Двунаправленный понижающий преобразователь постоянного напряжения

Авторы патента:

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

Владельцы патента RU 2454779:

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.), с обеспечением гальванической развязки питающей сети и нагрузки. Предлагаемый ДППН с отношением величины высокого напряжения к амплитуде импульсов напряжения первичной обмотки трансформатора, равным K, где K - четное число, большее двух, содержит 3·(K-1) ключей, образованных встречно-параллельным соединением вентиля с полным управлением и диода, один двунаправленный полностью управляемый ключ, K конденсаторов, используемых при одной полярности напряжения, трансформатор, имеющий одну первичную и одну вторичную обмотки и используемый на повышенной частоте, и реверсивный по току выпрямитель. Предлагаемый двунаправленный понижающий преобразователь постоянного напряжения по сравнению с прототипом обеспечивает технический результат, лучше использует нагрузку по изоляции благодаря обеспечению гальванической развязки питающей сети и нагрузки, что приводит к повышению надежности изоляции выходных цепей преобразователя и нагрузки. 2 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.), с обеспечением гальванической развязки питающей сети и нагрузки.

Известен двунаправленный понижающий преобразователь постоянного напряжения, с отношением величины высокого напряжения к амплитуде импульсов низкого напряжения, равным K, 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 K, указанные ключи в модулях соединены разноименными выводами, количество конденсаторов K-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 (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.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. c.999, Fig.1, где K=3).

Однако указанный двунаправленный понижающий преобразователь постоянного напряжения, с отношением величины высокого напряжения к амплитуде импульсов низкого напряжения, равным K, 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.

Кроме того, известен двунаправленный понижающий преобразователь постоянного напряжения (Зиновьев Г.С, Лопаткин Н.Н. Двунаправленный понижающий преобразователь постоянного напряжения. Патент РФ №2394344. Опубл. 10.07.2010, Бюл. №19), взятый за прототип, содержащий K конденсаторов, K модулей трех типов, каждый из которых состоит из последовательно соединенных ключей, каждый из которых, в свою очередь, образован встречно-параллельным соединением вентиля с полным управлением и диода, где K - четное число, большее двух, и аналогичный ключ, каждый из K-2 модулей первого типа состоит из трех последовательно соединенных разноименными выводами ключей, первый из первой группы K/2-1 каскадно соединенных модулей первого типа подсоединен первым выводом к положительному выводу высокого напряжения, первый из второй группы K/2-1 каскадно соединенных модулей первого типа подсоединен четвертым выводом к отрицательному выводу высокого напряжения, при подсоединении последующих модулей указанных групп первые и вторые-выводы модулей подсоединены, соответственно, к третьим и к четвертым выводам соседних модулей, где первый вывод каждого из модулей первого типа 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, один из двух выводов высокого напряжения, либо положительный, либо отрицательный, подсоединен к соответствующему выводу первого модуля соответствующей группы модулей первого типа непосредственно, а второй - через указанный аналогичный ключ, подсоединенный либо катодом диода к положительному выводу высокого напряжения, либо анодом диода к отрицательному выводу высокого напряжения, K конденсаторов подсоединены между первым и вторым выводами, а также между третьим и четвертым выводами модулей первого типа по одному без дублирования в точках соединения соседних модулей первого типа, причем в единственном модуле второго типа и в единственном модуле третьего типа ключей содержится по четыре, и они последовательно соединены одноименными выводами, первый оконечный вывод модуля второго типа соответствует катоду диода ключа, первый оконечный вывод модуля третьего типа соответствует аноду диода ключа, два аналогичных ключа подсоединены по одному между первыми точками соединения ключей модулей второго и третьего типа, отсчитываемыми от срединных точек этих модулей, т.е. точек соединения второго и третьего последовательно соединенных ключей, влево и вправо, катодами диодов к точкам соединения анодов диодов модуля второго типа, а анодами диодов к точкам соединения катодов диодов модуля третьего типа, первые оконечные выводы модулей второго и третьего типов подсоединены, соответственно, к первому и второму выводам последнего модуля второй группы K/2-1 каскадно соединенных модулей первого типа, вторые оконечные выводы модулей второго и третьего типа подсоединены, соответственно, к третьему и четвертому выводам последнего модуля первой группы K/2-1 каскадно соединенных модулей первого типа, а срединные точки модулей второго и третьего типа служат выводами низкого напряжения.

Однако этот двунаправленный понижающий преобразователь постоянного напряжения не имеет гальванической развязки питающей сети и нагрузки, что требует высоковольтной изоляции нагрузки относительно источника питания (на половину напряжения источника питания), один из выводов которого связан с землей (рельсы).

Задачей предлагаемого изобретения является создание двунаправленного понижающего преобразователя постоянного напряжения с гальванической изоляцией нагрузки (и этим самым улучшением ее использования по изоляции путем снижения требования к изоляции), т.е. с увеличением надежности изоляции выходных цепей преобразователя и нагрузки.

Это достигается тем, что в двунаправленный понижающий преобразователь постоянного напряжения, содержащий K конденсаторов, K модулей трех типов, каждый из которых состоит из последовательно соединенных ключей, каждый из которых, в свою очередь, образован встречно-параллельным соединением вентиля с полным управлением и диода, где K - четное число, большее двух, и аналогичный ключ, каждый из K-2 модулей первого типа состоит из трех последовательно соединенных разноименными выводами ключей, первый из первой группы K/2-1 каскадно соединенных модулей первого типа подсоединен первым выводом к положительному выводу высокого напряжения, первый из второй группы K/2-1 каскадно соединенных модулей первого типа подсоединен четвертым выводом к отрицательному выводу высокого напряжения, при подсоединении последующих модулей указанных групп первые и вторые выводы модулей подсоединены, соответственно, к третьим и к четвертым выводам соседних модулей, где первый вывод каждого из модулей первого типа 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, один из двух выводов высокого напряжения, либо положительный, либо отрицательный, подсоединен к соответствующему выводу первого модуля соответствующей группы модулей первого типа непосредственно, а второй - через указанный аналогичный ключ, подсоединенный либо катодом диода к положительному выводу высокого напряжения, либо анодом диода к отрицательному выводу высокого напряжения, K конденсаторов подсоединены между первым и вторым выводами, а также между третьим и четвертым выводами модулей первого типа по одному без дублирования в точках соединения соседних модулей первого типа, дополнительно введены трансформатор, имеющий одну первичную и одну вторичную обмотки, и реверсивный по току выпрямитель, модуль второго типа состоит из двух последовательно соединенных разноименными выводами аналогичных ключей, первый вывод модуля второго типа, соответствующий катоду диода первого ключа, подсоединен к третьему выводу последнего модуля первой группы K/2-1 каскадно соединенных модулей первого типа, а второй вывод модуля второго типа, соответствующий аноду диода второго ключа, подсоединен к второму выводу последнего модуля второй группы K/2-1 каскадно соединенных модулей первого типа, модуль третьего типа представляет собой двунаправленный полностью управляемый электрический вентиль и состоит, например, из двух последовательно соединенных одноименными выводами аналогичных ключей, первый вывод модуля третьего типа подсоединен к четвертому выводу последнего модуля первой группы и к первому выводу последнего модуля второй группы K/2-1 каскадно соединенных модулей первого типа, а также к первому выводу первичной обмотки трансформатора, второй вывод модуля третьего типа подсоединен к точке соединения ключей модуля второго типа, а также к второму выводу первичной обмотки трансформатора, выводы вторичной обмотки трансформатора подсоединены к входным выводам реверсивного выпрямителя, выходные выводы которого служат выводами низкого напряжения преобразователя.

На фиг.1 представлена схема предлагаемого двунаправленного понижающего преобразователя постоянного напряжения, с отношением величины высокого напряжения к амплитуде импульсов напряжения на первичной обмотке трансформатора, равным K, а на фиг.2 представлены временные диаграммы напряжений и токов, поясняющие принцип его работы.

Предлагаемый двунаправленный понижающий преобразователь постоянного напряжения (фиг.1) содержит 2·(K/2-1)=K-2 ключевых модулей (M) 1, каждый из которых состоит из трех последовательно соединенных разноименными выводами ключей, образованных встречно-параллельным соединением вентиля с полным управлением 2, например, транзистора, и диода 3, где K - четное число, большее двух, равное отношению величины высокого напряжения к амплитуде импульсов1 напряжения первичной обмотки трансформатора. Первый вывод каждого из ключевых модулей 1 соответствует выводу катода диода 3 первого из последовательно соединенных ключей, второй вывод соответствует точке соединения анода диода 3 второго ключа и катода диода 3 третьего ключа, третий вывод - точке соединения анода диода 3 первого ключа и катода диода 3 второго ключа, а четвертый - выводу анода диода 3 третьего ключа. Кроме того, данный двунаправленный понижающий преобразователь постоянного напряжения содержит ключевые модули 4 и 5, одиночный аналогичный ключ, K конденсаторов 6, а также трансформатор (T) 7 и реверсивный по току выпрямитель (PB) 8. Модуль 4 состоит из двух последовательно соединенных разноименными выводами аналогичных ключей, его первый вывод соответствует катоду диода 3 первого ключа, а второй вывод - аноду диода 3 второго ключа. Модуль 5 представляет собой двунаправленный полностью управляемый, электрический вентиль и состоит, например, из двух последовательно соединенных одноименными выводами аналогичных ключей. Трансформатор 7 имеет одну первичную и одну вторичную обмотки и обладает характеристиками, позволяющими ему работать на повышенной частоте (несколько килогерц). Реверсивный по току (с двухквадрантной внешней характеристикой) выпрямитель 8 собран на управляемых вентилях, например, на тиристорах, по любой известной схеме (см., например, с.598 в издании: Зиновьев Г.С. Основы силовой электроники: Учеб. пособие. Изд. 3-е, испр. и доп. - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2004. 672 с.). Первый из первой группы K/2-1 каскадно-соединенных модулей 1 подсоединен первым выводом к положительному выводу высокого напряжения, первый из второй группы K/2-1 каскадно соединенных модулей 1 подсоединен четвертым выводом к отрицательному выводу высокого напряжения, причем один из двух выводов высокого напряжения подсоединен к соответствующему выводу модуля 1 соответствующей группы модулей 1 непосредственно, а второй - через указанный аналогичный ключ, подсоединенный либо катодом диода 3 к положительному выводу высокого напряжения, либо анодом диода 3 к отрицательному выводу высокого напряжения. При подсоединении последующих модулей указанных групп первые и вторые выводы модулей 1 подсоединены, соответственно, к третьим и к четвертым выводам соседних модулей 1. K конденсаторов подсоединены между первым и вторым выводами, а также между третьим и четвертым выводами модулей 1 по одному без дублирования в точках соединения соседних модулей 1. Первый вывод модуля 4 подсоединен к третьему выводу последнего модуля 1 первой группы K/2-1 каскадно соединенных модулей 1, а второй вывод модуля 4 - к второму выводу последнего модуля 1 второй группы K/2-1 - каскадно соединенных модулей 1. Первый вывод модуля 5 подсоединен к четвертому выводу последнего модуля 1 первой группы и к первому выводу последнего модуля 1 второй группы K/2-1 каскадно соединенных модулей 1, а также к первому выводу первичной обмотки трансформатора 7, второй вывод модуля 5 подсоединен к точке соединения ключей модуля 4, а также к второму выводу первичной обмотки трансформатора 7. Выводы вторичной обмотки трансформатора 7 подсоединены к входным выводам реверсивного выпрямителя 8, выходные выводы которого служат выводами низкого напряжения преобразователя.

Увеличение на два отношения величины высокого напряжения к амплитуде импульсов напряжения на первичной обмотке трансформатора K достигается увеличением на два числа каскадно подключаемых модулей 1 (по одному в первой и во второй группах этих модулей) и конденсаторов 6.

Предлагаемый двунаправленный понижающий преобразователь постоянного напряжения, с отношением величины высокого напряжения к амплитуде импульсов напряжения на первичной обмотке трансформатора 7, равным K, где K - четное число, большее двух (фиг.1), работает следующим образом. Конденсаторы 6 одинаковой емкости используются при одной полярности напряжения. На интервалах заряда все K конденсаторов 6 через соответствующие открытые ключи модулей 1 подсоединяются последовательно и через аналогичный ключ подключаются к выводам высокого напряжения с напряжением U_high, таким образом, каждый из них заряжается примерно до напряжения U_high/K, при этом выводы первичной обмотки трансформатора 7 соединяются накоротко играющим роль нулевого вентиля двунаправленным полностью управляемым электрическим вентилем (модуль 5), формируя тем самым нулевую паузу выходного напряжения u_low. На нечетном интервале разряда конденсаторы 6, расположенные в левой части схемы (фиг.1), через соответствующие открытые ключи модулей 1 первой группы подсоединяются параллельно друг другу и через открытый нижний ключ модуля 4 подключаются к выводам первичной обмотки трансформатора 7, образуя импульс напряжения положительной полярности. На четном интервале разряда, конденсаторы 6, расположенные в правой части схемы (фиг.1), через соответствующие открытые ключи модулей 1 второй группы подсоединяются параллельно друг другу и через открытый верхний ключ модуля 4 подключаются к выводам первичной обмотки трансформатора 7, образуя импульс напряжения отрицательной полярности. На выходе выпрямителя 8 однополярные импульсы выходного напряжения u_low имеют амплитуду U_lowmax=U_high/(K·K_тр), где K_тр - коэффициент трансформации трансформатора 7. Плавное регулирование среднего значения U_lowcp выходного низкого напряжения u_low, питающего, например, тяговый двигатель, может осуществляться, например, методом широтно-импульсного регулирования скважности импульсов положительной и отрицательной полярности напряжений соответствующих первичных обмоток трансформатора 7. Как и в прототипе, напряжения на каждом из ключей модулей 1 и на каждом из конденсаторов 6 не превышают U_high/K.

Рекуперация электрической энергии имеет место в режиме генераторного торможения, когда ЭДС тяговой машины, подключенной последовательно со сглаживающим реактором к выходным выводам реверсивного по току выпрямителя 8, оказывается больше среднего значения U_lowcp напряжения последовательности импульсов конвертора u_low. Включенные параллельно конденсаторы 6 конвертора заряжаются от импульсов соответствующих полярностей ЭДС, наводимой в первичной обмотке трансформатора 7. 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.

На фиг.2 для одного из вариантов алгоритма управления, для случая тиристорного реверсивного выпрямителя с нулевым углом управления, показаны временные диаграммы входного тока (потребляемого от источника высокого напряжения) i_in, напряжений на конденсаторах левой и правой частей схемы u_C1 и u_C2, напряжения и тока первичной обмотки трансформатора 7 u₁ и i₁, выходных напряжения u_low, и тока i_out предлагаемого двунаправленного понижающего преобразователя постоянного напряжения, выполненного по схеме фиг.1 при K=6. При этом использованы следующие обозначения: Tc - период переменного напряжения, например, на первичной обмотке трансформатора 7, Tc/2 - период повторения последовательности импульсов выходного низкого напряжения на выходе реверсивного выпрямителя 8 и всего преобразователя в целом u_low; U_lmax - наибольшее значение напряжения первичной обмотки трансформатора 7, U_1max=U_high/K.

Таким образом, предлагаемый двунаправленный понижающий преобразователь постоянного напряжения по сравнению с прототипом лучше использует нагрузку по изоляции, т.е. благодаря обеспечению гальванической развязки питающей сети и нагрузки, имеет меньшие требования к изоляции, что приводит к увеличению надежности изоляции выходных цепей преобразователя и нагрузки.

Двунаправленный понижающий преобразователь постоянного напряжения, содержащий K конденсаторов, K модулей трех типов, каждый из которых состоит из последовательно соединенных ключей, каждый из которых, в свою очередь, образован встречно-параллельным соединением вентиля с полным управлением и диода, где K - четное число, большее двух, и аналогичный ключ, каждый из K-2 модулей первого типа состоит из трех последовательно соединенных разноименными выводами ключей, первый из первой группы K/2-1 каскадно соединенных модулей первого типа подсоединен первым выводом к положительному выводу высокого напряжения, первый из второй группы K/2-1 каскадно соединенных модулей первого типа подсоединен четвертым выводом к отрицательному выводу высокого напряжения, при подсоединении последующих модулей указанных групп первые и вторые выводы модулей подсоединены соответственно к третьим и к четвертым выводам соседних модулей, где первый вывод каждого из модулей первого типа 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, один из двух выводов высокого напряжения, либо положительный, либо отрицательный, подсоединен к соответствующему выводу первого модуля соответствующей группы модулей первого типа непосредственно, а второй - через указанный аналогичный ключ, подсоединенный либо катодом диода к положительному выводу высокого напряжения, либо анодом диода к отрицательному выводу высокого напряжения, K конденсаторов подсоединены между первым и вторым выводами, а также между третьим и четвертым выводами модулей первого типа по одному без дублирования в точках соединения соседних модулей первого типа, отличающийся тем, что в него дополнительно введены трансформатор, имеющий одну первичную и одну вторичную обмотки, и реверсивный по току выпрямитель, модуль второго типа состоит из двух последовательно соединенных разноименными выводами аналогичных ключей, первый вывод модуля второго типа, соответствующий катоду диода первого ключа, подсоединен к третьему выводу последнего модуля первой группы K/2-1 каскадно соединенных модулей первого типа, а второй вывод модуля второго типа, соответствующий аноду диода второго ключа, подсоединен к второму выводу последнего модуля второй группы K/2-1 каскадно соединенных модулей первого типа, модуль третьего типа представляет собой двунаправленный полностью управляемый электрический вентиль и состоит, например, из двух последовательно соединенных одноименными выводами аналогичных ключей, первый вывод модуля третьего типа подсоединен к четвертому выводу последнего модуля первой группы и к первому выводу последнего модуля второй группы K/2-1 каскадно соединенных модулей первого типа, а также к первому выводу первичной обмотки трансформатора, второй вывод модуля третьего типа подсоединен к точке соединения ключей модуля второго типа, а также к второму выводу первичной обмотки трансформатора, выводы вторичной обмотки трансформатора подсоединены к входным выводам реверсивного выпрямителя, выходные выводы которого служат выводами низкого напряжения преобразователя.

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

Регулируемый умножитель напряжения жмакина // 2453029

Двунаправленный понижающий преобразователь постоянного напряжения // 2394344

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

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.

Способ электропитания и устройство для его осуществления // 2624822

Изобретение относится к области электротехники и может быть применено для электропитания различных устройств, использующих в качестве первичных источников энергии электрохимические и (или) конденсаторные аккумуляторы. Техническим результатом изобретения является повышение продолжительности рабочего разряда аккумулятора. Согласно изобретению выполняют схему, состоящую из аккумулятора и генератора реактивных импульсов энергии с накопителем и ключевым элементом, вторичного источника электропитания, причем в генераторе используют в качестве индуктивного накопителя энергии трансформатор, с выхода которого импульсы реактивной энергии через выпрямитель подаются в аккумулятор, при этом длительность накачки накопителя задают периодом и скважностью прерывания тока ключевым элементом, а мощность, приложенную к нагрузке, задают величиной напряжения на выходе вторичного источника электропитания.2 н.и ф-лы, 7 з.п. ф-лы, 5 ил.