Преобразователь

Авторы патента:

 


Владельцы патента RU 2447571:

Орлов Сергей Иванович (RU)

Изобретение относится к электротехнике, в частности к области силовой преобразовательной техники, и может быть использовано во вторичных источниках питания при необходимости обеспечения большой выходной мощности, высокой надежности, гальванической развязки, стабилизации и быстрого изменения выходного постоянного напряжения или тока в пределах от нуля до максимального значения. Техническим результатом является повышение динамических характеристик и надежности преобразователей. Технический результат достигается тем, что в преобразователь, включающий в себя входной конденсатор; регулируемый стабилизатор тока, состоящий из ключевого элемента, диода, дросселя, датчика тока и схемы сравнения; мостовой преобразователь, имеющий четыре ключевых элемента, трансформатор, выпрямитель и выходной конденсатор; датчик выходного тока; схему управления; элемент гальванической развязки и генератор, дополнительно введены компаратор, вход которого соединен с выходом элемента гальванической развязки, а выход с также дополнительно введенным переключателем режима работы, связанным с четырьмя ключевыми элементами мостового преобразователя и генератором, и кроме того, между входом мостового преобразователя, соединенным с выходом регулируемого стабилизатора тока, и точкой подключения входного напряжения преобразователя к входу регулируемого стабилизатора тока и входному конденсатору, установлен диод. 1 ил.

 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к области силовой преобразовательной техники, и может быть использовано во вторичных источниках питания при необходимости обеспечения большой выходной мощности, высокой надежности, гальванической развязки, стабилизации и быстрого изменения выходного постоянного напряжения или тока в пределах от нуля до максимального значения.

Известны обратно ходовые преобразователи, широко применяемые в устройствах для преобразования электрической энергии сети переменного тока в напряжения постоянного тока [1].

Недостатком таких преобразователей является низкий коэффициент полезного действия, а также сложность обеспечения регулировки выходного стабилизированного напряжения или тока от нулевого значения.

Известны полумостовые и мостовые преобразователи.

Недостатком последних являются низкие динамические характеристики, не высокая надежность и сложность схем управления [2, 3].

Наиболее близок к предлагаемому устройству преобразователь из постоянного напряжения в постоянное стабилизированное напряжение или ток [4], в котором последний недостаток частично устранен.

Прототип имеет следующие недостатки.

1. Низкие динамические характеристики.

2. Низкая надежность.

Цель изобретения - повышение динамических характеристик и надежности преобразователей.

Указанная цель достигается тем, что в преобразователь, включающий в себя входной конденсатор; регулируемый стабилизатор тока, состоящий из ключевого элемента, диода, дросселя, датчика тока и схемы сравнения; мостовой преобразователь, имеющий четыре ключевых элемента, трансформатор, выпрямитель и выходной конденсатор; датчик выходного тока; схему управления; элемент гальванической развязки и генератор, дополнительно введены компаратор, вход которого соединен с выходом элемента гальванической развязки, а выход с также дополнительно введенным переключателем режима работы, связанным с четырьмя ключевыми элементами мостового преобразователя и генератором, и кроме того, между входом мостового преобразователя, соединенным с выходом регулируемого стабилизатора тока, и точкой подключения входного напряжения преобразователя к входу регулируемого стабилизатора тока и входному конденсатору, установлен диод.

На фиг.1 показана упрощенная структурная схема преобразователя.

Преобразователь (фиг.1) включает в себя входной конденсатор 3; регулируемый стабилизатор тока 1, состоящий из ключевого элемента 8, диода 9, дросселя 10, датчика тока 11 и схемы сравнения 12; мостовой преобразователь 2, имеющий четыре ключевых элемента 14, 15, 16 и 17, трансформатор 18, выпрямитель 19 и выходной конденсатор 4; датчик выходного тока 5; схему управления 6; элемент гальванической развязки 7 и генератор 13, дополнительно введенный компаратор 22, вход которого соединен с выходом элемента гальванической развязки 7, а выход с также дополнительно введенным переключателем режима работы 21, связанным с четырьмя ключевыми элементами мостового преобразователя 2 и генератором 13, и кроме того, между входом мостового преобразователя 2, соединенным с выходом регулируемого стабилизатора тока 1, и точкой подключения входного напряжения преобразователя Uвx к входу регулируемого стабилизатора тока 1 и входному конденсатору 3, установлен диод 20.

Работает преобразователь следующим образом.

К входным клеммам (Uвx) обычно подключают выпрямитель (однофазный или трехфазный) сетевого напряжения через устройство, ограничивающее максимальную величину зарядного тока через конденсатор 3 при первоначальном включении, или через корректор коэффициента мощности.

С появлением напряжения на конденсаторе 3 включается маломощный источник питания (на Фиг.1 не показан) и на элементы схемы управления 6, схемы сравнения 12, генератора 13, переключателя режимов работы 21 и компаратор 22 поступают питающие напряжения.

Схема управления 6 вырабатывает сигнал рассогласования выходного напряжения (Uвых) или тока преобразователя с установленными величинами и через элемент гальванической развязки 7 подает его на схему сравнения 12 регулируемого стабилизатора тока 1 и компаратор 22.

Схема сравнения 12 вырабатывает включающие импульсы управления для ключевого элемента 8, длительность которых увеличивается, если величина положительного напряжения с выхода элемента гальванической развязки 7 начинает превышать действующее значение выходного тока регулируемого стабилизатора тока и наоборот. В случае, если выходное напряжение Uвых или выходной ток преобразователя начинают превышать установленные в схеме управления 6 значения, выходное напряжение элемента гальванической развязки 7 становится отрицательным, что приводит к срабатыванию компаратора 22 и нулевой длительности включенного состояния ключевого элемента 8. Частота работы ключевого элемента 8 задается генератором 13.

Сигнал с генератора 13 подается на переключатель режима работы 21, выходные сигналы с которого в первом режиме работы приводят к поочередному замыканию ключевых элементов мостового преобразователя. Когда ключевые элементы 14 и 17 замкнуты, ключевые элементы 15 и 16 разомкнуты и на оборот. Если срабатывает компаратор 22, переключатель режимов работы 21 переходит во второй режим работы. Во втором режиме работы в течение всего времени пока поступает сигнал с компаратора 22 ключевые элементы 16 и 17 находятся в замкнутом состоянии, а ключевые элементы 14 и 15 в разомкнутом. Таким образом, с момента включения второго режима работы, энергия, запасенная в дросселе 10, возвращается (рекуперируется) в конденсатор 3 через диод 20. Кроме того, в результате замыкания первичной обмотки трансформатора 18, уменьшается часть энергии, запасенной в индуктивностях рассеяния трансформатора, которая переходит в конденсатор 4.

Преимущества предлагаемого преобразователя заключаются в следующем.

1. Мощные импульсные регулируемые преобразователи, имеют недостаток, заключающийся в том, что при сбросе тока нагрузки, появляется всплеск выходного напряжения. Уменьшают величину этого всплеска до приемлемого значения обычно путем увеличения емкости выходного конденсатора.

Особенно остро эта проблема стоит в преобразователях с регулировкой выходного напряжения от нулевого значения, так как одна и та же энергия, добавленная в выходной конденсатор при минимальном и максимальном значениях напряжения на конденсаторе, дает кардинально отличающиеся величины всплеска выходного напряжения.

В предлагаемом преобразователе при сбросе тока нагрузки запасенная в дросселе энергия переходит в конденсатор на входе преобразователя и не вызывает всплеска выходного напряжения, поэтому по сравнению с прототипом преобразователь имеет более высокие динамические характеристики.

Можно утверждать, что преобразователь постоянного напряжения в постоянное прототипа [4] имеет на входе конденсатор, это приводит к снижению надежности, так как токи через транзисторы мостовой схемы могут превышать допустимые значения, например, при коротком замыкании на выходе. Если предположить, что на входе преобразователя постоянного напряжения в постоянное прототипа конденсатор отсутствует, то всплески напряжения на транзисторах мостовой схемы в процессе переключения могут превышать допустимые значения и в результате снижается надежность.

В предлагаемом преобразователе токи через ключевые элементы мостового преобразователя не могут превышать величину тока дросселя (если не учитывать токи на перезаряд конденсаторов исток - сток и т.д.), а напряжения на ключевых элементах не может быть существенно выше входного напряжения преобразователя. По этому, надежность предлагаемого преобразователя выше надежности прототипа.

Источники информации

1. Data Sheet TOP 242-250.

2. Data Sheet LM5035.

3. ВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НА IGBT ДЛЯ ИНДУКЦИОННОГО НАГРЕВА. Поляков В.Д., Чаколья Э. Международная научно-техническая конференция "Силовая электроника и энергоэффективность" (СЭЭ-2000). Крым. Сентябрь 2000 г.

4. Авторское свидетельство СССР №1089593, кл. G06G 7/63, 1984.

Преобразователь, включающий в себя входной конденсатор; регулируемый стабилизатор тока, состоящий из ключевого элемента, диода, дросселя, датчика тока и схемы сравнения; мостовой преобразователь, имеющий четыре ключевых элемента, трансформатор, выпрямитель и выходной конденсатор; датчик выходного тока; схему управления; элемент гальванической развязки и генератор, отличающийся тем, что в него дополнительно введены компаратор, вход которого соединен с выходом элемента гальванической развязки, а выход с также дополнительно введенным переключателем режима работы, связанным с четырьмя ключевыми элементами мостового преобразователя и генератором, и, кроме того, между входом мостового преобразователя, соединенным с выходом регулируемого стабилизатора тока, и точкой подключения входного напряжения преобразователя к входу регулируемого стабилизатора тока и входному конденсатору установлен диод.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к схеме питания для подачи выходного сигнала на нагрузку и также относится к устройству, содержащему схему питания, к способу, компьютерному программному продукту и носителю для хранения компьютерного программного продукта.

Изобретение относится к адаптивной схеме для управления схемой преобразования, и также относится к схеме питания, содержащей адаптивную схему и схему преобразования, к устройству, содержащему схему питания, к способу и к компьютерному программному продукту.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системах питания и распределения электрической энергии в качестве преобразователя источника эдс в источник тока, а также для регулирования и стабилизации тока нагрузки.

Изобретение относится к переключающему устройству для разгрузки полупроводникового переключателя в схемах согласующего трансформатора с первичной стороной и вторичной стороной, которые на первичной стороне имеют первый полупроводниковый переключатель и последовательно включенный второй полупроводниковый переключатель, причем вывод стока первого полупроводникового переключателя соединен с первым выводом напряжения питания и вывод истока второго полупроводникового переключателя соединен со вторым выводом напряжения питания, и между выводом истока первого полупроводникового переключателя и выводом стока второго полупроводникового переключателя включена первичная обмотка трансформатора, вторичная обмотка которого соединена с нагрузкой вторичной стороны, и предусмотрен первый диод, который со стороны анода соединен с потенциалом напряжения питания на выводе истока второго полупроводникового переключателя, а со стороны катода - с обращенной к первому полупроводниковому переключателю первой соединительной клеммой на первичной обмотке трансформатора, а также предусмотрен второй диод, который со стороны катода соединен с потенциалом напряжения питания на выводе стока первого полупроводникового переключателя, а со стороны анода - с обращенной ко второму полупроводниковому переключателю второй соединительной клеммой на первичной обмотке трансформатора, согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения.

Изобретение относится к способу эксплуатации блока питания от сети в качестве блокирующего трансформатора, причем в фазе накопления через первичную обмотку (2), находящуюся под напряжением (U1) промежуточного контура постоянного тока, магнитная энергия накапливается в сердечнике трансформатора (1), и в следующей за ней фазе разгрузки накопленная магнитная энергия большей частью через вторичную обмотку (3) выводится на нагрузку, а незначительная часть магнитной энергии отдается на первичной стороне, при этом энергия, выдаваемая на первичной стороне, заряжает конденсатор (13) таким образом, что напряжение конденсатора (13) всегда выше напряжения, приложенного на вторичной стороне, умноженного на коэффициент трансформации трансформатора (1).

Изобретение относится к преобразовательной технике и направлено на достижение технического результата - повышение КПД преобразователя напряжения за счет снижения динамических потерь мощности.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в блоках вторичного электропитания многоблочных комплексов радиоэлектронной аппаратуры. .

Изобретение относится к электрической схеме питания полевого прибора систем автоматизации. .

Изобретение относится к сокращению потребления электроэнергии

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для электропитания низкочастотной импульсной периодической нагрузки и позволяет получить технический результат - устранить модуляцию входного тока потребления от электросети и обеспечить высокий коэффициент мощности

Изобретение относится к области силовой электроники

Изобретение относится к однотактным импульсным устройствам преобразования электрической энергии с трансформаторной нагрузкой

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано во вторичных источниках питания

Изобретение относится к области построения систем автоматического управления

Изобретение относится к устройствам преобразования электрической энергии и предназначено для использования в качестве вторичного источника питания электронных устройств или зарядного устройства
Наверх