Преобразователь постоянного напряжения в постоянное

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве бестрансформаторного импульсного источника питания Цель изобретения - улучшение массогабаритных показателей за счет повышения рабочей частоты и повышение надежности„ Устройство содержит входные 1, 2 и выходные 3, 4 выводы и четырехполюсник 5, состоящий из первой и второй продольных ветвей и N поперечных ветвей Иерная продольная ветвь содержит управляемые ключи 6„1-60К и линейные дроссели 7„1 -7UN0 Вторая продольная ветвь содержит неуправляемые ключи 8. 1-8.N-1 Поперечные ветви содержат конденсаторы 9,1-9оН, параллельно обкладкам которых подключены соответственно цепи перезаряда, состояцие кз последовательно соединенных диода 1001-10.N и линейного дросселя 11„1-11„No Устройство также содержит ключи 120N-2 - 120N разрядной цепи, диод 13 и выходной линейный дроссель 14 Указанное выполнение устройства обеспечивает независимый колебательный заряд конденсаторов от источника питания, сохранение работоспособности при выходе из строя одного из ключей любой группы и также возможность работы в режиме перекрытия потребляемого каждой ветвью тока, что приводит к равномерному отбору энергии от источника питания и повышение рабочей частоты 4 ил. -о с S (Л & ел 00 О СО

СОЮЗ С08ЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„Я0„„1653091 (1) Н 02 1 3/18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н A ВТОРСИОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

-oh

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4702452/07 (22) 14.06.89 (46) 30.05.91. Бюл. № 20 (71) Истринский филиал Всесоюзного электротехнического института им. В.И. Ленина 72) С.В. Липатов (53) 621.314.1(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1442043, кл. Н 03 К 3/53, 1987.

Авторское свидетельство СССР

¹- 1019596, кл. Н 03 К 3/53, 1983.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1541724, кл. Н 02 М 3/18, 1988. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЗЪ ПОСТОЯННОГО НАПРЯИЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве бестрансформаторного импульсного источника питания. Цель изобретения — улучшение массогабаритных показателей за счет повышения рабочей частоты и повышение надежности. Устройство содержит входные 1; 2 и выходные 3, 4 выводы и четырехполюсник 5, 2 состоящий из первой и второй продольных ветвей и Н поперечных ветвей. Первая продольная ветвь содержит управляемые ключи 6.1-6,N и линейные дроссели 7.1-7.N. Вторая продольная ветвь содержит неуправляемые ключи 8.1-8.N-1

Поперечные ветви содержат конденсаторы 9.1-9.N, параллельно обкладкам которых подключены соответственно цепи перезаряда, состоящие из последовательно соединенных диода 10.1-10.N и линейного дросселя 11.1-11.N. Устройство также содержит ключи 12.N-2 "

12.H разрядной цепи, диод 13 и выходной линейный дроссель 14. Укаэанное выполнение устройства обеспечивает независимый колебательный заряд конденсаторов от источника питания, сохранение работоспособности при выходе из строя одного из ключеи любой груп« пы и также возможность:работы в режиме перекрытия потребляемого каждой ветвью тока, что приводит к равномерному отбору энергии от источника питания и повышение рабочей частоты

4 ил.

> 1653091

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве бестрансформаторного импульсного источника электропитания раз5 личного назначения, в частности, для заряда накопительного конденсатора„

Цель изобретения — улучшение массогабаритных показателей за счет повышения рабочей частоты и надежности.

На фиг. 1 изображена схема силовой части преобразователя постоянного напряжения для заряда накопительного конденсатора; на фиг„ 2 — временные диаграммы тока i» потребляемого каждой ветвью в режйме перекрытия токов; на фиг. 3 — временные диаграммы для каждой поперечной ветви потребляемого тока, тока дросселя цепи переза-д0 ряда, тока i> конденсатора на интервале потребления энергии, напряжения

Ис конденсатора, тока нагрузки i . на фиг. 4. — эквивалентные схемы замещения преобразования на интервале заря- 25 да, перезаряда и разряда конденсаторов.

Преобразователь постоянного напряжения (фиг. 1) содержит два входных

1 и 2 выхода для подключения соответ- 30 ственно положительной и отрицательной клемм источника постоянного напряжения, два выходных 3 и 4 вывода, образующих соответственно отрицательный и положительный выходы преобразователя, 35 четырехполюсник 5, состоящий из первой и второй продольных ветвей и N поперечных ветвей, первая продольная ветвь содержит управляемые ключи

6.1-6.N (тиристоры) и линейные дроссе-® ли 7.1-7.N вторая процольная ветвь содержит неуправляемые ключи 8.1-8.N-1 (диоды), поперечные ветви содержат конденсаторы 9;1-9.Х,, параллельно обкладкам которых подключены соотве Iñт-,15 венно цепи перезаряда, состоящие из последовательно соединенных диодов

10.1-10.N и линейных дросселей 11.111.N, преобразователь также содержит ключи 12.N-2-12.N разрядной цепи„ по) следний из которых управляемый (тиристор), а остальные неуправляемые (диоды), а также диод 13 и выходной линейный дроссель 14.

Преобразователь (фиг. 1) работает

55 следующим образом.

Со, схемы управления (не показана) на управляющие электроды тиристоров

6„1-6.И соответственно поступают =-апускающие импульсы, сдвинутые друг относительно друга на время Т/2N, где N — число каскадов умножения, Т/2 — время включенного состояния тиристоров 6.1-6.N практически равное половине периода свободных колебаний контура, образованного индуктивностью идентичных дросселей 7.1-7.N и емкостью идентичных конденсаторов

9,1-9.И соответственно, в результате обеспечивается режим перекрытия потребляемого каждой ветвью тока. Тиристоры 6.1-6.И и диоды 8.1-8.N-1, 10.1 — IО.И открываются, и на интервале

0-t (фиг.3) происходит колебательный процесс заряда конденсатора 9.1-9.N от источника постоянного напряжения (выводы 1 и 2) через линейные дроссели 7.,1-7„N соответственно при некотором нарастании тока в дросселях

11,1-11.N соответственно. Эквивалентная схема замещения для одной ветви показана на фиг. 4а, где L„,L — соот21 ветственно индуктивности идентичных дросселей 7.1-7.И и 11.1-11.N, С

1 емкость идентичных конденсаторов

9.1 — 9.N.

Нарастание тока дросселя цепи перезаряда происходит тем медленнее (быстрее), чем больше (меньше) отношение К = L< Ь„.

Чем больше К, тем к моменту равенства нулю потребляемого тока i ! + .-З напряжение на конденсаторах

9.1-9.H при высоких добротностях колеб ательного контура (g = t 0-20) близко к почти удвоенному напряжению источника питания, квазисинусоидальная форма потребляемого тока близка к синусоидальной.

В момент t тиристоры 6.1-6.И и диоды 8„1-8.И-1 естественным образом отключаются. С этого момента на интервале -t происходит колебательный процесс перезаряда конденсаторов 9.19.N через последовательно включенные диоды 10Ä1-10.N и линейный дроссель

11.1-11.N соответственно до противоположного по знаку и равного по номиналу напряжению. При.этом эквивалентная схема замещения преобразователя имеет вид, представленный на фиг.4б.

Причем процесс перезаряда конденсаторов 9.1-9.И по"дюжтельности всегда превышает процесс их заряда, что связано с разными значениями индуктивностей L „H Lg, o

1653091

В момент Е равенства нулю тока. е дросселя цепи перезаряда диод цепи перезаряда зафиксирует напряжение на конденсаторе, полярность которого указана на фиг. 1 в скобках. Далее на управляющий электрод тиристора 12.N разрядной цепи поступает запускающий импульс не раньше, чем закончится процесс перезаряда в последней ветви.

Тиристор 12.N открывается, и на интервале à — t > (фиг. 3) последовательно соединенные конденсаторы 9.19.N через выходной дроссель 14 полностью разряжаются на емкостную нагрузку, подключенную к выводам 3 и 4 преобразователя. Зквивгчентная схема замещения преобразователя при этом имеет вид, представленный на фиг.4в.

При этом колебательный процесс разря- 20 да конденсаторов 9.1-9.N сопровождается возрастанием тока нагрузки

Ъ который к моменту очередного включения тиристора 12.П HMeeò в общем случае ненулевое значение„ 25

С момента полного разряда последо вательно включенных конденсаторов 9.19.N транзистор 12.Л естественньм образом отключается, ток нагрузки ig теперь замыкается через открытый диод 13, минуя тиристор 12.N, а к его силовым выводам прикладьевается нулевое напряжение„ На интервале t > - t (фиг. 3) ток нагрузки Е поддерживается за счет энергии, накопленной в

35 выходном дросс еле 14, и сопровождается характерным спадом.При этом эквивалентная схема замещения преобразователя представлена на фиг.4г.

Иомент Очередного включения перво- щ го из тиристоров первой группы осуществляется в промежутке времени между

t> и t4, с учетом времени восстановления t < проводящих свойств полупроводниковых приборов разрядной цепи, а 45 также с учетом времени t полного разряда конденсаторов 9„1-9.N при максимально возможном напряжении на на грузке. При этом процессы, происходящие в цепях заряда и перезаряда кон- 50 денсаторов 9 1-9.N, не Оказеывают влияние на ток на. рузки,, та:-; как тиристор 12.И выключен. Далее процессы в схеме пресбразователя аналогичным образом повторяются до тех пор, пока у напряжение на нагрузке практически не равно напряжению на последовательно соединенных конденсаторах 9„1-9.N к моменту их очередного разряда, что сост-вляет значение, наход .ееся в пределах от IU„ до %1,, где П „ -. ннпряжение источника.,пита;-"=л,.

Схема управ,пене я тирис . gapa);II может

Сыть вьпоччена„напрглер Io типу ждущегo Йлокинг-галераropa, причем периоды следования запускю.„т х импульсов тиристоров 6.1-6,)И зарядных цепей сдвинуты друг относительно друга на фиксированное время Т/211,находящееся между > и t4 (фиг= 3). Данный временной сдвиг обес;-.ечнвается путем соОтвеrcTB)÷eöeÃÎ формирования входных эап;-екающих импульсов блокинг-генераторов. Rxop>Iьее импульсы блокин;-гене-:.а)срОв могут быть получены, напр.мер, II,-тем сдвига -еастоты задающего ." e :е— ратора, выпо;ененного, например, llo интегральным схемах с помощью рас

IIpe eлителей импу.- ьсов илп сдвнгающих устройств, выполненных, н апример, на тиристорах, транзисторах ичи триггерах о

Таким образом, предлагаемъей:. pen6разователь в каждой зарядя) Й ветви содержит один управляемый клю-: и линейньей зарядный дроссель., Это позволяет, во-первых, обеспечить независимый колебательный заряд конденсаторов от первичного источника питания. При этом повышается надежность робеть) преобразователя, так как при выходе из строя одного из ключей первой или второй группы (-.ипа обрыв) преобразователь сохраняет свою работоспособность за счет работоспособности других независнмьв: каскадов. Во-вторьвх, . повышается рабочая частота преобразователя, так как максимальная частота заряда конденсаторов в этом случае ограничена минимально дост1вкимой индуктивностью идентичных дросселей 7.1-7.N с заданной добротностью и емкостью одного из соответствующих им идентичных конденсаторов 9„1-9.N. В-третьих, независемьй колебательный заряд конденсаторов дает возможность работы преобразователя в ре>яме перекрытия потребляемого каждой ветвью тока, что приводит к более равномерному отбору энергии От перви ного источника питания„ Последнее Обстоятельстго позволяет снизить пиковую нагрузку по току для первичного источника гитания и исчользовать слаботочные тиристоры.

Формулаизобретения

Преобразовате-а постоянногс напряжения в постоянное, содержащий два

1653091 п п 1л l л; входных и два выходных вывода для подключения соответственно источника постоянного напряжения и нагрузки, четырехполюсник, состоящий из N поперечных ветвей, первой и-второй продольных ветвей, каждая из которых включает полупроводниковые ключи, образующие первую и вторую группы, анод первого ключа первой группы образует первый вход четырехполюсника и соединен с входным выводом для подключения положительного полюса источника питания, катоды ключей второй группы объединены в общую точку, соединенную с вход- 15 ным выводом для подключения отрицательного полюса источника питания, каждая из поперечных ветвей включает конденсатор, первая обкладка которого, кроме конденсатора последней попереч- 2О ной ветви, соединена с анодом соответствующего ключа второй продольной ветви, вторая обкладка конденсатора первой поперечной ветви образует первый выход четырехполюсника, соединен- 75 ный с первым выходным выводом, и через линейный дроссель соединена с катодом первого ключа первой группы, первая обкладка конденсатора последней поперечной, ветви подключена к общей точке соединения ключей второй группы и образует второй выход четырехполюсника, а также И-1 неуправляемых полупроводниковых ключей третьей группы, каждый иэ которых включен между разноименными обкладками соответствующих конденсаторов предыдущей и последующей поперечных ветвей, и управляемый полупроводниковый ключ разрядной цепи, анодом подключенный к второму выходу четырехполюсника, а катодом — к общей точке соединения катода выходного диода и выходного линейного дросселя, свободный вывод которого подключен к второму выходному выводу, а анод выходного диода соединен с первым выходным выводом, причем параллельно конденсатору каждой поперечной ветви включена цепь перезаряда, состоящая из последовательно соединенных перезарядных линейного дросселя и диода, анод которого соединен с второй обкладкой конденсатора, отличающийся тем, что, с целью улучшения массогабаритных показателей за счет повышения рабочей частоты и надежности, вторая обкладка конденсатора каждой последующей после первой поперечной ветви соединена с катодом соответствующего ключа через один из дополнительно введенеых линейных дросселей, причем ключи первой группы выполнены управляющими и их аноды объединены в общую точку.

1653091 фиг.а

Составитель Л. Устинкина

Редактор Л.Пчолинская Техред Л.Олийнык Корректор A.Îáðó÷àð

Заказ 1778 Тираж 395 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101