитопроводе. Однако с целью высоковольтной изоляции обмоток можно выполнить магнитные элементы на отдельных магнитопроводах.

Формула изобретения

Однотактный высоковольтный преобразователь постоянного напряжения, содержащий трансформатор, первичная обмотка которого соединена через регулирующий ключ с входными выводами преобразователя, а к вторичной обмотке трансформатора подключено N звеньев умножителя напряжения, каждое из которых состоит из первого и второго конденсаторов, подключенных первыми выводами к входным выводам звена, а вторыми выводами — к выходным выводам звена, зашунтированным дросселем, и диода, включенного между первым выводом второго конденсатора и вторым выводом первого конденсатора, отличающийся тем, что, с целью снижения пульсаций выходного напряжения, введены (N-2) подстраиваемых индуктивных элемента, включенных последовательно с диодом каждого звена, начиная с третьего от вторичной обмотки трансформатора.

1372531

Составитель В.Ехов

Редактор С.Пекарь Техред А.Кравчук Корректор Л.Патай

Заказ 495/51 Тирах 665 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ухгород, ул. Проектная, 4