Преобразователь напряжения с защитой ключей

Изобретение относится к преобразовательной технике и может использоваться при разработке источников питания различной аппаратуры. Технический результат заключается в защите от выхода из строя силовых ключей при повышении на них напряжения и повышении тока через них, что выполняется с помощью определенной последовательности переключений силовых ключей и контактора от устройства управления. Он достигается тем, что предложен преобразователь напряжения, который работает от источника постоянного напряжения и содержит датчики тока и напряжения, контактор, силовой транзистор, включенный последовательно с контактом контактора и шунтированный резистором, повышающий регулятор на основе двух силовых ключей и двух диодов, DC/DC преобразователь на основе полумоста и двух последовательно включенных конденсаторов, силового трансформатора, выходного выпрямителя, нагруженного на емкость и нагрузку, а также устройство управления. 1 ил.

 

Изобретение относится к области преобразовательной техники, в частности к преобразователям, входящим в состав систем энергообеспечения электронной и электромеханической аппаратуры, а также оборудования для транспорта.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является устройство, описанное в патенте US 7336057.

Устройство по патенту США US 7336057 содержит обычный повышающий регулятор, подключаемый к полюсам источника постоянного тока, DC/DC преобразователь, содержащий полумост на основе двух ключей и двух конденсаторов. В диагональ полумоста включена первичная обмотка трансформатора, а его вторичная обмотка через выпрямитель подключена к индуктивно-емкостному фильтру, к выходу которого подключается нагрузка. В устройстве используются датчик тока, датчик напряжения, включенные на выходе DC/DC преобразователя, устройство управления, первым и вторым входами связанное соответственно с первым датчиком тока и первым датчиком напряжения и формирующее на своем первом выходе сигнал управления повышающим регулятором, а на втором - сигналы управления DC/DC преобразователем и повышающим регулятором с учетом отклонений сигналов датчика тока и датчика напряжения от соответствующих заданных значений. Решение, заключающееся в установке датчиков напряжения и тока в цепях, для выявления превышения напряжения и тока допустимых значений является очевидным для специалиста (RU 117744 U1).

Известна также установка контактора на входе устройства (RU 2447571).

Техническим результатом, на получение которого направлено данное изобретение, является последовательность переключений силовых ключей и контактора, осуществляемая с помощью датчиков напряжения и тока, в результате которой защищаются от выхода из строя силовые транзисторы при повышении на них напряжения и повышении тока через эти транзисторы.

На Фиг. 1 представлена схема устройства.

Устройство преобразования напряжения содержит повышающий регулятор на основе двух ключей, двух диодов и двух конденсаторов, входом подключенный к полюсам источника постоянного напряжения, а выходом соединенный с входом DC/DC преобразователя. DC/DC преобразователь, содержит разделительный трансформатор Т1, своей вторичной обмоткой подключенный к нагрузке Rн через выпрямитель В1 и сглаживающий конденсатор С4.

Повышающий регулятор подключается к одному полюсу источника постоянного напряжения через цепь, состоящую из последовательно включенных входного ключа VT1, замыкающего контакта контактора К1 и датчика входного тока ДТ1, и содержит дроссель L1, одним выводом подключенный к аноду диода VD1 и коллектору ключа VT2, а другим - к эмиттеру ключа VT1. Параллельно силовым выводам ключа VT1 подключен резистор R1. Эмиттер ключа VT2 подключен к коллектору ключа VT3, который своим эмиттером подключен ко второму полюсу источника постоянного напряжения. Между точкой соединения датчика тока ДТ1, контактом К1 и вторым полюсом источника постоянного напряжения подключен входной датчик напряжения ДН1. Точка соединения эмиттера ключаУТ2 и коллектора ключа VT3 подсоединена к общей точке конденсаторов С1 и С2 DC/DC преобразователя. Эмиттер ключа VT3 и второй полюс источника постоянного напряжения подсоединены к катоду диода VD2. Катод диода VD1 подсоединен к первому выводу конденсатора С1 и коллектору ключа VT4 DC/DC преобразователя. Анод диода VD2 подсоединен к первому выводу конденсатора С2 и эмиттеру ключа VT5 DC/DC преобразователя. Общие точки конденсаторов С1 и С2 и ключей VT2 и VT3 подсоединены к последовательной цепи, состоящей из первичной обмотки W1 трансформатора Т1, конденсатора С3 и датчика тока ДТ2. Датчик тока ДТ2 подсоединен к общей точке ключей VT4 и VT5. На выходе устройства преобразования напряжения параллельно нагрузке Rн включен датчик напряжения ДН3.

Для защиты преобразователя напряжения введены датчик входного напряжения ДН1, датчик входного тока ДТ1, датчик тока в диагонали DC/DC преобразователя ДТ2, датчик напряжения на выходе повышающего регулятора ДН2 и датчик напряжения ДН3 на выходе устройства преобразования напряжения.

Устройство управления (Фиг. 1) получает сигналы от входных датчиков напряжения и тока (ДН1, ДТ1), от датчика тока ДТ2 в диагонали DC/DC преобразователя, от датчика напряжения ДН2 на выходе повышающего регулятора и датчика напряжения ДН3 на выходе устройства преобразования напряжения. Выходы устройства управления подключены к обмотке OKI, управляющей контактом К1, а также к управляющим выводам ключей VT1, VT2, VT3, VT4 и VT5.

Принцип работы схемы заключается в следующем

Начало работы

Контакт К1 разомкнут, токи через ключи VT1, VT2, VT3, VT4 и VT5 не протекают.

Замыкается контакт К1, входное напряжение через зарядный резистор R1, дроссель L1 и диоды VD1 и VD2 поступает на конденсаторы С1 и С2, заряжая их. После заряда конденсаторов С1 и С2 замыкается ключ VT1, шунтируя резистор R1. Далее устройство управления формирует управляющие импульсы ключей VT2, VT3, VT4 и VT5 таким образом, чтобы поддерживать заданное напряжение на нагрузке Rн, измеренное датчиком напряжения ДН3.

Обработка сигналов об аварийных ситуациях

Возрастание напряжения на нагрузке Rн, вызываемое, например, неисправностью датчика напряжения ДН3, обрывом цепи обратной связи по напряжению или какими-то другими причинами приводит к возрастанию напряжения на ключах повышающей ступени VT2, VT3 и DC/DC преобразователя VT4, VT5.

Контроль за напряжением на этих ключах выполняется датчиком напряжения ДН2. При достижении предельно допустимого напряжения на ключах DC/DC преобразователя VT4 и VT5 по информации от датчика напряжения ДН2 устройство управления запирает ключи повышающего регулятора VT2 и VT3, снимает напряжение с обмотки контактора ОК1 для размыкания контакта контактора К1 и запирает ключ VT1. При этом ключи DC/DC преобразователя VT4 и VT5 должны продолжать работать некоторое время передавая энергию в нагрузку Rн через трансформатор Т1. Если же ключи VT4 и VT5 запереть сразу в момент срабатывания датчика ДН2, то напряжение на ключах VT4 и VT5 может увеличиться еще больше из-за накопившейся энергии в дросселе L1.

Описанный выше процесс отключения также применяется при повышении напряжения на входе устройства преобразования напряжения. В этом случае отключение происходит по показанию датчика входного напряжения ДН1. Время размыкания контакта электромеханического контактора К1, как правило, велико, поэтому повышенное входное напряжение некоторое время поступает на ключи повышающего регулятора VT2, VT3 и DC/DC преобразователя VT4, VT5, что может вызвать их выход из строя. Для уменьшения напряжения, подаваемого на вход повышающего регулятора и DC/DC преобразователя, в устройстве используется ключ VT1, шунтирующий зарядный резистор R1. В момент срабатывания защиты по датчику входного напряжения ключ VT1 запирается и входное напряжение подается на элементы преобразователя напряжения через зарядный резистор R1. Время запирания ключа VT1 крайне мало по сравнению с временем отключения электромеханического контактора К1 Ключи DC/DC преобразователя VT4 и VT5 продолжают работать еще некоторое время, передавая энергию в нагрузку, а через резистор R1 продолжает протекать ток, из-за чего на резисторе R1 появляется напряжение. Чем выше величина входного напряжения устройства преобразования напряжения, тем выше ток через резистор R1, тем выше падение напряжения на резисторе R1. В момент прекращения работы ключей DC/DC преобразователя VT4 и VT5 контакт контактора К1 уже разомкнут и напряжение на вход повышающего регулятора не поступает.

Во время неуправляемого повышения напряжения на выходе повышающего регулятора, например, из-за неверного измерения выходного напряжения датчиком ДН3 также возрастает величина входного тока устройства преобразования напряжения, а также возрастают токи через ключи DC/DC преобразователя VT4 и VT5 и первичную обмотку W1 трансформатора Т1. При работе устройства преобразования напряжения на большую нагрузку Rн токи через ключ VT1, ключи повышающего регулятора VT2 и VT3, ключи DC/DC преобразователя VT4 и VT5 могут достигнуть критической для данных транзисторов величины. За контролем тока, протекающего через ключ VT1, ключи повышающего регулятора VT2 и VT3, ключи DC/DC преобразователя VT4 и VT5, в схему введены датчик входного тока ДТ1 и датчик тока ДТ2 в диагонали полумоста. При достижении предельно допустимого входного тока или тока в диагонали полумоста происходит запирание ключей VT4 и VT5 DC/DC преобразователя, ключей VT2 и VT3 повышающего регулятора, запирание входного ключа VT1 и отключение входного контактора К1. При этом из-за дросселя L1 происходит выброс напряжения, которое приложено к ключам VT1, VT2, VT3 и VT4. Это повышение напряжения ограничивается резистором R1, подключенным последовательно с дросселем L1.

Преобразователь напряжения, предназначенный для обеспечения электроэнергией различных нагрузок, работающий от источника постоянного напряжения, содержащий датчик напряжения на выходе устройства преобразования напряжения, повышающий регулятор, DC/DC преобразователь с силовым трансформатором, выходным выпрямителем и емкостным фильтром, устройство управления, отличающийся тем, что с целью повышения защищенности устройства при различных авариях, повышающий регулятор выполнен на основе двух ключей и двух диодов, в устройство преобразования напряжения введены датчик входного напряжения и датчик входного тока, контактор, входной ключ, к силовым выводам которого подключен резистор, датчик тока и конденсатор в диагонали DC/DC преобразователя, датчик напряжения на выходе повышающего регулятора, повышающий регулятор подключается к одному полюсу источника постоянного напряжения через цепь, состоящую из последовательно включенных входного ключа, замыкающего контакта контактора и датчика входного тока и содержит дроссель, одним выводом подключенный к аноду первого диода и коллектору первого ключа повышающего регулятора, а другим - к эмиттеру входного ключа, параллельно силовым выводам которого подключен резистор, эмиттер первого ключа повышающего регулятора подключен к коллектору второго ключа повышающего регулятора, который своим эмиттером подключен ко второму полюсу источника постоянного напряжения, между точкой соединения датчика входного тока, контактом контактора и вторым полюсом источника постоянного напряжения подключен датчик входного напряжения, точка соединения эмиттера первого ключа и коллектора второго ключа повышающего регулятора подсоединена к общей точке конденсаторов DC/DC преобразователя, эмиттер второго ключа повышающего регулятора и второй полюс источника постоянного напряжения подсоединены к катоду второго диода повышающего регулятора, катод первого диода подсоединен к первому выводу первого конденсатора и коллектору первого ключа DC/DC преобразователя, анод второго диода повышающего регулятора подсоединен к первому выводу второго конденсатора и эмиттеру второго ключа DC/DC преобразователя, общие точки конденсаторов и ключей повышающего регулятора подсоединены к последовательной цепи, состоящей из первичной обмотки трансформатора, конденсатора и датчика тока в диагонали DC/DC преобразователя, вторым выводом датчик тока подсоединен к общей точке ключей DC/DC преобразователя, на выходе устройства преобразования параллельно нагрузке включен датчик напряжения, устройство управления получает сигналы от датчика входного напряжения, датчика входного тока, от датчика тока в диагонали DC/DC преобразователя, от датчика напряжения на выходе повышающего регулятора и датчика напряжения на выходе устройства преобразования напряжения, выходы устройства управления подключены к обмотке, управляющей контактом контактора, а также к управляющим выводам ключей.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат: получение сигнала синусоидальной формы, близкой к идеальной синусоиде, обеспечение возможности регулирования частоты выходного напряжения и повышение коэффициента полезного действия.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к регулированию переменного напряжения и тока. Технический результат заключается в расширении диапазона регулирования напряжения при индуктивной нагрузке независимо от ее параметров и создании надежного регулятора переменного напряжения, позволяющего реализовать этот способ, обеспечивая высокие энергетические показатели.

Изобретение относится к способу и системе для синхронной синусоидальной регулировки яркости светильников. Техническим результатом является обеспечение сохранения формы сигнала подаваемого напряжения и коэффициента мощности осветительного устройства.

Устройство относится к области электротехники и может использоваться при проектировании стабилизаторов напряжения, аналого-цифровых и цифроаналоговых преобразователей и других устройств автоматики.

Изобретение может быть использовано в стабилизаторах переменного напряжения. Технический результат заключается в повышении к.п.д.

Изобретение относится к области электротехники и силовой электроники, может быть использовано при построении систем генерирования электрической энергии переменного тока или систем гарантированного электропитания переменного тока, в которых применяется инвертор напряжения.

Изобретение относится к устройству для возбуждения светодиода, к прибору, содержащему устройство, и к способу для возбуждения светодиода. Технический результат заключается в осуществлении устройства для возбуждения светодиода с повышенной эффективностью.

Изобретение относится к технике антенн СВЧ и может быть использовано в передающем канале двухканального приемопередающего СВЧ модуля (ППМ). Техническим результатом является снижение потерь выходной мощности ППМ и увеличение развязки между выходными канала в режиме передачи.
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для электропитания электротехнической аппаратуры, приводов, двигателей, осветительных сетей, блоков питания систем связи, автоматики и телемеханики с целью оптимизации работы электрооборудования и энергосбережения.

Использование: в области электроэнергетики. Технический результат - надежное поддержание напряжения системы в допустимом диапазоне.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при разработке высокочастотных источников питания с гальванической развязкой выходного напряжения для транспортных средств с комбинированными энергоустановками. Технический результат заключается в повышении энергетических показателей и расширении функциональных свойств устройства. Для этого заявленное устройство содержит источник питания собственных нужд, подключенный к бортовой двенадцативольтовой аккумуляторной батарее, полумостовой транзисторный преобразователь, токоограничивающий резистор, датчик тока, трансформаторно-выпрямительный каскад, входной фильтр, выходной фильтр, первый и второй усилители мощности для управления транзисторами полумостового транзисторного преобразователя, регулятор напряжения, компаратор, RS-триггер и триггер со счетным входом, первое и второе реле, датчик наличия напряжения на положительной входной клемме полумостового транзисторного преобразователя, первый и второй логические элементы 4ИЛИ-НЕ, в устройство также введены генератор прямоугольных импульсов, а источник питания содержит понижающий ШИМ-регулятор, образованный последовательно соединенными дросселем и полевым транзистором, и третий усилитель мощности, подключенный к затвору полевого транзистора, при этом второй выход регулятора напряжения через индикатор подключен к плюсовой клемме бортовой двенадцативольтовой аккумуляторной батареи. 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам, обеспечивающим требуемое качество электрической энергии для потребителей. Технический результат заключается в обеспечении плавного и бесступенчатого регулирования и стабилизации выходного напряжения и устранении коммутационных перенапряжений и перерывов в электропитании, исключении коммутационных бросков тока. Для этого предложен стабилизатор-регулятор напряжения переменного тока, содержащий автотрансформатор, блок управления с обратной связью по выходному напряжению, при этом он содержит автотрансформатор, выполненный на двух сердечниках, на каждом сердечнике расположены одна первичная и одна управляющая обмотки, вторичная обмотка охватывает оба сердечника, цепь последовательно и встречно соединенных первичных обмоток присоединена одним концом к сети, а вторым к общей точке соединения вторичной обмотки и нагрузки, образуя последовательное соединение первичных и вторичной обмотки, второй конец вторичной обмотки подключен к общей точке соединения нагрузки и сети питания, к каждой управляющей обмотке присоединены блоки электронных регуляторов, регулируемых блоком управления, снабженным обратной связью по выходному напряжению через потенциометр, параллельно подключенный к выходной обмотке стабилизатора-регулятора напряжения переменного тока. 2 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в устройствах электропитания, в частности в стабилизаторах переменного напряжения. Техническим результатом является снижение динамических потерь электроэнергии. Стабилизатор переменного напряжения содержит коммутирующий блок с коммутирующими реле, токоограничительный резистор, первый вывод которого подключен к нейтральному проводу электросети, и трансформатор, первый вывод вторичной обмотки которого подключен к фазному проводу электросети, а второй вывод подключен к нагрузке, при этом коммутирующий блок содержит полупроводниковый ключ между вторым выводом первичной обмотки трансформатора и нейтральным проводом электросети и два коммутирующих реле, первое коммутирующее реле имеет нормально замкнутые контакты, второе коммутирующее реле имеет нормально разомкнутые контакты. 1 ил.

Изобретение относится к электроэнергетике. Технический результат заключается в повышении эффективности работы системы автоматического ограничения снижения напряжения (АОСН). Для этого предложена система АОСН, содержащая устройство(а) АОСН, включающее блок сравнения с напряжением отключения, блок выдержки времени на отключение, блок последовательного отключения групп присоединений, блок сравнения с напряжением включения присоединений, блок выдержки времени на включение, блок последовательного включения отдельных присоединений, при этом на вход системы введены последовательно соединенные блок определения режимов электрической сети, блок анализа, блок определения присоединений, подключаемых под действие АОСН, блок задания уставок устройств АОСН, причем блок определения режимов определяет напряжения на шинах подстанций; блок анализа определяет подстанции, на которых необходимо установить устройства АОСН; блок определения присоединений устанавливает приоритетность присоединений, блок задания уставок обеспечивает задание уставок по напряжению и времени отключения. 2 ил., 3 табл.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в качестве температурно-стабильного источника опорного напряжения (ИОН). Технический результат заключается в обеспечении минимального температурного коэффициента выходного напряжения ИОН при пониженной разности напряжений вход-выход. Для этого предложен источник опорного напряжения, который содержит шесть транзисторов и три резистора, при этом первый и второй резисторы подключены первыми выводами к эмиттеру первого транзистора, второй вывод первого резистора подключен к эмиттеру второго транзистора, базы с первого по четвертый транзисторов объединяются с коллекторами первого и третьего транзисторов, коллекторы второго и четвертого транзисторов подключены к базе пятого транзистора, первый вывод третьего резистора и база шестого транзистора подключены к коллектору пятого транзистора, второй вывод третьего резистора и эмиттер шестого транзистора подключены к шине питания, второй вывод второго резистора и коллектор шестого транзистора подключены к выходной клемме. 3 ил.
Наверх