КОНВЕРТОР Российский патент 2003 года по МПК H02M7/06 

Изобретение относится к устройствам для преобразования. энергии достоянного тока на входе в энергию постоянного тока на выходе с промежуточным преобразованием в переменный ток и может быть использовано во вторичных источниках питания радиоэлектронной аппаратуры, в различных системах автоматики, управления и т.д.

К общим требованиям, предъявляемым к подобным устройствам, относится возможность регулирования вторичного напряжения (на выходе устройства) в широком диапазоне. Традиционно эта задача решается путем преобразования постоянного тока на входе (первичное напряжение) в переменный, который общеизвестным трансформированием легко преобразуется в напряжение любой заданной величины (уровня). Далее с помощью общеизвестных устройств трансформированный переменный ток выпрямляется и подается на нагрузку. Заданное изменение величины (уровня) вторичного напряжения ведется широтно-импульсной модуляцией (ШИМ), т. е. путем изменения длительности пауз между импульсами подаваемого на трансформатор постоянного тока.

Очевидно, что полученное таким образом вторичное напряжение содержит множество помех, которые проявляются на выходе устройства в виде колебаний различной частоты и формы, что по электромагнитным излучениям не соответствует требованиям, предъявляемым к источникам питания радиоэлектронной аппаратуры.

По указанной причине усилия разработчиков направлены на создание разнообразных сглаживающих, помехоподавляющих фильтров, устройств и способов стабилизации выходного напряжения.

Например, в аналогичном устройстве "Высокочастотный конвертор" по авт. св. 811441, МПК Н 02 М 3/22, 1979, дроссель выходного фильтра устройства имеет дополнительную обмотку с отводами, каждый из которых соединен со своим подстроенным конденсатором, образуя соответствующий колебательный контур. Настраивая каждый из конденсаторов на соответствующую гармонику, входящую в спектр гармоник преобразованного тока, можно в значительной мере снизить помехи. Однако, поскольку в известном устройстве уровень вторичного напряжения регулируется широтно-импульсной модуляцией, то при изменении уровня напряжения на выходе устройства меняется и спектр помех, для подавления которых с необходимостью требуется перенастроить колебательные контуры фильтра, т. е. на практике известное устройство может качественно работать только на одном уровне выходного напряжения.

Известно устройство "Источник постоянного напряжения" по авт. св. 1023581, МПК Н 02 М 3/22, 1979, которое может обеспечить произвольное число свободных от помех уровней выходного напряжения.

Известное устройство содержит ряд подключенных к возбудителю ВЧ-преобразователей с трансформаторами на их выходах, вторичные обмотки которых соответствующим образом соединены между собой и с входами выпрямительных ячеек, число которых соответствует числу ВЧ-преобразователей. Регулирование выходного напряжения на устройстве ведется временным сдвигом в возбудителе, при котором напряжения на обмотках трансформаторов суммируются или вычитаются, в соответствии с чем меняется напряжение на выходе устройства.

Поскольку при изменении уровней вторичного напряжения основная частота преобразования остается неизменной, соответственно неизменными остаются и частоты остальных гармоник, что позволяет, единожды настроив фильтры, получить выходное напряжение с приемлемым уровнем помех при переключении устройства на любой уровень вторичного напряжения.

Недостаток известного устройства заключается в невозможности плавного регулирования величины выходного напряжения, и его применение ограничено только случаями, когда требуются дискретно регулируемые источники питания.

За прототип заявленного устройства может быть выбран любой конвертор, в котором регулирование величины выходного напряжения ведется путем изменения длительности импульсов входного, например, устройство, описанное на стр.255 в источнике: Микросхемы для импульсных источников питания и их применение. Издание 2-е. М., ДОДЭКА, 2000.

Известное устройство содержит последовательно включенные ВЧ-преобразователь (инвертор), преобразующий напряжение трансформатор и выпрямитель, снабженный соответствующими фильтрами.

Поскольку регулирование величины выходного напряжения в известном устройстве ведется путем изменения длительности импульсов входного напряжения, то устройство имеет все описанные выше недостатки, свойственные устройствам подобного типа, т.е. при регулировании уровня выходного напряжения избавиться от возникающих при этом случайных помех чрезвычайно сложно.

Перед заявленным изобретением была поставлена задача создать устойчивый к помехам конвертор, позволяющий плавно регулировать уровень выходного напряжения в широких пределах.

Поставленная задача решается тем, что предложен конвертор, содержащий последовательно соединенные инвертор, преобразующий трансформатор и выпрямитель.

Новым в предложенном устройстве является то, что между инвертором и трансформатором включен магнитоуправляемый преобразователь напряжения.

Преобразователь содержит два других трансформатора, первичные обмотки которых включены согласно между инвертором и преобразующим трансформатором, а вторичные - встречно и подключены к источнику управляющего тока.

Технический результат заявленного конвертора заключается в возможности прецизионно с допустимым уровнем помех регулировать вторичное напряжение в широких пределах (при постоянной нагрузке - более чем на порядок).

На чертеже представлена схема заявленного конвертора.

Устройство (конвертор) содержит инвертор 1 (ВЧ-преобразователь), входы которого подключены к источнику первичного постоянного тока. Выход инвертора 1 подключен к входу преобразующего напряжение трансформатора 2 через последовательно включенный между ними магнитоуправляемый преобразователь 3 напряжения, а выход трансформатора 2 - к входу выпрямителя 4, снабженного общеизвестными сглаживающими и помехоподавляющими фильтрами.

Магнитоуправляемый преобразователь 3 содержит два одинаковых трансформатора, первичные обмотки 5 и 6 которых включены между инвертором 1 и преобразующим трансформатором 2 согласно, а вторичные 7 и 8 - встречно. Свободные концы 9 обмоток 7 и 8 подключены к управляющему источнику постоянного тока (на чертежа не показан).

Устройство работает следующим образом.

Подлежащий преобразованию постоянный ток заданного напряжения подается на входы 10 инвертора 1, где преобразуется в переменный (пульсирующий), который через обмотки 5 и 6 преобразователя 3 поступает на трансформатор 2. Будучи преобразованным на трансформаторе 2 в напряжение соответствующего уровня, переменный, ток на выпрямителе 4 выпрямляется, отфильтровывается от помех и через выходы 11 устройства поступает к нагрузке. Одновременно на входы 9 обмоток 7 и 8 подается постоянный регулируемый ток от источника управляющего тока. Поскольку обмотки 5 и 6 имеют индуктивное сопротивление, величина которого зависит от степени магнитного насыщения их сердечников (магнитопроводов трансформаторов, характеризуемых соответственно обмотками 5, 7 и 6, 8), то, меняя степень насыщения, можно менять величину сопротивления обмоток 5 и 6, меняя тем самым величину первичного подаваемого на трансформатор 2 напряжения и соответственно вторичного, снимаемого с трансформатора.

Так как степень насыщения магнитопроводов зависит от величины тока, одновременно проходящего как через обмотки 5, 6, так и через обмотки 7, 8, то меняя величину постоянного тока, подаваемого на обмотки 7, 8, можно менять величину напряжения, подаваемого от выпрямителя 4 на нагрузку.

Встречное включение обмоток 7 и 8 предотвращает появление на входах 9 наведенного тока, возникающего в обмотках 7 и 8 вследствие их индуктивной связи с обмотками 5 и 6.

Заявленный конвертор позволяет как вручную, так и автоматически менять в широких пределах выходное напряжение при низком уровне помех. При использовании известных следящих датчиков на выходе устройства, воздействующих на источник управляющего тока, можно автоматически поддерживать стабильный уровень конвертированного напряжения вне зависимости от изменений величины как нагрузки, так и первичного тока.

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для преобразования энергии постоянного тока на входе в энергию постоянного тока на выходе с промежуточным преобразованием в переменный ток. Техническим результатом является создание устойчивого к помехам конвертора, позволяющего плавно регулировать уровень выходного напряжения в широких пределах. Конвертор содержит преобразующий напряжение трансформатор, на входе которого установлено индуктивное сопротивление, величина которого регулируется изменением степени насыщения его сердечника от отдельного источника управляющего постоянного тока. Позволяет при низком уровне помех на выходе в широких пределах прецизионно менять величину выходного напряжения. 1 ил.

Конвертор, содержащий последовательно соединенные инвертор, преобразующий трансформатор и выпрямитель, отличающийся тем, что между инвертором и преобразующим трансформатором включен магнитоуправляемый преобразователь напряжения, содержащий два других трансформатора, первичные обмотки которых включены согласно между инвертором и преобразующим трансформатором, а вторичные - встречно и подключены к источнику управляющего тока.