Преобразователь постоянного напряжения



Преобразователь постоянного напряжения
Преобразователь постоянного напряжения

 


Владельцы патента RU 2505914:

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

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.

 

Предлагаемое изобретение относится к области преобразовательной техники и может быть использовано в источниках и системах вторичного электропитания, а также при создании автономных многоуровневых систем обмена электрической энергией постоянного тока.

Известен преобразователь постоянного напряжения (Электричество, №7, 1969, с.82-84, рис.3), содержащий входной, выходной и общий выводы для подключения соответственно источника постоянного напряжения и нагрузки, зарядный ключ, n соединенных параллельно цепочек, включенных между входным выводом преобразователя и первым выводом зарядного ключа, второй вывод которого соединен с его общим выводом, состоящих каждая из последовательно соединенных конденсатора и двух зарядных диодов, (n-1) разрядных ключей, каждый из которых включен между разноименными выводами конденсаторов соответствующих смежных зарядных цепочек, разрядный ключ, включенный между входным выводом и точкой соединения конденсатора и зарядного диода первой цепочки.

К недостаткам данного преобразователя следует отнести избыточное количество элементов зарядной цепи состоящей из двух диодов и ключа, низкий к.п.д. вследствие завышенных потерь при заряде конденсаторов от входного источника постоянного напряжения через указанные элементы и их разряде на емкостную нагрузку, а также его неспособность работать в обратном направлении в качестве понижающего преобразователя.

Кроме того, известен преобразователь постоянного напряжения (Электротехника, №10, 2007, с.34-40, рис.1 - блоки - А1.1 и А1.2), являющийся прототипом предлагаемого изобретения, содержащий входной, выходной и общий выводы, два идентичных однотактных преобразователя соединенных параллельно по входу и выходу, содержащих каждый n конденсаторов и две группы двунаправленных ключей, причем первый ключ первой группы, включен между положительным выводом первого конденсатора и выходным выводом преобразователя, (n-1) ключей первой группы, каждый из которых включен между разноименными выводами конденсаторов соответствующих смежных цепочек, последний ключ первой группы, соединяющий входной вывод с отрицательным выводом последнего конденсатора, а каждый ключ второй группы соединяет отрицательный вывод соответствующего конденсатора с общим выводом преобразователя.

Недостаток прототипа - однонаправленность, т.е. его способность работать только в прямом направлении как повышающий преобразователь постоянного напряжения и неспособность работать в обратном направлении в качестве понижающего преобразователя, что снижает его функциональные возможности.

Задачей предлагаемого изобретения является расширение функциональных возможностей преобразователя.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в преобразователь постоянного напряжения, содержащий входной, выходной и общий выводы, два идентичных однотактных преобразователя соединенных параллельно по входу и выходу, содержащих каждый n конденсаторов и две группы двунаправленных ключей, причем первый ключ первой группы, включен между положительным выводом первого конденсатора и выходным выводом преобразователя, (n-1) ключей первой группы, каждый из которых включен между разноименными выводами конденсаторов соответствующих смежных цепочек, последний ключ первой группы, соединяющий входной вывод с отрицательным выводом последнего конденсатора, а каждый ключ второй группы соединяет отрицательный вывод соответствующего конденсатора с общим выводом преобразователя введены и двунаправленных ключей, каждый из которых соединяет положительный вывод соответствующего конденсатора с входным выводом преобразователя.

На Фиг.1 приведена структурная схема предлагаемого преобразователя, а на Фиг.2 - двухуровневая система обмена электрической энергией постоянного тока на его основе.

Преобразователь (Фиг.1) состоит из двух идентичных однотактных преобразователей 1 и 2, соединенных параллельно по входу и выходу соответственно - между входным 3, выходным 4 и общим 5 выводами. Каждый идентичный однотактный преобразователь содержит n конденсаторов 6 и две группы двунаправленных ключей: первую - (7, 8, 9), вторую - 10 и n двунаправленных ключей 11, причем первый ключ первой группы 7, включен между положительным выводом первого конденсатора и выходным выводом 4 преобразователя, (n-1) ключей первой группы 8 включены между разноименными выводами конденсаторов 6 соответствующих смежных цепочек, а последний ключ первой группы 9 соединяет входной вывод преобразователя 3 с отрицательным выводом последнего конденсатора 6. При этом каждый ключ второй группы 10 соединяет отрицательный вывод соответствующих конденсаторов 6 с общим выводом преобразователя 5, а n двунаправленных ключей 11 соединяют положительные выводы соответствующих конденсаторов 6 с входным выводом 3 преобразователя.

Преобразователь работает следующим образом. В него входят два идентичных однотактных преобразователя 1 и 2, каждый из которых способен работать как в прямом так и в обратном направлении. В прямом направлении работа преобразователя осуществляется по принципу поочередного высокочастотного периодического параллельного подзаряда конденсаторов 6 в однотактных преобразователях от источника постоянного напряжения Е, подключаемого к выводам 3 и 5, через двунаправленные ключи 10, 11 с их последующим последовательным разрядом на нагрузку, подключаемую к выводам 4 и 5, через двунаправленные ключи (7-9). Поскольку разряд соединенных последовательно конденсаторов 6 на нагрузку происходит через последовательно соединенный с ними источник Е, то силовая цепь каждого из однотактных преобразователей упрощается за счет уменьшения числа цепочек на единицу. В результате выходное напряжение преобразователя увеличивается и оказывается равным (n+1)·Е.

При работе преобразователя в обратном направлении источник постоянного напряжения и нагрузка меняются местами, и работа преобразователя осуществляется по принципу поочередного высокочастотного периодического последовательного подзаряда конденсаторов 6 одного из однотактных преобразователей от источника Е через двунаправленные ключи (7, 8, 9) и нагрузку и одновременном разряде на нее параллельно соединенных конденсаторов другого однотактного преобразователя через двунаправленные ключи 10, 11. В результате при работе преобразователя в обратном направлении выходное напряжение уменьшается и оказывается равным Е/(n+1).

Следует отметить, что преобразователь сохраняет свою работоспособность в обоих направлениях при исключении из его состава одного из однотактных преобразователей. При этом общее количество используемых элементов сокращается в два раза. Однако, в этом случае, недостатком является ухудшение качества выходного напряжения и увеличение уровня кондуктивной импульсной помехи, создаваемой импульсами зарядного тока на зажимах входного источника постоянного напряжения.

Кроме того, предлагаемый преобразователь способен работать при подключении к его входу и выходу аккумуляторных батарей с различными напряжениями, по схеме, представленной на Фиг.2. В данном случае преобразователь представляет собой двухуровневую систему обмена электрической энергией между источниками постоянного тока с кратными напряжениями. Обмен электрической энергией отсутствует, если отношение уровней напряжения батарей

.

При изменении уровней напряжения батарей баланс нарушается и возникает режим обмена электрической энергией, причем если , то батарея Е1 подзаряжает батарею Е2, а если , то происходит обратный процесс. С увеличением числа батарей - К обмен электрической энергией между ними осуществляется многоуровневой системой, состоящей из (K-1) предлагаемых преобразователей.

Таким образом, предлагаемый преобразователь имеет более широкие функциональные возможности, т.к. способен работать в обоих направлениях, как в режиме повышения, так и понижения входного напряжения, а также в качестве системы обмена электрической энергией между источниками постоянного тока с кратными напряжениями.

Преобразователь постоянного напряжения, содержащий входной, выходной и общий выводы, два идентичных однотактных преобразователя, соединенных параллельно по входу и выходу, содержащих каждый n конденсаторов и две группы двунаправленных ключей, причем первый ключ первой группы включен между положительным выводом первого конденсатора и выходным выводом преобразователя, (n-1) ключей первой группы, каждый из которых включен между разноименными выводами конденсаторов соответствующих смежных цепочек, последний ключ первой группы, соединяющий входной вывод с отрицательным выводом последнего конденсатора, а каждый ключ второй группы соединяет отрицательный вывод соответствующего конденсатора с общим выводом преобразователя, отличающийся тем, что в него введены n двунаправленных ключей, каждый из которых соединяет положительный вывод соответствующего конденсатора с входным выводом преобразователя.



 

Похожие патенты:

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

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

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.

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

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.

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.

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.

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.

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.
Наверх