Преобразователь постоянного напряжения

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитания. Цель изобретения - повышение качества выходного напряжения путем уменьшения коэффициента пульсаций. Преобразователь содержит две группы по m однотактных ячеек в каждой. , Каждая однотактная ячейка (при ) состо ит из трансформатора с первичной обмоткой 1.1 (2.1, 3.1 и 4.1), вторичной обмоткой 1.2

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Н 02 М 3/337

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4704397/07 (22) 12.06.89 (46) 07.11.91. Бюл. М 41 (71) Научно-исследовательский институт автоматики и электромеханики при Томском институте автоматизированных систем управления и радиоэлектроники (72).А.В,Кобзев, Б.И.Коновалов и Н.M.Ìóçûченко (53) 621.318.54 (088. 8) (56) Авторское свидетельство СССР

ЬЬ 1086525, кл. Н 02 M 7/48, 1982.

Авторское свидетельство СССР

М 1467699, кл. Н 02 M 3/331, 1987. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО

НАПРЯЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитания. Цель изобретения — повышение качества выходного наИзобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитания.

Цель изобретения — повышение качества выходного напряжения путем уменьшения коэффициента пульсаций.

Изобретение поясняется схемой, приведенной на фиг.1 и временными диаграммами, приведенными на фиг.2 и 3; на фиг.4 представлен вариант выполнения многофаэного модулятора.

Преобразователь (фиг.1) содержит 2m, например четыре. однотактных ячеек 1 ° ..4 с первичной 1.1 (2.1; 3.1; 4.1), вторичной 1.2 (2.2; 3.2; 4,2) обмотками трансформатора, транзисторным ключом 1.3 (2.3; 3,3; 4.3), рекуперационным диодам 1.4 (2,4; 3.4; 4.4) и

„„5Ц„„169О125 Al пряжения путем уменьшения коэффициента пульсаций. Преобразователь содержит две группы по m однотактных ячеек в каждой. .Каждая однотактная ячейка (при m=2) состоит из трансформатора с первичной обмоткой

1.1 (2.1, 3;1 и 4;1), вторичной обмоткой 1.2 (2.2, 3.2, 4.2), транзисторногс ключа 1.3 (2.3, 3,3, 4,3), рекуперационного диода 1..4 (2.4, 3.4, 4.4} и выпрямительного диода 1.5 (2.5, 3.5, 4.5). Одна группа однотактных ячеек 1,2 соединена с другой группой однатактных ячеек 3,4 через дроссель фильтра 15. Транзисторные ключи 1.3, 2.3, 3.3, 4,3 управляют- . ся от 2m-фазного модулятора 10 с взаимным сдвигом на время Т/2, где Т вЂ” период коммутации. Трансформаторы вторичными обмотками 1.2, 2 2,.3.2, 4.2 соединены параллельно между выходными выводами S и 9 и работают по принципу многофазной системы. 4 ил. выпрямительным диодом 1.5 (2.5;3.5;4.5) во вторичной обмотке 1.2 (2.2; 3.2; 4.2) в каждой ячейке. Начала первичных обмоток 1.1, 2.1 первой группы иэ двух ячеек 1,2 подключе- C) ны к первому входному выводу 5 преобразователя через ключи 1.3, 2.3, а к другому ) входному выводу 6 через рекуперационные (Я цепи 1.4, 2,4, Во второй группе ячеек 3,4 концы первичных обмоток 3.1, 4.1 подключены к первому входному выводу 5 через рекуперационные цепи 3.4; 4.4, а к другому входному выводу 6 — через ключи 3.3, 4,3.

Вторичные обмотки 1.2, 2.2, 3.2, 4.2 подключены через соответствующие выпрямительные диоды 1.5, 2.5, 3.5, 4.5 и выходной конденсатор 7 к выходным выводам 8, 9 преобразователя. Кроме того, устройство

16 :10125

55 содержит 2m-фазный (четырехфазный) модулятор 10 с двумя информационными 11, 12 входами, один из которых 11 осуществляет модуляцию длительностей импульсов, а другой 12 — модуляцию частоты этих импульсоа. Смежные по фазе выходы а и

Ь, с и d модулятора 10 подключены к управляющим входам транзисторных ключей 1.3 и 3.3, 2.3 и 4.3 соответственно, Концы первичных обмоток 1.1, 2,1 первой группы 1,2 ячеек и начала первичных обмоток 3 1, 4.1 второй группы 3,4 ячеек соединены в общие узлы 13, 14, между которыми введен дроссель фильтра 15. Трансформаторы ячеек электрически или магнитно связаны между собой в многофазную систему, К входным выводам 5, 6 подключен конденсатор 16.

На. фиг,2 показаны временные диаграммы работы модуляционного источника питания при регулировании входного напряжения только на информационном входе 11 модулятора 10, здесь обозначено: 17 — тактовые импульсы фиксированной частоты; 18.„21 — импульсы управления ключами с выходов четырехфазного модулятора фаз а, Ь, с, d; 22 — форма импульсов на входе фильтра 7.

На фиг.3 показаны диаграммы при регулировании входного напряжения на втором информационном 12 входе модулятора 10, здесь обозначено: 23 — тактовые импульсы регулируемой частоты; 24...27 — импульсы управления ключами с фиксированной длительностью четырехфазного модулятора фаз а, Ь, с, d; 28 — форма импульсов иа входе фильтра 7.

Модулятор 10 может быть выполнен, например, по схеме, показанной на фиг,4, где обозначено . 29 — управляемый генератор импульсов (ГИ), 30 — распределитель импульсов (РИ), 31 — модулятор длительности импульсов МДИ для соответствующей фазы а, Ь, с, d. Информационный вход.11 предназначен для регулирования длительности импульсоа 18-21 (фиг.2), а по входу 12 поступает информация, пропорционально которой изменяется частота генератора импульсов ГИ и импульсов управления ключами 24 — 27 (фиг.3).

Трансформаторы ячеек образуют многофазную систему за счет последовательного соединения в кольцо дополнительных обмоток, или объемного витка, или разветвленной многофазной магнитной системы.

Модуляционный источник питания может работать в трех режимах, В первом режиме осуществляется регулирование выходнсго напряжения с помощью многофаэной широтио-импульсной модуляции MlllVIM (фиг.2), Во втором режиме регулирование осуществляется при помощи многофазной частотноимпульсной модуляции МЧИМ. В третьем режиме регулируют совместно при помощи

МШИМ и МЧИМ.

Пусть на информационный вход 11 поступает управляющее воздействие в виде медленно нарастающего напряжения, которое изменяет длительности импульсоа

18-21 (фиг.2) от 1и мин до ти макс пропорционально величине этого воздействия. До момента времени tt ключи 1.3 — 4.3 открываются поочередно и не возникает ситуации, когда были бы открыты одновременно два ключа иэ первой 1,2 и второй 3,4 групп ячеек, следовательно, нет и цепи для протекания тока разряда конденсатора 16. На нагрузке — нулевой уровень напряжения.

В интервале времени между (1 и t2 импульсами 18, 19 (фиг.2) одновременно открыты ключи 1 3 и 3.3. От вывода 5 ток при этом протекает по цепи: ключ 1,3, обмотка

1.1, дроссель фильтра 15, обмотка 3.1, ключ 3.3, вывод 6, а так как по первичным обмоткам протекает ток, то иа вторичных наводится ЭДС, которая подэаряжает конденсатор 7, Для исключения бросков тока через ключи введен дроссель 15. При большой длительности управляющих импульсов формируется большая длительность в выходном напряжении (токе). При y=(tè/T=0,5 а выходном напряжении — максимальный уровень. При наличии четырех ячеек частота пульсаций в 4 раза больше, чем в одной ячейке. Увеличение числа ячеек сверх указанного количества увеличивает число пульсаций, в то же время образуются новые зоны регулирования, аналогичные первой зоне, показанной на фиг,2, то есть появляется эффект многоэоииого регулирования.

Использование предлагаемой схемы позволяет при равном числе диодов и ключей в первичной цепи в два раза повысить частоту квантования по сравнению с преобразователем, вы пол не ни ы м по м осто вой схеме.

Диапазон регулирования длительности управляющих импульсоа сокращен в конкретном примере в два раза, что повышает коэффициент усиления системы. Вторичные обмотки трансформатора могут быть включены как с прямым включением диодов, так и с обратным.

Аналогичным образом (фиг.3) осуществляется рсгулирование при многофазной частотно-импульсной модуляции. При данном способе регулирования в предлагаемой силовой цепи, например, при четырех ячейках выходное напряжение регулируется ао всем диапазоне при изменении частоты упрааляющих импульсов 24-27 (фиг.3) лишь в два раза.

В тех случаях, когда необходимо осуществлять амплитудную модуляцию и стабилизировать средний уровень напряжения, эти функции можно разделить по двум цепям, например, модулирующее воздействие подавать на вход 11, а стабилизацию среднего уровня осуществлять по цепи регулирования частоты (вход 12) с использованием отрицательной обратной связи.

Два информационных входа позволяютстабилизировать мощность, если организовать обратные связи по напряжению и току.

На фиг.4 для примера показана схема

2m-фазного модулятора 10, в котором ГИ формирует тактовую последовательность импульсов 17 (фиг.2} или 23 (фиг,3). РИ распределяет их по фазам, МДИ формируют .импульсы управления ключами, длительность которых определяется величиной сигнала на входе 11.

Формула изобретения

Преобразователь постоянного напряжения, содержащий 2m однотактных ячеек, каждая из которых состоит из трансформатора, транзисторного ключа, рекуперационного диода и выпрямительного диода, причем вторичная обмотка трансформатора каждой однотактной ячейки через выпрямительный диод подключена к выходным выводам преобразователя, шунтированным

2 конценсагаром,, .фильтра, перви,ная обмотка каждого трансформатора из первой группы, состоящей из гл адно актных ячеек, началом соединена через транзисторный

5 ключ с первым входным выводом преобразователя и через рекуперационный диод -- с вторым входным выводом преобразователя, а обмотка каждого трансформатора второй группы, состоящей из m однотактных

10 я реек, концом соединена через транзисторный ключ с вторым входным выводом преобраэовател.": и через рекупераципнный диод — с первым входным гыводом преобразователя, и Ьлак управления, о т л и ч а,о—

15 шийся тем, .m, с целью повышения качества выходного напряжения путем уменьше-,è;: коэффициента пульсаций, концы перви нь!х обмоток трансформаторов первой группы однотактных ячеек и начала

20 первичных обмоток трансформаторов второй группы однотактных ячеек объединены в две общие точки, мехсду которыми включен введенный дроссель фильтра, а цепи управления транзисторных ключей соеди25 нены с выходами введенного в блок управления 2 m-Qaavoro модулятора, причем выходы его смежных фаз соединены с цепями управления транзисторных ключей однотактных ячеек, относящихся к разным

30 группам, один из входов предназначен для модуля ции частоты, а другой — длительности импульсов.

1690125

26

Редактор Е, Хорина

Заказ 3823 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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

17

18

21

Составитель В, Моин

Техред M.Mîðãåíòàë Корректор Т.Малец