Однотактный резонансный преобразователь постоянного напряжения в постоянное

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социапистическив

Республик н>944014 (61) Дополнительное к авт. свиа-ву (22) Заявлено 17. 11. 80 (2! ) 3005413/24-07 с присоединением заявки №(23) Приоритет (5 l ) M. Кл.

3/315

9иударстввиный комитет

СССР (53) УДК 621. 314., 1 (088. 8) ао делам изобретений и отврытнй

Опубликовано 15. 07. 82 ° Бюллетень № 26

Дата опубликования описания 17. 07. 82 (72) Авторы изобретения

Б.Д. Михайлов, Г.М. Махтин и Г.В. Смирнов,."Научно-исследовательский проектно-конструктор н ий и технологический институт высоковольтного апрарЬтостроения

Ленинградского производственного объединения Электро-. аппарат" и Научно-исследовательский институт .постоянного . : тока (71) Заявители (54) ОДНОТАКТНЫЙ РЕЗОНАНСНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано, например, в устройствах для преобразования постоянного напряжения одного уровня в стабили5 зированное постоянное напряжение другого уровня.

Известен резонансный инвертор, содержащий силовой тиристор, комму тирующий конденсатор и дроссель, образующие вместе с нагрузкой резонансный контур, в котором при переключении тиристора протекает переменный ток высокой частоты.

Собственная частота контура при этом зависит от параметров нагрузки, поэтому при постоянной частоте переключения тиристоров выходное напряжение в значительной мере зависит от на груз ки E1) .

Известен также преобразователь с автономным резонансным инвертором, имеющий выходной дроссель-трансформатор, вторичная обмотка которого через выпрямитель связана с выходными выводами постоянного тока (2).

Наиболее близким по технической сущности к данному изобретению является однотактный преобразователь, содержащий последовательно соединенные коммутирующий дроссель, силовой ти" ристор и коммутирующий конденсатор, параллельно которому подключен дроссель 1,нагрузка). В контур, образованный коммутирующим конденсатором и дросселем, введен датчик тока, выход которого через пороговый элемент соединен с управляющим переходом силового тиристора (31.

Недостатками такого инвертора являются низкий КПД и недостаточно высокая стабильность выходного напряжения при изменении нагрузки и напряжения питания, Наличие датчика тока и порогового элемента приводит к тому, что угол включения силового тиристо" ра определяется лишь собственной часхотой нагрузочного контура. Включе3 94401 ние тиристора происходит всегда в момент перехода тока в контуре через нуль. При этом при уменьшении напряжения питания или увеличения нагруз" ки (уменьшении сопротивления нагрузки1 напряжение на нагрузке уменьшается. Кроме того, при малой величине нагрузки (или на холостом ходу ) работа силового тиристора на нагрузочный контур приводит к повышению напряже" t0 ния на нагрузке и к снижению КПД преобразователя.

Цель изобретения - повышение КПД преобразователя и улучшение стабилизации выходного напряжения при изменении 5 нагрузки и напряжения источника питания в широком диапазоне.

Поставленная цель достигается тем, что в однотактный преобразователь, содержащий коммутирующий дроссель, силовой тиристор и коммутирующий конденсатор, соединенные последовательно и включенные между входными выводами, генератор импульсов, выход кото- 5 рого связан с управляющим переходом силового тиристора, и выходной дрос" сель" трансформатор, первичная обмотка которого связана параллельно с коммутирующим конденсатором, а.вторич" . ®О ная через выпрямитель подключена к выходным выводам, зашунтированным накопительным конденсатором, введены три формирователя импульсов, дат-чик выходного напряжения, резистор, зз разделительный диод и дополнительный тиристор, дроссель-трансформатор снабжен дополнительной обмоткой, причем вход первого формирователя соеди" нен последовательно g выходом датчи40 ка выходного напряжения и подключен к входным выводам, выход связан с управляющим переходом силового тиристора, входы второго и третьего формирователей подключены встречно-параллель45 но к выходным выводам, выход второго формирователя связан с управляющим переходом дополнительного тиристора, а третьего - с управляющим переходом силового тиристора, разделительный диод, дополнительный тиристор и резис- тор соединены последовательно и подключены к дополнительной обмотке дросселя-трансформатора, дополнительный тиристор связан параллельно с управляющим переходом силового тиристора, . а вход генератора импульсов включен последовательно в цепь первичной обмотки дросселя-трансформатора.

Каждый формирователь может быть выполнен в виде последовательно соединенных порогово-ключевого элемента с встречно-параллельно подключенным диодом, конденсатора, зашунтированного резистором, и первичной обмотки импульсного трансформатора, вторичная обмотка которого связана с выходом формирователя, причем значение напряжения срабатывания порогово-ключевого элемента для первого формирователя не превышает напряжения источника питания преобразователя, для второго Формирователя - равно максимально допустимому заданному значению .напряжения на выходных выводах преобразователя, а для третьего формирователя — разности между максимально допустимым значением напряжения на выходных выводах преобразователя и заданным минимально допустимым значением этого напряжения.

На чертеже дана схема преобразователя.

Преобразователь содержит последовательно соединенные коммутирующий дроссель 1, силовой тиристор 2 и коммутирующий конденсатор 3. Параллельно коммутирующему конденсатору 3 подключен нагрузочный контур 4, образованный первичной обмоткой 5 дросселятрансформатора 6, вторичная обмотка 7 которого через выпрямитель 8 на диодах 9 и 10 соединена с накопительным конденсатором 11. Генератор импульсов 12 включен в цепи обмотки 5.

Преобразователь содержит также формирователи импульсов 13- 15, датчик выход ного напряжения преобразователя 16, дополнительный тиристор 17 с разделительным диодом 18 и резистором 19, подключенные к дополнительной вторичной обмотке 20 дросселя-трансформатора 6. Дополнительная вторичная обмотка 20 подключена к дополнительному . тиристору 17, так, что если начало. первичной обмотки 5 связано с катодом силового тиристора 2, то начало дополнительной вторичной обмотки 20 связано с катодом дополнительного тиристора 17. Коммутирующий дрос" сель 1 соединен с положительным полюсом, а коммутирующий конденсатор 3с отрицательным полюсом источника питания 21. К выходным выводам 22 преобразователя подключен накопительный конденсатор 11. Входные выводы 23 каждого формирователя импульсов подключены к последовательно соединенным порогово-ключевому элементу, на-. пример динистору 24, с встречно-параллельно подключенным диодом 25, конденсатору 26, зашунтированному резистором 27, и первичной обмотке 28 импульсного трансформатора 29, вторичная .обмотка 30 которого связана с выходными выводами 31 формирователя. Выход генератора импульсов 12 через разделительный диод 32 соединен с цепью управления силового тиристора 2. Формирователи 14 и 15 по входу подключены к накопительному конденсатору 11, а по выходу сбответственно к цепи управления дополни- >S тельного тиристора 17 через разделительный диод 33, и к цепи управления силового тиристора 2 через разделительный диод 35 подключен также и выход формирователя 13, вход которого щ согласно и последовательно через датчик выходного напряжения 16 подключен к источнику питания 21. Датчик выходного напряжения 16 выполнен на вторичной обмотке 36 дросселя-транс- 2ь форматора 6, соединенной через выпрямитель 37 с конденсатором 38, зашунтированным резистором 39. Цепь управления силового тиристора 2 через разделительный диод 40 подключена параллельно дополнительному тиристору 17. Напряжение порога срабатывания динистора 24 в формирователе 13 выбирается несколько ниже минимального напряжения источника питания 21, По35 рог срабатывания динистора 24 в формирователе 14 выбирается равным величине максимально допустимого значения напряжения на выходных выводах 22,а порог срабатывания этого динистора в

io формирователе 15 выбирается равным разности вели чины максимально допустимого значения напряжения на выходных выводах 22 и минимально допустимого значения этого напряжения.

iS

Преобразователь работает следующим образом.

В исходном состоянии конденсаторы 3 и 11 и конденсатор 38 датчика напряжения разряжены. При подаче от источника питания 21, постоянного на50 пряжения на преобразователь срабатывает формирователь импульсов 13, что приводит к формированию на его выходе импульса и последующему запуску через разделительный диод 35 силового тиристора 2. При отпирании этого тиристора начинает заряжаться конденса" тор 3. Заряд указанного конденсато10

5 944014 6 ра носит колебательный характер, так как прокодит через дроссель 1, обра" эующий с конденсатором 3 последовательный колебательный контур. В результате колебательного процесса конденсатор заряжается до напряжения, превышающего напряжение источника питания 21, ток в цепи тиристора 2 прекращается, и он запирается. Одновре" менно конденсатор 3 начинает разряжаться через первичную обмотку 5 нагрузочного контура 4, которая с конденсатором 3 образует параллельный колебательный контур. Трансформированные во вторичную обмотку 7 коле" бания через выпрямитель 8 и накопительный конденсатор ll поступают на выходные выводы 22. При этом до величины напряжения на выходных выходах 22 происходит заряд конденсатора 26 формирователя 15. через первич" ную обмотку 28 трансформатора 29 и диод 25. Подкачка энергии в параллельный колебательный контур осущест" вляется путем периодического включе" ния тиристора 2 генератором импульсов 12 через разделительный диод 32 (в соответствии с Фазой тока в параллельном контуре1. При напряжении на выходных выводах преобраэовате" ля 22, равном максимально допустимому значению, срабатывает формирователь 14 и через диод 33 включает под" соединенный к дополнительной вторичной обмотке 20 дополнительный тиристор 17, нагруженный на резистор 19 через диод 18. Это приводит к прекращению колебаний в параллельном контуре практически менее, чем за период его частоты (колебательный режим в контуре переходит в апериодический }, чем обусловливается прекращение работы генератора 12 и шунтирование цепи управления тиристара 2 включившимся дополнительным тиристором 17 через разделительный диод 40. Подключение дополнительной вторичной обмотки 20 с резистором 19 к дополнительному тиристору 17 в про" тивофаэе с первичной обмоткой 5 обеспечивает при включении последнего исключение срыва работы силового тиристора 2,. После включения дополнительного тиристора 17 и прекращения работы тиристора 2 накопительный конденсатор начинает разряжаться через нагрузку, подключенную к выходным выводам преобразователя.22. При этом на конденсаторе 26 формирователя 15 вви"

7 9440 ду значительной величины резистора 27 напряжение остается практически неизменным, а на динисторе 24 повышается до значения напряжения его порога срабатывания. При срабатывании фор- мирователя !5 через разделительный диод 34 запускается силовой тиристор 2, что приводит к возобновлению работы преобразователя в соответствии с описанным. Таким образом, обеспечи- 10 вается стабилизация напряжения на выходных выводах преобразователя в заданных пределах.

Работа формирователей импульсов l3, и 14 происходит следующим обравом. 15

При напряжении на входных выводах 23, превышающем напряжение срабатывания динистора 24, последний отпирается и через первичную обмотку 28 трансформатора 29 заряжается конденсатор 26. 20

Во вторичной обмотке 30 указанного трансформатора формируется выходной импульс, поступающий на выходные выводы 31. Запирание динистора 24 происходит в результате колебательного д процесса в последовательном контуре, образованном конденсатором 26 и первичной обмоткой 28 трансформатора 29.

Диод 25 служит для снятия обратного напряжения с динистора 24, а также щ для создания цепи заряда конденсатора 26. Резистор 27 предназначен для разряда конденсатора 26 после формирования импульса. S формирователе 13 напряжение на входных выводах 33 опре" деляется разностью напряжений источника питания 21 и конденсатора 38 датчика напряжения lá (резистор 39 датчика предназначен для обеспечения режима, при котором выходное напряжение датчика lá пропорционально напряжение на выходных выводах 22).

Преобразователь позволяет обеспечить стабилизацию выходного напряжения не только при значительных колебаниях нагрузки, но и при колебании питающего напряжения.

Формула изобретения

Ф

1. Одноконтактный резонансный преобразователь постоянного напряжения в постоянное, содержащий коммутирующий дроссель, силовой тиристор и коммутирующий конденсатор, соединен-

55 ные последовательно и включенные между входными выводами, генератор импульсов, выход которого связан с управляющим переходом силового тиристора, и выходной дроссель-трансформатор, первичная обмотка которого связана параллельно с коммутирующим конденсатором, а вторичная через выпрямитель подключена к выходным выводам, зашунтированным накопительным конденсатором, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД и улучшения стабилизации выходного напряжения при изменении сопротивления нагрузки и входного напряжения в ".ши. роком диапазоне, в него введены три формирователя импульсов, датчик выходного напряжения, резистор, разделительный диод и дополнительный тиристор, дроссель-трансформатор снабжен дополнительной обмоткой, причем вход первого формирователя соединен последовательно с выходом датчика выходного напряжения и подключен к входным выводам, выход связан с управляющим переходом силового тиристора, входы второго и третьего формирователей подключены встречно-параллельно к выходным выводам, выход второго формирователя связан с управляющим переходом дополнительного тиристора, а третьего - с управляющим переходом силового тиристора, разделительный диод, дополнительный тиристор и резистор соединены последовательно и подключены к дополнительной обмотке дросселя-трансформатора, дополнительный тиристор связан параллельно с управляющим переходом силового тиристора, а вход генератора импульсов включен последовательно в цепь первичной обмотки дросселя-трансформатора.

2. Преобразователь по и. 1, о тл и ч а ю ц и и с я тем, что каждый формирователь выполнен в виде включенных на входе и соединенных последовательно порогово-ключевого элемента, зашунтированного обратным диодом, конденсатора, зашунтированного резистором, и первичной обмотки импульсного трансформатора, вторичная обмотка которого связана с выходом формирователя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Ф 150160, кл. Н 02 И 1/08, 1962.

2. Заявка Японии и 50-39808, кл. Н 02 И 3/10, опублик, 1975.

3. Авторское свидетельство СССР

f 652668, кл. Н 02 И 7/5l5, 1972.

944014

Составитель А. Сытин

Редактор К. Волощак Техоед Е. Харитончик Корректор А. Язятко

Заказ 514о/71 Тираж 721 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1130Яд Иосква Ж-3 Раушская наб. д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Уж ород, ул, Проектная, 4