Регулируемый конвертор

 

ВАТЕ" "":.,СХАЙ биб ио экю МБА (II 501454

ОПИСАНИЕ

ИЗОбРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Соеетскик

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 12.07.71 (21) 1675719/24-7 (51) М Кл г Н 02М 3/32

Н 02Р 13/16 с присоединением заявки №

Соегта Мнннстрое СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 621.314.58 (088.8) Опубликовано 30.01.76. Бюллетень ¹ 4

Дата опубликования описания 06.05.76 (72) Лвторы изобретения. Л. Е, Смольников и H. H. Лаптев (71) Заявитель

Московский ордена Ленина энергетический институт (54) РЕГУЛ И РУЕМЪ1Й КОНВЕРТОР

ГосУдаРстеенный комитет (23) Прио „, ет

Известны регулируемые конверторы, содержащие основную и несколько вспомогательных инверторных транзисторных ячеек, вторичные обмотки выходных трансформаторов KOTOipbIx соединены последовательно и связаны через выпрямитель с цепью нагрузки, предваритель ный усилитель, управляющий вход которого связан с общим опорным элементом через обмотки выходных трансформаторов основной и предшествующих ячеек.

Известные конверторы относительно сложны, так как содержат значительное количество элементов.

С целью упрощения в предлагаемом конверторе предварительный усилитель выполнен в виде включенного в общую цепь управления ячейки ключа, вход которого соединен через фиксирующие диоды с дополнительными оомотками упомянутых трансформаторов.

В качестве указанного ключа может быть использован транзистор с противоположным транзистором ячеек типом проводимости, что обеспечивает уменьшение необходимого количества обмоток выходных трансформаторов и возможность использования одного опорного элемента непосредственно для управления всеми вспомогательными ячейками.

На чертеже представлена схема предлагаемого регулируемого конвертора для случая трех вспомогательных ячеек.

Конвертор содержит: 1 — источник пита5 ния; 2 — задающий генератор; 3 — трансформатор задающего генератора; 4 — основная инверторная ячейка; 5 — 7 — первая, вторая и третья вспомогательные ячейки; 8 — 15 — первичные обмотки трансформаторов ячеек; 16—

10 19 — выходные обмотки трансформаторов ячеек; 20 — 25 — дополнительные обмотки трансфо рматоров ячеек; 26 — опорный элемент;

27 — 29 — фиксиру1ощие диоды; 30 — 32 — управляющие ключевые элементы (транзисторы)

15 соответственно первой, второй и третьей вспомогательных ячеек; 33 — 38 — возвратные диоды; 39 — выпрямители; 40 — нагрузка; 41— шунтирующий конденсатор.

Для нормального функционирования схемы

20 необходимо, чтобы выходное напряжешш основной пнверторной ячейки превышало по абсолютнои Величине выходное папря"кение любой вспомогательной инвсрторной ячейки.

Предполагая для простоты, что все элементы

25 схемы являются идеальными, рассмотрим ее работу в режиме стабилизации выходного напряжения преобразователя на некотором относительном уровне 1,00 и изменении напряжения питания в диапазоне 0,80 †: 1,20, например, 30 при следующем соотношении коэффициенточ

501454

Выходные напряжения вспомогательных инверторных ячеек

Относительная нестабильность выходного напряжения преобразователя, Выходное напряжение основной инверторной ячейки

Напряжение питания

Выходное напряжение преобразователя второй третьей первой

О, 800

+О, 115

+О, 122

+0, 129

+О, 136

+О, 143 — О, 150 — О, 158 — О, 165 — О, 172

-, 0,800

+О, 850

+0, 900

-+-О, 950

-+-1, 000

-+-1, 050

+1, 100 —,1,150

+1,200

+О, 057

+О, 060 — О, 064 — 0,068 — 0,071

+0,075

+0,078

+0, 082 — О, 085

-+-О, 029 — 0,031

+0,032 — О, 034 — О, 036

+0,038 — О, 040 — О, 042

+0, 043

1, 002

+0,2

0,850

1,001

0,997

+0,1

0,900

0,950 — 0,3 — 1,6

0,984

1,000

1,050

1,100

1,150

1,200

1, 036

-+-3, 6

1, 013

-+-1,3

0,980

1,025

0,986 — 2,0

4-2,5 — 1,4 трансформации для основной и вспомогательнььх инве рторных ячеек Кв . 1 i. :1 . Кз= 1:

0,143: 0,071: 0,036 (К вЂ” отношение числа витков выходной обмотки трансформатора соотНезависимо от напряжения источника питания 1 подключенный к нему задающий генератор 2 с трансформатором 3 (первичная обмотка 42, вторичные обмотки 43 — 50) вырабатывает симметричные знакопеременные п<рямоугольные импульсы, используемые для управ- 10 ления как основной 4, так и вспомогательными

5 — 7 инверторными ячейками.

При минимальном напряжении питания, равном в относительных единицах 0,80, суммарные напряжения опорного элемента 26 и соот- 15 ветствующих дополнительных обмоток 20 — 25 таковы, что к диодам 27 — 29 фиксирующих выпрямителей приложены обратные напряжения, этп диоды закрыты и, следовательно, в базы угравляющих транзисторов 30 — 32 от об 20 моток 43 и 44 задающего генератора и соответственно в базы коммутирующих транзисторов всех вспомогательных инверторных ячеек от обмоток 45 — 50 задающего генератора поступают токи, и выходные напряжения этих ячеек изменяются в фазе с выходным напряжением основной ячейки. При этом нн через один из возвратных диодов 33 — 38 ток не протекает, и выходное напряжение конвертора равно арифметической сумме выходных на- 30 пряжений всех ячеек.

При напряжении питания равном 0,85 состояния фиксирующих диодов 27, 28 и, соответственно, состояния вспомогательных инверторных ячеек 5, 6 не именяются, в то время как 35 через фиксирующий диод 29 протекают попеременно токи, что обусловливает заппрание управляющего транзистора 32 и коммути рующих транзисторов вспомогательной ячейки 7, переходящей из инверторного в выпрямитель- 40 ный режим, в котором через возвратные диоды 37, 38 осуществляется рекуперация энергии из внешней цепи в источник питания. встствующей ячейки к числу витков его первичной обмотки) .

Процесс стабилизации при сделанных допущениях отображается следующей таблицей

Для этого случая выходное напряжение данной ячейки изменяется в противофазе по отношению к выходным напряжениям всех остальных ячеек и, следовательно, вычитается из их суммы (см. таблицу). Отсутствие отпи рающих токов в цепи баз транзисторов этой ячейки повышает к.п.д. конвертора.

При дальнейшем увеличении напряжения питания в зависимости от состояний фиксирующих диодов 27 — 29 каждая из вспомогательных ячеек может давать как положительную, так и отрицательную составляющую выходного напряжения конвертора, причем знак этой составляющей автоматически определяется соотношением между напряжением опорного элемента и суммой напряжений соответствующих измерительных обмоток так, что выходное напряжение конверто ра стабилизируется на заданном уровне.

Из представленной таблицы следует, что при выбранных коэффициентах трансформации относительная нестабильность выходного напряжения преобразователя для заданного диапазона изменения напряжения питания не превышает +3,6%. Так как длительности фронтов прямоугольных напряжений на обмотках трансформаторов ячеек отличны от нуля, то для усцранения коммутационных выбросов к включенной через выпрямитель 39 нагрузке 40 преобразователя подключен шунтирующий конденсатор 41 относительно небольшой емкости. 3а счет отсутствия фильтра и небольшой суммарной мощности вспомогательных ячеек (для рассмотренного примера 20% от всей мощности устройства) схема имеет высокий к.п.д., близкий к к.п.д, нестабилизированного прсобразоватсля.

Возможны различные модификации устройства. Так, например, в качестве опорного эле.

501454 мента 26 можно использовать кремниевый стабилитрон с питанием его через вспомогательные резистор и двухполупериодный выпрямитель от дополнительных обмоток трансформатора задающего генератора или трансформатора основной инверторной ячейки. Сам задающий генератор по цепп питания может быть подключен к обмоткам трансформатора основной инвертор ой ячейки или на выход конвертора. При использовании основной инверторной ячейки, работающей в автогенераторном режиме, необходимость в задающем генераторе отпадает, и управление транзисторами вспомогательных инверторных ячеек может быть осуществлено непосредственно от обмотки трансформатора основной ячйки.

Для надежного обеспечения ключевого режима работы коммутирующих транзисторов целесообразно применение во входных цепях вспомогательных ячеек в качестве управляющего ключевого элемента составных транзисторов, двухоперационных тиристоров, релейных элементов типа триггера Шмитта и т. д.

Одно из важных применений предлагаемое усцройство найдет для получения стабилизированного постоянного напряжения при использовании в качестве источника энергии нестабилизированной трехфазной сети переменного тока промышленной частоты, В этом случае, как следует из описанного выше принципа работы, в качестве источника 1 можно использовать трехфазную сеть с включенным на ее выход мостовым выпрямителем без какого-либо дополнительного фильтра.

Наличие общих электродов у различных транзисторов конвертора упрощает задачу его

5 миниатюризации путем выполнения в интегральном виде схемы управления.

Для регулирования выходного напряжения устройства необходимо изменять напряжение на опорном элементе 2б.

Формул а изобретения

1. Регулируемый конвертор, содержащий основную и несколько вспомогательных инвер15 торных транзисторных ячеек, вторичные обмотки выходных трансформаторов которых соединены последовательно и связаны через выпрямитель с цепью нагрузки, предварительный усилитель, управляющий вход которого

20 связан с общим опорным элементом через обмотки выходных трансформаторов основной и предшествующих ячеек, отличающийся тем, что, с целью упрощения, предварительный усилитель выполнен в виде включенного в об25 щую цепь управления ячейки ключа, вход которого соединен через фиксирующие диоды с дополнительными обмотками упомянутых трансформаторов.

2. Конвертор по п. 1, отл и ч а ющи и ся

30 тем, что в качестве указанного ключа использован транзистор с противоположным транзистором ячеек типом проводимости, 501454

Составитель Г. Бейдер

Редактор Н. Спиридонова Техред М. Семенов Корректоры: В. Петрова и О. Данишева

Заказ 704!9 Изд. № 1091 Тираж 882 I1oäïèñío

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений н открытий

113035, Москва, OK-35, Раугнская наб., д. 4/5

Типография, нр. Сапунова, 2