Двунаправленный понижающий преобразователь постоянного напряжения

Авторы патента:

Лопаткин Николай Николаевич (RU)

Зиновьев Геннадий Степанович (RU)

H02M3/07 - с конденсаторами, заряжаемыми и разряжаемыми попеременно с помощью полупроводникового прибора с управляющим электродом

Владельцы патента RU 2394344:

Государственное образовательное учреждение Высшего профессионального образования Новосибирский государственный технический университет (RU)

Двунаправленный понижающий преобразователь постоянного напряжения (ДППН) относится к электротехнике (к силовой электронике) и может быть использован как высоковольтный dc-dc конвертор средней мощности в системах электрооборудования постоянного тока, например, для электровозов постоянного тока напряжением 3(1,5) кВ для питания от контактной сети с повышенным напряжением (12(6) кВ, 18(9) кВ и т.д.). Предлагаемый ДППН с отношением величины высокого напряжения к амплитуде импульсов низкого напряжения, равным К, где К - четное число, большее двух, содержит 3-К+5 ключей, образованных встречно-параллельным соединением вентиля с полным управлением и диода, и К конденсаторов, используемых при одной полярности напряжения. Структура данного ДППН включает в себя два ключевых модуля (M1 и М2), К-2 дополнительных ключевых модуля (ДМ), три дополнительных ключа (ДК) и конденсаторы. Модули M1 и М2 состоят каждый из четырех ключей, последовательно соединенных одноименными выводами, а срединные точки этих модулей служат выводами низкого напряжения. Каждый из модулей ДМ состоит из трех ключей, последовательно соединенных разноименными выводами. Два из ключей ДК подсоединены по одному между первыми точками соединения ключей модулей M1 и М2, отсчитываемыми от выводов низкого напряжения влево и вправо. Модули ДМ каскадно подсоединены к модулям M1 и М2 симметрично относительно них слева и справа. К конденсаторов по одному подсоединены между точками соединения соответствующих оконечных выводов модулей M1 и М2 с модулями ДМ, между точками соединения соседних модулей ДМ и между оконечными выводами оконечных модулей ДМ. Один из двух выводов высокого напряжения подсоединен к соответствующему выходному выводу соответствующего оконечного ДМ непосредственно, а второй - через третий ключ ДК, подсоединенный либо катодом диода к положительному выводу высокого напряжения, либо анодом диода к отрицательному выводу высокого напряжения. Предлагаемый двунаправленный понижающий преобразователь постоянного напряжения обеспечивает технический результат - меньшие потери активной мощности в конденсаторах, т.к. использует конденсаторы с предельными значениями напряжения, не превышающими амплитуду импульсов напряжения на выводах низкого напряжения преобразователя. 5 ил.

Предлагаемое изобретение относится к электротехнике, а именно к области полупроводниковой преобразовательной техники (силовой электроники), и может быть использовано в качестве высоковольтного двунаправленного понижающего dc-dc конвертора средней мощности в системах электрооборудования постоянного тока, например, для электровозов постоянного тока напряжением 3(1.5) кВ для питания от контактной сети с повышенным напряжением (12(6) кВ, 18(9) кВ и т.д.).

Известен двунаправленный понижающий преобразователь постоянного напряжения, содержащий фильтровые полярные конденсаторы, электрический накопительный реактор и два ключа, образованных путем последовательно-параллельного включения нескольких вентилей, каждый из которых образован встречно-параллельным соединением вентиля с полным управлением и диода (F. Zhang, L. Du, F.Z. Peng, Z. Qian. A New Design Method for High-Power High-Efficiency Switched-Capacitor DC-DC Converters. // IEEE Transactions on Power Electronics, Vol.23, No. 2, March 2008, pp.832-840, см. с.834, Fig. 6).

Однако указанный двунаправленный преобразователь имеет значительные потери мощности в накопительном реакторе, который к тому же ухудшает массогабаритные показатели устройства.

Кроме того, известен двунаправленный понижающий преобразователь постоянного напряжения (там же, см. с.835, Fig. 7, и G. Gateau, M. Fadel, P. Maussion, R. Bensaid, T.A. Meynard. Multicell Converters: Active Control and Observation of Flying-Capacitor Voltages. // IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol.49, No. 5, October 2002, pp.998-1008, см. с.999, Fig. 1, где К есть отношение величины высокого напряжения к амплитуде импульсов низкого напряжения, здесь К=3), взятый за прототип, содержащий конденсаторы и два модуля, каждый из которых состоит из последовательно соединенных ключей, каждый из которых, в свою очередь, образован встречно-параллельным соединением вентиля с полным управлением и диода, причем первый оконечный вывод первого модуля соответствует катоду диода ключа, а первый оконечный вывод второго модуля соответствует аноду диода ключа, при этом количество последовательно соединенных ключей в каждом из модулей К, указанные ключи в модулях соединены разноименными выводами, количество конденсаторов К-1, выводы каждого из них подсоединены к точкам соединения выводов ключей различных модулей, имеющим одинаковые номера n при отсчете от зажимов низкого напряжения, где n - целые положительные числа натурального ряда 1, 2, 3, 4,…, K-1, положительный вывод высокого напряжения подсоединен к первому оконечному выводу первого модуля, отрицательные выводы высокого и низкого напряжения подсоединены к первому оконечному выводу второго модуля, положительный вывод низкого напряжения подсоединен к точке соединения вторых оконечных выводов первого и второго модулей.

Однако этот двунаправленный понижающий преобразователь постоянного напряжения требует использования K-2 конденсаторов с предельными значениями напряжения, превышающими амплитуду импульсов напряжения на выводах низкого напряжения преобразователя, что приводит к повышенным потерям активной мощности в конденсаторах.

Задачей предлагаемого изобретения является создание двунаправленного понижающего преобразователя постоянного напряжения с уменьшенными потерями активной мощности в конденсаторах.

Это достигается тем, что в двунаправленный понижающий преобразователь постоянного напряжения, содержащий конденсаторы и два модуля, каждый из которых состоит из последовательно соединенных ключей, каждый из которых, в свою очередь, образован встречно-параллельным соединением вентиля с полным управлением и диода, причем первый оконечный вывод первого модуля соответствует катоду диода ключа, а первый оконечный вывод второго модуля соответствует аноду диода ключа, дополнительно введены один конденсатор, три аналогичных ключа и K-2 дополнительных модуля, каждый из которых состоит из трех последовательно соединенных разноименными выводами аналогичных ключей, где K - четное число, большее двух, есть отношение величины высокого напряжения к амплитуде импульсов низкого напряжения, причем указанные ключи в первом и втором модулях соединены одноименными выводами, а срединные точки этих модулей служат выводами низкого напряжения, два из дополнительных аналогичных ключей подсоединены по одному между первыми точками соединения ключей первого и второго модулей, отсчитываемыми от выводов низкого напряжения влево и вправо, катодами диодов к точкам соединения анодов диодов первого модуля, а анодами диодов к точкам соединения катодов диодов второго модуля, дополнительные модули каскадно подсоединены к первому и второму модулям симметрично относительно них слева и справа, а именно к первым оконечным выводам первого и второго модулей подсоединены соответственно первый и второй выводы первого из K/2-1 подсоединенных к указанным первым оконечным выводам дополнительных модулей, а первый и второй выводы каждого из последующих аналогичных модулей подсоединены соответственно к третьему и четвертому выводам предыдущего модуля, где первый вывод каждого из дополнительных модулей соответствует выводу катода диода первого из последовательно соединенных ключей, второй вывод соответствует точке соединения анода диода второго ключа и катода диода третьего ключа, третий вывод - точке соединения анода диода первого ключа и катода диода второго ключа, а четвертый - выводу анода диода третьего ключа, ко вторым оконечным выводам первого и второго модулей подсоединены соответственно третий и четвертый выводы первого из K/2-1 подсоединенных к указанным вторым оконечным выводам дополнительных модулей, а третий и четвертый выводы каждого из последующих аналогичных модулей подсоединены соответственно к первым и вторым выводам предыдущего модуля, К конденсаторов по одному подсоединены между точками соединения соответствующих оконечных выводов первого и второго модулей с дополнительными модулями, между точками соединения соседних дополнительных модулей и между третьим и четвертым, и между первым и вторым оконечными выводами последних из подсоединенных дополнительных модулей соответственно, а положительный и отрицательный выводы высокого напряжения подсоединены к первому выводу последнего из дополнительных модулей, подсоединенных ко вторым оконечным выводам первого и второго модулей, и к четвертому выводу последнего из дополнительных модулей, подсоединенных к первым оконечным выводам первого и второго модулей, причем один из двух выводов высокого напряжения, либо положительный, либо отрицательный, подсоединен к указанному соответствующему выводу дополнительного модуля непосредственно, а второй - через третий дополнительный аналогичный ключ, подсоединенный либо катодом диода к положительному выводу высокого напряжения, либо анодом диода к отрицательному выводу высокого напряжения, при этом первый и второй модули содержат каждый по четыре ключа.

На фиг.1 представлена схема предлагаемого двунаправленного понижающего преобразователя постоянного напряжения для варианта с отношением величины высокого напряжения к амплитуде импульсов низкого напряжения, равным K, на фиг.2 показана эта же схема для иллюстрации возможности увеличения отношения величины высокого напряжения и амплитуды импульсов низкого напряжения K, на фиг.3 и фиг.4 представлены схемы предлагаемого двунаправленного понижающего преобразователя постоянного напряжения, выполненного по схеме фиг.1 соответственно при K=4 и K=6, на фиг.5 - временные диаграммы напряжений и токов, поясняющие принцип работы предлагаемого двунаправленного понижающего преобразователя постоянного напряжения, выполненного по схеме фиг.4.

Предлагаемый двунаправленный понижающий преобразователь постоянного напряжения (фиг.1) содержит два ключевых модуля (М) 1, 2, каждый из которых состоит из четырех последовательно соединенных одноименными выводами ключей, образованных встречно-параллельным соединением вентиля с полным управлением 3, например транзистора, и диода 4. Указанные модули образованы таким образом, что первый оконечный вывод модуля 1 соответствует катоду диода ключа, первый оконечный вывод модуля 2 - аноду диода ключа, а срединные точки двух указанных модулей служат выводами низкого напряжения. Кроме того, данный двунаправленный понижающий преобразователь постоянного напряжения содержит три аналогичных ключа, 2·(К/2-1)=К-2 дополнительных модуля 5, каждый из которых состоит из трех последовательно соединенных разноименными выводами аналогичных ключей, а также K конденсаторов 6, где K - четное число, большее двух, равное отношению величины высокого напряжения к амплитуде импульсов низкого напряжения. Первый вывод каждого из дополнительных модулей 5 соответствует выводу катода диода 4 первого из последовательно соединенных ключей, второй вывод соответствует точке соединения анода диода 4 второго ключа и катода диода 4 третьего ключа, третий вывод - точке соединения анода диода 4 первого ключа и катода диода 4 второго ключа, а четвертый - выводу анода диода 4 третьего ключа. К первым оконечным выводам модулей 1 и 2 подсоединены соответственно первый и второй выводы первого из K/2-1 подсоединенных дополнительных модулей 5, а первый и второй выводы каждого из последующих аналогичных модулей 5 подсоединены соответственно к третьему и четвертому выводам предыдущего модуля 5, ко вторым оконечным выводам модулей 1 и 2 подсоединены соответственно третий и четвертый выводы первого из K/2-1 подсоединенных дополнительных модулей 5, а третий и четвертый выводы каждого из последующих аналогичных модулей 5 подсоединены соответственно к первым и вторым выводам предыдущего модуля 5. Таким образом, K-2 дополнительных модуля 5 каскадно подсоединены к модулям 1 и 2 слева и справа. Конденсаторы 6 подсоединены между точками соединения соседних дополнительных модулей 5, между точками соединения модулей 1 и 2 с модулями 5, а также между не являющимися смежными выводами последних модулей 5, т.е. между выводами 3 и 4 последнего левого модуля 5 и между выводами 1 и 2 последнего правого модуля 5. Каждый из первых двух дополнительных аналогичных ключей подсоединен между первыми точками соединения ключей модулей 1 и 2, отсчитываемыми от срединных точек этих модулей, т.е. от выводов низкого напряжения соответственно влево и вправо, катодом диода 4 - к точке соединения анодов диодов 4 модуля 1, а анодом диода 4 - к точке соединения катодов диодов 4 модуля 2. Положительный и отрицательный выводы высокого напряжения предлагаемого двунаправленного понижающего преобразователя постоянного напряжения подсоединены к первому выводу последнего из модулей 5, каскадно подсоединенных ко вторым оконечным выводам модулей 1 и 2, и к четвертому выводу последнего из модулей 5, каскадно подсоединенных к первым оконечным выводам модулей 1 и 2, причем один из двух выводов высокого напряжения, либо положительный, либо отрицательный, подсоединен к указанному соответствующему выводу дополнительного модуля 5 непосредственно, а второй -через третий дополнительный аналогичный ключ, подсоединенный либо катодом диода 4 к положительному выводу высокого напряжения, как это показано на фиг.1, либо анодом диода 4 к отрицательному выводу высокого напряжения.

Предлагаемый двунаправленный понижающий преобразователь постоянного напряжения может быть представлен состоящим из элементарных ячеек (Я) 7, 8 и 9 различных видов, как это показано на фиг.2. Ячейка 7 является базовой, она содержит выводы для подключения цепи низкого напряжения и состоит из модулей 1 и 2 и подсоединенных соответственно к их первым и вторым оконечным выводам двух конденсаторов 6, а также двух ключей, подсоединенных к модулям 1 и 2 указанным выше способом. Ячейки 8 и 9 образуются из модуля 5 подсоединением конденсатора 6 соответственно к его третьему и четвертому и к первому и второму выводам. Увеличение на два отношения величины высокого напряжения к амплитуде импульсов низкого напряжения К достигается увеличением на единицу числа ячеек вида 8 слева и числа ячеек вида 9 справа от ячейки 7, к которой они подключаются каскадно.

На фиг.3 показана минимальная конфигурация предлагаемого двунаправленного понижающего преобразователя постоянного напряжения (одна ячейка 8 слева и одна ячейка 9 справа от ячейки 7), соответствующая K=4, а на фиг.4 - схема с увеличенным на единицу количеством ячеек 8 и 9, соответствующая K=6.

Предлагаемый двунаправленный понижающий преобразователь постоянного напряжения для случая К больше двух, где K - четное число (фиг.1, фиг.2), работает следующим образом. Конденсаторы 6 одинаковой емкости используются при одной полярности напряжения. На интервале заряда все K конденсаторов 6 через соответствующие открытые ключи ячеек 7, 8 и 9 подсоединяются последовательно и подключаются к выводам высокого напряжения с напряжением U_high, таким образом каждый из них заряжается до напряжения U_high/K, при этом выводы низкого напряжения соединяются накоротко при участии примыкающих к ним открытых ключей ячейки 7, формируя нулевую паузу. На интервале разряда все или часть конденсаторов 6 через соответствующие открытые ключи ячеек 7, 8 и 9 подсоединяются параллельно и подключаются к выводам низкого напряжения, формируя на них напряжение u_low с амплитудой импульса U_lowmax=U_high/K. Плавное регулирование среднего значения выходного низкого напряжения U_low, питающего, например, тяговый двигатель, может осуществляться, например, широтно-импульсным методом.

На фиг.5 для одного из вариантов алгоритма управления показаны сигналы управления и временная диаграмма выходного низкого напряжения u_low предлагаемого двунаправленного понижающего преобразователя постоянного напряжения, выполненного по схеме фиг.4 для К=6, при этом использованы следующие обозначения:

ssaw - пилообразный опорный сигнал;

sref - сигнал, задающий коэффициент заполнения импульсов низкого напряжения;

sh1, …, sh4 и s1h, …, s4h - сигналы управления отсчитываемых соответственно вправо и влево от срединной точки модуля ключей модуля 1 и далее продолжающих модуль 1 первых (верхних) ключей дополнительных модулей 5, подсоединенных соответственно справа и слева от модуля 1;

sl1, …, sl4 и sl1, …, s41 - сигналы управления отсчитываемых соответственно вправо и влево от срединной точки модуля ключей модуля 2 и далее продолжающих модуль 2 третьих (нижних) ключей дополнительных модулей 5, подсоединенных соответственно справа и слева от модуля 2;

sp1, …, sp3 и s1p, …, s3p - сигналы управления отсчитываемых соответственно вправо и влево от выводов низкого напряжения дополнительного ключа ячейки 7 и далее вторых (средних) ключей дополнительных модулей 9 и 8, подсоединенных соответственно справа и слева от ячейки 7;

ss - сигнал управления дополнительного ключа, подсоединенного последовательно с цепью высокого напряжения, а именно непосредственно подсоединенного к одному из выводов высокого напряжения;

Тс - период импульсов управления, Тс/2 - период пилообразного опорного сигнала ssaw и период последовательности импульсов выходного низкого напряжения u_low. Интервал заряда соответствует условию ssaw>sref, в противном случае к выводам низкого напряжения через соответствующие открытые ключи параллельно подсоединяются предварительно заряженные конденсаторы 6. При принятом варианте алгоритма управления на нечетном и четном тактах формирования импульсов выходного низкого напряжения u_low они образуются путем подключения конденсаторов 6, расположенных соответственно справа и слева от выводов низкого напряжения. Не используемые на такте K/2 конденсаторы 6, будучи подсоединенными последовательно друг к другу и к источнику питания, выполняют роль балласта, позволяя уменьшить наибольшее значение напряжения, прикладываемого к закрытому дополнительному ключу, подсоединенному последовательно с цепью высокого напряжения, с величины U_high - U_lowmax=(K-1)·U_lowmax до величины U_high/2-U_lowmax=(K/2-1)·U_lowmax. Напряжения на каждом из остальных ключей и на каждом из конденсаторов 6 не превышают U_lowmax.

Рекуперация электрической энергии имеет место в режиме генераторного торможения, когда ЭДС тяговой машины, подключенной последовательно со сглаживающим реактором к выводам низкого напряжения, оказывается больше среднего значения напряжения последовательности импульсов конвертора U_low. Ток в цепи машины во время действия импульса спадает, заряжая конденсаторы 6 конвертора, включенные параллельно. Во время нулевой паузы последовательности импульсов u_low ток машины нарастает, накапливая энергию в индуктивности сглаживающего реактора. Конденсаторы 6 при этом включаются последовательно и, имея результирующее напряжение больше напряжения контактной сети U_high на выводах высокого напряжения, разряжаются на сеть, возвращая в нее энергию.

Таким образом, предлагаемый двунаправленный понижающий преобразователь постоянного напряжения по сравнению с прототипом имеет меньшие потери активной мощности в конденсаторах, т.к. использует конденсаторы с предельными значениями напряжения, не превышающими амплитуду импульсов напряжения на выводах низкого напряжения преобразователя.

Двунаправленный понижающий преобразователь постоянного напряжения, содержащий конденсаторы и два модуля, каждый из которых состоит из последовательно соединенных ключей, каждый из которых, в свою очередь, образован встречно-параллельным соединением вентиля с полным управлением и диода, причем первый оконечный вывод первого модуля соответствует катоду диода ключа, а первый оконечный вывод второго модуля соответствует аноду диода ключа, отличающийся тем, что в него дополнительно введены один конденсатор, три аналогичных ключа и К-2 дополнительных модуля, каждый из которых состоит из трех последовательно соединенных разноименными выводами аналогичных ключей, где К - четное число, большее двух, равное отношению величины высокого напряжения к амплитуде импульсов низкого напряжения, причем указанные ключи в первом и втором модулях соединены одноименными выводами, а срединные точки этих модулей служат выводами низкого напряжения, два из дополнительных аналогичных ключей подсоединены по одному между первыми точками соединения ключей первого и второго модулей, отсчитываемыми от выводов низкого напряжения влево и вправо, катодами диодов к точкам соединения анодов диодов первого модуля, а анодами диодов к точкам соединения катодов диодов второго модуля, дополнительные модули каскадно подсоединены к первому и второму модулям симметрично относительно них слева и справа, а именно к первым оконечным выводам первого и второго модулей подсоединены соответственно первый и второй выводы первого из К/2-1 подсоединенных к указанным первым оконечным выводам дополнительных модулей, а первый и второй выводы каждого из последующих аналогичных модулей подсоединены соответственно к третьему и четвертому выводам предыдущего модуля, где первый вывод каждого из дополнительных модулей соответствует выводу катода диода первого из последовательно соединенных ключей, второй вывод соответствует точке соединения анода диода второго ключа и катода диода третьего ключа, третий вывод - точке соединения анода диода первого ключа и катода диода второго ключа, а четвертый - выводу анода диода третьего ключа, ко вторым оконечным выводам первого и второго модулей подсоединены соответственно третий и четвертый выводы первого из К/2-1 подсоединенных к указанным вторым оконечным выводам дополнительных модулей, а третий и четвертый выводы каждого из последующих аналогичных модулей подсоединены соответственно к первым и вторым выводам предыдущего модуля, К конденсаторов по одному подсоединены между точками соединения соответствующих оконечных выводов первого и второго модулей с дополнительными модулями, между точками соединения соседних дополнительных модулей и между третьим и четвертым, и между первым и вторым оконечными выводами последних из подсоединенных дополнительных модулей соответственно, а положительный и отрицательный выводы высокого напряжения подсоединены к первому выводу последнего из дополнительных модулей, подсоединенных ко вторым оконечным выводам первого и второго модулей, и к четвертому выводу последнего из дополнительных модулей, подсоединенных к первым оконечным выводам первого и второго модулей, причем один из двух выводов высокого напряжения, либо положительный, либо отрицательный, подсоединен к указанному соответствующему выводу дополнительного модуля непосредственно, а второй - через третий дополнительный аналогичный ключ, подсоединенный либо катодом диода к положительному выводу высокого напряжения, либо анодом диода к отрицательному выводу высокого напряжения, при этом первый и второй модули содержат каждый по четыре ключа.

Похожие патенты:

Преобразователь напряжения // 2374745

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для преобразования электрической энергии переменного и постоянного тока в постоянное стабилизированное напряжение.

Элемент распределительного устройства и схема преобразователя для переключения множества уровней напряжения с таким элементом распределительного устройства // 2359395

Высоковольтный импульсный модулятор со стабилизацией амплитуды импульсов и электронный ключ для него (варианты) // 2339158

Изобретение относится к импульсной технике, в частности к импульсным источникам электропитания, и предназначено для подачи высоковольтных импульсов на анод или управляющий электрод с целью обеспечения снабжения электроэнергией клистронов, ускорителей частиц, магнетронов, ламп бегущей волны и подобных им устройств.

Блок источника питания для электрохимических процессов // 2322748

Изобретение относится к области электротехники и касается способа осаждения металлов в электролите, зарядки аккумуляторных батарей, используя суммирование постоянного тока и импульсно-ударного тока.

Преобразовательная схема для коммутации множества уровней коммутируемого напряжения // 2307442

Изобретение относится к силовой электронике. .

Умножитель напряжения постоянного тока унпт воробьева // 2295822

Каскадный умножитель напряжения (варианты) // 2255410

Каскадный умножитель напряжения (варианты) // 2246788

Изобретение относится к электроэнергетике. .

Устройство энергопитания и электрическая схема, использующая это устройство энергопитания // 2218653

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах энергопитания. .

Схема для генерации отрицательных напряжений // 2189686

Изобретение относится к схеме для генерации отрицательных напряжений с первым транзистором, первый вывод которого соединен с входным выводом схемы и второй вывод которого соединен с выходным выводом схемы и вывод затвора которого соединен через первый конденсатор с первым выводом тактового сигнала, со вторым транзистором, первый вывод которого соединен с выводом затвора первого транзистора, второй вывод которого соединен со вторым выводом первого транзистора и вывод затвора которого соединен с первым выводом первого транзистора и со вторым конденсатором, первый вывод которого соединен со вторым выводом первого транзистора, а второй вывод которого соединен со вторым выводом тактового сигнала, причем транзисторы являются МОП-транзисторами, выполненными, по меньшей мере, в одном тройном кармане (Triple Well).

Регулируемый умножитель напряжения жмакина // 2453029

Бестрансформаторный источник питания // 2453030

Изобретение относится к области преобразования электрической энергии и может применяться для преобразования напряжения питания переменного тока, например, промышленной сети в постоянное напряжение

Двунаправленный понижающий преобразователь постоянного напряжения // 2454779

Преобразователь постоянного напряжения // 2505914

Предлагаемое устройство относится к области преобразовательной техники и может быть использовано в источниках и системах вторичного электропитания, а также при создании многоуровневых инверторов, а также при создании автономных многоуровневых систем обмена электрической энергией постоянного тока. Устройство содержит входной (3), выходной (4) и общий выводы, два идентичных однотактных преобразователя (1) и (2), соединенных параллельно по входу и выходу, содержащих каждый n конденсаторов (6) и две группы двунаправленных ключей, причем первый ключ (7) первой группы включен между положительным выводом первого конденсатора и выходным выводом (4) преобразователя, (n-1) ключей (8) первой группы, каждый из которых включен между разноименными выводами конденсаторов соответствующих смежных цепочек, последний ключ (9) первой группы, соединяющий входной вывод (3) с отрицательным выводом последнего конденсатора. Каждый ключ второй группы соединяет отрицательный вывод соответствующего конденсатора с общим выводом (5) преобразователя. Введены n двунаправленных ключей, каждый из которых соединяет положительный вывод соответствующего конденсатора с входным выводом (3). Технический результат - расширение функциональных возможностей, т.к. является двунаправленным и может работать в обоих направлениях как в режиме повышения, так и понижения выходного напряжения, а также в качестве системы обмена электрической энергией между источниками постоянного тока с кратными напряжениями. 2 ил.

Выравнивающее устройство для высоковольтной батареи электрических накопителей энергии // 2532253

Выравнивающее устройство для высоковольтной батареи электрических накопителей энергии относится к области электротехники и может быть использовано при создании высоковольтных батарей электрических накопителей энергии для нужд транспорта и энергетики. Сущность изобретения состоит в том, что в выравнивающее устройство, реализующее двухканальный механизм активного выравнивания на основе обратно-ходового трансформатора, накопительного дросселя и сквозной накопительной магистрали батареи и содержащее управляемые от микроконтроллера через соответствующие драйверы электронные ключи, введены компараторы аварийных ситуаций перезаряда и переразряда накопителей, перезаряда накопительной магистрали и превышения тока дросселя, которые через соответствующие логические элементы подключены к входам отключения соответствующих драйверов и входам разовых команд микроконтроллера. Технический результат изобретения состоит в повышении надежности защиты батареи в аварийных ситуациях за счет дублирующего компараторного канала отключения драйверов устройства, действующего помимо микроконтроллера. 1 ил.

Высоковольтный преобразователь постоянного напряжения // 2543529

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системах электрооборудования постоянного тока, например, для электровозов постоянного тока напряжением 3 кВ для питания от контактной сети с повышенным напряжением (12-24 кВ и т.д.). Технический результат - расширение функциональных возможностей и увеличение предельной мощности нагрузки. Высоковольтный преобразователь постоянного напряжения с отношением величины высокого напряжения к величине низкого напряжения, равным N, где N - целое число, содержит общий последовательный конденсаторный делитель напряжения из N конденсаторов, L листов идентичных преобразовательных структур, токовый делитель на L выходов, нагрузку. Каждый лист преобразовательной структуры состоит из диодно-транзисторной цепочки из 2N последовательно соединенных диодов, шунтированных встречно-параллельными транзисторами, и конденсаторно-реакторной цепочки из последовательно соединенных N-1 ветвей с последовательно включенными реактором и конденсатором в каждой ветви. Упомянутые цепочки соединены так, как указано в материалах заявки. Нагрузка подсоединена параллельно первому конденсатору конденсаторного делителя напряжения, оконечный вывод которого образует второй вход преобразователя, общий с одним из выводов нагрузки. Преобразователь может работать как понижающий, так и повышающий напряжение в число раз. 2 ил.

Понижающий преобразователь постоянного напряжения // 2558739

Изобретение относится к преобразователям постоянного напряжения. Техническим результатом является создание понижающего преобразователя постоянного напряжения с улучшенным качеством входного тока и выходного напряжения. Результат достигается тем, что преобразователь с коэффициентом преобразования по напряжению К содержит 4К ключей, образованных встречно-параллельным соединением вентиля с полным управлением и диода, и 4К конденсаторов, 4К резонансных реакторов. Структура данного преобразователя включает в себя два ключевых модуля, соединенных параллельно между собой, и элементы в цепи нагрузки. Модули состоят каждый из К ячеек. В состав одной ячейки входят два ключа с полным управлением со встречно-параллельным диодом, два резонансных LC-звена. Все ячейки одного модуля соединены между собой каскадно. Два развязывающих диода на выходе преобразователя нужны для ограничения влияние работы модулей друг на друга. 3 ил.

Адаптивная схема // 2560835

Изобретение описывает адаптивную схему (1, 1') для запитывания нагрузки (2) постоянного тока более низкого напряжения от источника (3) питания выпрямленного переменного тока более высокого напряжения, причем адаптивная схема (1, 1') содержит схему (21, 21') накопления заряда, причем схема (21, 21') накопления заряда содержит первый конденсатор (С1) и второй конденсатор (С2), соединенные, по существу, последовательно, при этом второй конденсатор (С2) соединен, по меньшей мере, параллельно с нагрузкой (2); и активный переключатель (22, 22'), реализованный в виде управляемого источника (22, 22') тока для управления током (Iload) нагрузки через нагрузку (2) таким образом, что в замкнутом состоянии переключателя ток (Iload) нагрузки подается, по меньшей мере, от первого конденсатора (С1) схемы (21, 21') накопления заряда, а во время разомкнутого состояния переключателя ток (Iload) нагрузки подается, по существу, от второго конденсатора (С2). Изобретение также описывает модифицированную СИД лампу (4), содержащую средство соединения (40) для подсоединения лампы (4) к сигналу (UPS) питающей сети более высокого напряжения; СИД устройство (2), рассчитанное на питание более низкого напряжения; и такую адаптивную схему (1, 1') для изменения сигнала (UPS) питающей сети более высокого напряжения на сигнал (UC2) более низкого напряжения для возбуждения СИД устройства (2) более низкого напряжения. Изобретение также описывает способ запитывания нагрузки (2) постоянного тока более низкого напряжения от источника (3) питания выпрямленного переменного тока более высокого напряжения. 3 н. и 12 з.п. ф-лы,7 ил.

Выравнивающее устройство для иерархической системы управления батареей электрических накопителей энергии с энергообменной изолированной магистралью постоянного тока и блоками управления накопителями относится к области электротехники и может быть использовано при создании высоковольтных батарей электрических накопителей энергии для нужд транспорта и энергетики. Сущность изобретения состоит в том, что узел балансировки каждого накопителя состоит из двух отдельных специализированных DC/DC преобразователей: маломощного обратноходового, работающего в режиме ограничения мощности для передачи энергии из накопителя в энергообменную магистраль постоянного тока, и мощного прямоходового преобразователя напряжения с фиксированным жестким коэффициентом передачи напряжения (трансформации) для передачи энергии из магистрали в накопитель. Технический результат заявленного изобретения состоит в том, что благодаря использованию более мощного прямоходового преобразователя имеется возможность направлять большой поддерживающий ток в нуждающийся накопитель из энергообменной изолированной магистрали постоянного тока, энергия в которую подается от большого числа «донорских» накопителей с помощью менее мощных обратноходовых преобразователей, что позволяет за ограниченное время разряда компенсировать не только утечки, но и дефицит заряда в нескольких «наихудших» накопителях. 1 ил.

Однотактный преобразователь постоянного напряжения // 2563976

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам вторичного электропитания. Однотактный преобразователь постоянного напряжения содержит трансформатор, вторичные обмотки которого подключены к выходным выводам одного или нескольких выходов преобразователя, первичная обмотка подсоединена к полевому транзистору, а обмотка обратной связи подключена к делителю обратной связи, регулирующий транзистор, времязадающий конденсатор, три логических инвертора и логический элемент И, между выходом которого и входом первого логического инвертора подключена последовательная RC-цепь. При малых нагрузках или в режиме холостого хода время отпирания полевого транзистора определяется не времязадающим конденсатором, а малой постоянной времени последовательной RC-цепи, при этом напряжение помехи не влияет на работу устройства. Технический результат состоит в исключении потери устойчивости регулирования в режиме холостого хода и повышение надежности устройства в целом. 1 н. и 1 з.п. ф-лы, 3 ил.