Устройство для повышения постоянного напряжения

 

Изобретение относится к технике преобразования электрической энергии, в частности к устройствам для повышения постоянного напряжения, и может найти применение в системах электропитания различной электронной аппаратуры, например аппаратуры связи. Сущность изобретения: технический результат, который может быть получен при осуществлении заявляемого технического решения, выражается в повышении КПД при одновременном уменьшении колебаний уровня выходного напряжения. Технический результат достигается за счет того, что в устройство, включающее управляемые преобразователи постоянного напряжения с трансформаторной гальванической развязкой, введен операционный усилитель, который совместно с этими преобразователями и резисторами включен между входными и выходными шинами. 1 ил.

Изобретение относится к технике преобразования электрической энергии и может найти применение в системах электропитания различной электронной аппаратуры, например аппаратуры связи.

Известно устройство для повышения постоянного напряжения, содержащее преобразователь постоянного напряжения, выполненный с трансформаторным разделителем кондуктивной связи и соединенный входами положительного и отрицательного напряжения соответственно с входными шинами положительного и отрицательного напряжения, а выходами положительного и отрицательного напряжения соответственно с выходными шинами положительного и отрицательного напряжения [1] Недостаток известного устройства для повышения постоянного напряжения состоит в его низкой надежности. Это объясняется тем, что в случае выхода из строя преобразователя постоянного напряжения прекращается поступление энергии на выходные шины положительного и отрицательного напряжения.

Наиболее близким по своей технической сущности к заявляемому техническому решению является устройство для повышения постоянного напряжения, содержащее включенные последовательно преобразователи постоянного напряжения, каждый из которых выполнен с трансформаторным разделителем кондуктивной связи и соединен входом положительного напряжения с входной шиной положительного напряжения, а входом отрицательного напряжения с входной шиной отрицательного напряжения, резисторы, выходные шины положительного и отрицательного напряжения и шину опорного напряжения, причем выход положительного напряжения первого из включенных последовательно преобразователей постоянного напряжения подключен к выходной шине положительного напряжения, а выход положительного напряжения каждого последующего из включенных последовательно преобразователей постоянного напряжения соединен с выходом отрицательного напряжения предшествующего ему преобразователя постоянного напряжения [2] В таком устройстве для повышения постоянного напряжения благодаря наличию ряда преобразователей постоянного напряжения, включенных последовательно, выход из строя любого из преобразователей постоянного напряжения приводит только к некоторому уменьшению выходного напряжения, но не к полному его пропаданию. Кроме того, возможно многократное увеличение выходной мощности без увеличения требований к составляющим элементам.

Недостаток этого устройства для повышения постоянного напряжения состоит в малом коэффициенте КПД и в некотором колебании выходного напряжения. Известное устройство не позволяет обеспечить достаточно высокую стабильность выходного напряжения и достаточно высокую помехоустойчивость. Кроме того, оно не позволяет при увеличении КПД и одновременном уменьшении колебаний выходного напряжения ограничить увеличение массы и габаритов конструкции.

Технический результат, который может получен при осуществлении заявляемого технического решения, выражается в повышении КПД при одновременном уменьшении колебаний уровня выходного напряжения.

Для получения этого технического результата в устройство для повышения постоянного напряжения, содержащее включенные последовательно преобразователи постоянного напряжения, каждый из которых выполнен с трансформаторной гальванической развязкой и подключен входом положительного напряжения к входной шине положительного напряжения, а входной шиной отрицательного напряжения к входной шине отрицательного напряжения, резисторы, входную шину опорного напряжения и выходные шины положительного и отрицательного напряжения, причем выход положительного напряжения первого из включенных последовательно преобразователей постоянного напряжения подключен к выходной шине положительного напряжения, а выход положительного напряжения каждого последующего из включенных последовательно преобразователей постоянного напряжения соединен с выходом отрицательного напряжения предшествующего ему преобразователя постоянного напряжения, введен операционный усилитель, подключенный выходом к входам управления уровнем напряжения преобразователей постоянного напряжения, соединенный инвертирующим входом с входной шиной опорного напряжения и подсоединенный неинвертирующим входом к первым выводам первого и второго резисторов, вторые выводы которых соединены соответственно с выходной шиной положительного напряжения и с выходной шиной отрицательного напряжения, подсоединенной к входной шине отрицательного напряжения, а выход отрицательного напряжения последнего из включенных последовательно преобразователей постоянного напряжения соединен с входной шиной положительного напряжения.

Сопоставительный анализ приведенной выше совокупности существенных признаков, характеризующей заявляемое техническое решение, и прототипа показал, что заявляемое техническое решение является новым, так как оно не известно из уровня техники.

Сравнение заявляемого технического решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в той же области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое техническое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о том, что заявляемое техническое решение имеет изобретательский уровень, так как для специалиста оно не следует явным образом из уровня техники.

На чертеже изображен один из возможных вариантов устройства для повышения постоянного напряжения.

Устройство содержит включенные последовательно преобразователи 1 постоянного напряжения, каждый из которых выполнен с трансформаторной гальванической развязкой и подсоединен входом положительного напряжения к входной шине 2 положительного напряжения, а входом отрицательного напряжения к входной шине 3 отрицательного напряжения, первый и второй резисторы 4 и 5, входную шину 6 опорного напряжения и выходные шины 7 и 8 положительного и отрицательного напряжения. Выход положительного напряжения первого из включенных последовательно преобразователей 1 постоянного напряжения подключен к выходной шине 4 положительного напряжения, а выход положительного напряжения каждого последующего из включенных последовательно преобразователей постоянного напряжения соединен с выходом отрицательного напряжения предшествующего ему преобразователя постоянного напряжения.

Устройство содержит также операционный усилитель 9, подключенный выходом к входам управления уровнем напряжения преобразователей 1 постоянного напряжения, соединенный инвертирующим входом с входной шиной 6 опорного напряжения и подсоединенный неинвертирующим входом к первым выводам первого и второго резисторов 4 и 5. Вторые выводы первого и второго резисторов 4 и 5 соединены соответственно с выходной шиной 7 положительного напряжения и с выходной шиной 8 отрицательного напряжения, подсоединенной к входной шине 3 отрицательного напряжения. Выход отрицательного напряжения последнего из включенных последовательно преобразователей 1 постоянного напряжения соединен с входной шиной 2 положительного напряжения.

Вариант устройства, изображенный на чертеже, содержит три преобразователя 1 постоянного напряжения, хотя их число может быть иным. При этом в каждом преобразователе постоянного напряжения выход положительного напряжения соединен с катодом, а выход отрицательного напряжения с анодом одного и того же диода, не изображенного на чертеже. В нормальных условиях работы диод каждого преобразователя 1 постоянного напряжения заперт и практически не влияет на работу устройства. При выходе из строя какого либо преобразователя постоянного напряжения соединенный с ним диод обеспечивает сохранение выходного напряжения на выходных шинах 7 и 8 положительного и отрицательного напряжения.

В качестве преобразователей 1 постоянного напряжения могут быть использованы преобразователи постоянного напряжения, приведенные в прототипе [2] В качестве операционного усилителя может быть использован операционный усилитель, выполненный на микросхеме типа КР544УД2А.

Работает устройство для повышения постоянного напряжения следующим образом.

При подаче напряжения на входные шины 2 и 3 положительного и отрицательного напряжения происходит включение преобразователей 1 постоянного напряжения. Между выходами положительного и отрицательного напряжения каждого преобразователя постоянного напряжения вырабатывается постоянное напряжение, которое складывается с напряжениями между выходами положительного и отрицательного напряжения других преобразователей 1 постоянного напряжения и между входными шинами 2 и 3 положительного и отрицательного напряжения. Суммарное выходное напряжение поступает в нагрузку (не изображена) через выходные шины 7 и 8 положительного и отрицательного напряжения. При этом напряжение между точкой соединения первых выводов первого и второго резисторов 4 и 5 и выходной шиной 8 постоянного напряжения прямо пропорционально суммарному выходному напряжению между выходными шинами 7 и 8 постоянного напряжения. Поэтому на неинвертирующий вход операционного усилителя 9 поступает сигнал, характеризующий величину суммарного выходного напряжения между выходными шинами 7 и 8 положительного и отрицательного напряжения. В операционном усилителе 9 происходит сравнение этого сигнала с опорным сигналом, поступающим на его инвертирующий вход с входной шины 6 опорного сигнала. Операционный усилитель 9 вырабатывает разностный сигнал, подаваемый на входы управления уровнем напряжения преобразователей 1 постоянного напряжения. В результате этого в каждом преобразователе постоянного напряжения происходит такое изменение напряжения между его выходами постоянного и переменного напряжения, которое обеспечивает уменьшение отклонения суммарного выходного напряжения между выходными шинами 7 и 8 положительного и отрицательного напряжения до величины, не превышающей заданного значения.

Если какой-либо из преобразователей 1 постоянного напряжения выходит из строя, то диод, включенный между его выходами положительного и отрицательного напряжения, обеспечивает сохранение тока, протекающего в нагрузку через выходные шины 7 и 8 положительного и отрицательного напряжения. При этом разностный сигнал с выхода операционного усилителя 9 обеспечивает такое увеличения напряжений между выходами положительного и отрицательного напряжения каждого из работающих преобразователей 1 постоянного напряжения, которое приводит к увеличению суммарного выходного напряжения между выходными шинами 7 и 8 положительного и отрицательного напряжения до значения, максимально близкого к заданному значению.

Повышение КПД в устройстве объясняется тем, что часть энергии передается в нагрузку без преобразования и соответствующих ему потерь в элементах системы. Испытания, проведенные на лабораторных макетах устройства, показали, что КПД может быть увеличен на 7-10% Колебания уровня выходного суммарного напряжения между выходными шинами 7 и 8 положительного и отрицательного напряжения уменьшаются до 1-2% Технико-экономическая эффективность устройства для повышения постоянного напряжения связана с повышение КПД при одновременном уменьшении колебаний уровня выходного напряжения.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащее управляемые преобразователи постоянного напряжения, каждый из которых выполнен с трансформаторной гальванической развязкой, подключен входом положительного напряжения к входной шине положительного напряжения, входом отрицательного напряжения к входной шине отрицательного напряжения и снабжен входом управления уровнем напряжения, резисторы, входную шину опорного напряжения и выходные шины положительного и отрицательного напряжений, причем выход положительного напряжения первого из преобразователей постоянного напряжения подключен к выходной и шине положительного напряжения, а выход положительного напряжения каждого последующего после первого преобразователя постоянного напряжения соединен с выходом отрицательного напряжения предшествующего ему преобразователя постоянного напряжения, отличающееся тем, что в него дополнительно введен операционный усилитель, соединенный выходом с входами управления уровнем напряжения преобразователей постоянного напряжения, инвертирующим входом с входной шиной опорного напряжения, а неинвертирующим входом с первыми выводами первого и второго резисторов, вторые выводы которых соединены соответственно с выходной шиной положительного напряжения и с выходной шиной отрицательного напряжения, соединенной с входной шиной отрицательного напряжения, причем выход отрицательного напряжения последнего из преобразователей подключен к входной шине положительного напряжения.

РИСУНКИ

Рисунок 1