ОДНОПОЛЮСНЫЙ ИЛИ ДВУХПОЛЮСНЫЙ РАЗВЯЗЫВАЮЩИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ С ТРЕМЯ МАГНИТОСВЯЗАННЫМИ ОБМОТКАМИ Российский патент 2012 года по МПК H02M7/53854 H02M7/53862 H02P27/06 B60L11/12 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к однополюсному или двухполюсному развязывающему преобразователю, работающему в квадрантах (Is>0; Vs>0) и (Is<0; Vs<0), а также при нулевых токе и напряжении, которыми обладают магнитосвязанные обмотки, которым можно придать форму в зависимости от способа регулирования, используемого в источнике тока или источнике напряжения. Изобретение может быть использовано во всех типах наземного, морского или авиационного оборудования, использующего данный тип преобразователя, в частности для управления электромеханическим приводом регулирующей автоматики в газотурбинных двигателях.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Управление электрическими исполнительными механизмами, представляющими собой RL-нагрузку (последовательно включенные сопротивление и индуктивность), может быть реализовано или путем приложения регулирующего напряжения к зажимам обмотки управления исполнительным механизмом, или путем использования источника тока, причем это решение является часто более предпочтительным в условиях суровой окружающей среды, так как оно позволяет значительно уменьшить мощность, используемую для управления аппаратурой.

Источники тока развязки могут быть классически разделены на источники тока, использующие индуктивность нагрузки как элемент хранения энергии при операции развязки, следствием чего является приложение к зажимам нагрузки с частотой развязки попеременно отрицательного или положительного напряжения, при этом переходный процесс между этими двумя состояниями в идеале может рассматриваться как непрерывный, и на источники тока, подающие постоянный ток и, следовательно, постоянное напряжение на зажимы нагрузки, при этом элемент хранения энергии развязки размещен непосредственно на управляющей плате.

Источники тока развязки, использующие индуктивность нагрузки в качестве элемента хранения энергии, имеют преимущество в управлении, которое, на первый взгляд, является простым. Они содержат мало или в известных случаях не содержат индуктивных элементов, что приводит к определенному выигрышу в размерах схемы. С другой стороны, они представляют определенное количество неудобств. Они имеют большую зависимость от значения индуктивности нагрузки: способность контроля мгновенного тока в размыкателях источника тока зависит непосредственно от величины индуктивности нагрузки. Степень устойчивости к коротким замыканиям между выходными зажимами преобразователя или между каким-либо зажимом и массой является невысокой. Действительно, в случае короткого замыкания нагрузки невозможно без специальных средств ограничить мгновенный ток. Как следствие, на практике необходимо добавлять выходную индуктивность к источнику тока для ограничения тока короткого замыкания, добавлять устройство защиты и мгновенного размыкания цепи для ограничения максимального значения тока короткого замыкания, добавлять цепь размагничивания выходной индуктивности для управления размыканием после появления короткого замыкания на выходе, увеличивать устройства сопряжения (входной фильтрующий конденсатор), чтобы они могли выдержать токи короткого замыкания. Касаясь аспекта электромагнитной совместимости (в основном, излучающих магистралей), эти источники тока трудно сравнить с нормами излучения в самолетостроении, если хотят получить повышенную частоту развязки, особенно если нагрузкой управляют по кабелю длиной в несколько метров. Отсюда следует уменьшенная частота развязки, обычно меньше 10 кГц, и необходимость уменьшения выходного фильтра (общего и дифференциального), который играет главную роль в стабильности системы. Этот тип источника тока развязки ограничен при использовании при больших мощностях, для которых малая частота развязки не является большим препятствием.

Для источников тока, выдающих постоянное напряжение на зажимах нагрузки, развязка не осуществляется больше в нагрузке, поскольку ток (или напряжение) регулируется на выходе развязывающего преобразователя, содержащего индуктивность, накапливающую как минимум всю энергию, передаваемую в нагрузку, и добавляется конденсатор, сглаживающий напряжение на выходе. Как следствие, напряжение на выходе является практически постоянным на зажимах нагрузки. Имеется меньше затруднений для удержания допустимого для авиации уровня шума при излучении. В случае короткого замыкания в нагрузке ток в преобразователе остается обычно ограниченным. Можно представить частоты развязки, превышающие 100 кГц, ограниченные в действительности отдачей преобразователя и рабочей характеристикой цепи, управляющей затвором отключающих элементов.

На фиг.1а представлена электрическая схема известного преобразователя, подающего постоянное напряжение на зажимы нагрузки. Схема питается положительным напряжением Vp (например, +25 В) и отрицательным напряжением Vm (например, -25 В) относительно массы. Преобразователь содержит два элемента Т1 и Т2, каждый из которых содержит две магнитосвязанные обмотки, размещенные на магнитопроводе. Обмотки каждого элемента Т1 или Т2 намотаны встречно, что показано точкой на обмотке (фиг.1). Вывод обмотки Е1 элемента Т1 связан с источником напряжения Vp через диод D5, включенный в обратном направлении относительно напряжения Vp, другой вывод обмотки соединен с массой. Первый вывод обмотки Е2 элемента Т1 соединен с первым выводом размыкателя Q3, второй вывод которого соединен с источником напряжения Vp. Второй вывод обмотки Е2 соединен с выходным зажимом S1P схемы. Первый вывод обмотки Е3 элемента Т2 соединен с источником напряжения Vm через диод D6, включенный в обратном направлении относительно напряжения Vm, ее второй вывод соединен с массой. Первый вывод обмотки Е4 элемента Т2 связан с первым выводом размыкателя Q4, второй вывод которого связан с источником напряжения Vm. Второй вывод обмотки Е4 соединен с выходным зажимом S1P схемы. Между выходным зажимом S1P и массой включен сглаживающий конденсатор С1.

Преобразователь превращается в источник тока путем добавления средства измерения выходного тока, регулятора и модулятора. Это показано на фиг.1b, где нагрузка включена на выходе преобразователя и представляет собой последовательно включенные резистор Rc и индуктивность Lc. Выходной ток измеряется средством 1 измерения, которое передает характерный сигнал на первый вход средства 2 регулирования (или корректор). Второй вход Ес средства 2 регулирования получает командный сигнал. Выходной сигнал средства 2 регулирования поступает на вход модулятора 3, который выдает управляющий сигнал SQ3 на размыкатель Q3 и управляющий сигнал SQ4 на размыкатель Q4.

Преобразователь (фиг.1а) содержит, таким образом, четыре обмотки на двух магнитопроводах, что приводит к его относительно высокой стоимости и относительно большим размерам.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей настоящего изобретения является уменьшение стоимости и размеров развязывающего преобразователя, выдающего постоянное положительное, отрицательное или нулевое напряжение на зажимах нагрузки; в настоящем изобретении предложена схема с тремя обмотками, размещенными на одном магнитопроводе. Необходимо добавить два диода в схему, но эти элементы имеют малую стоимость и малые размеры.

Первым объектом изобретения является развязывающий преобразователь, питаемый положительным напряжением и отрицательным напряжением относительно массы и выдающий выходное напряжение между первым выходным зажимом и вторым выходным зажимом, содержащий три обмотки, размещенные на одном магнитопроводе, при этом первая и вторая обмотки включены последовательно и намотаны встречно и их первые выводы соединены с массой, второй вывод первой обмотки связан с положительным напряжением через первый диод, включенный в обратном направлении относительно положительного напряжения, второй вывод второй обмотки связан с отрицательным напряжением через второй диод, включенный в обратном направлении относительно отрицательного напряжения, первый вывод третьей обмотки соединен со средней точкой ветви, связывающей положительное напряжение с отрицательным напряжением, часть ветви, связывающая среднюю точку с положительным напряжением, содержит включенные последовательно первое средство, формирующее размыкатель, и третий диод, включенный в прямом направлении относительно положительного напряжения, образующий однонаправленный размыкатель с возможностью прямой и обратной блокировки, часть ветви, связывающая среднюю точку с отрицательным напряжением, содержит включенные последовательно второе средство, формирующее размыкатель, и четвертый диод, включенный в прямом направлении относительно отрицательного напряжения, образующий однонаправленный размыкатель с возможностью прямой и обратной блокировки, второй вывод третьей обмотки связан с выходным зажимом, при этом третья обмотка имеет число витков, превышающее чисто витков первой обмотки и превышающее число витков второй обмотки.

Предпочтительно сглаживающий конденсатор включен между первым выходным зажимом и массой.

Предпочтительно также в ветви, связывающей положительное напряжение с отрицательным напряжением, упомянутое последовательное расположение состоит в размещении первого и второго средств, формирующих размыкатель со стороны положительного или отрицательного напряжений соответственно, и в размещении диодов со стороны средней точки.

Средства, формирующие размыкатель, выбраны из группы, состоящей из МОП-транзисторов, двухполюсных транзисторов, IGBT-транзисторов или любого другого размыкателя с двухсторонней проводимостью и возможностью прямой блокировки.

В первом варианте преобразователь дополнительно содержит средство измерения выходного напряжения преобразователя, это средство измерения подает выходной сигнал, соответствующий выходному напряжению, на первый вход средства регулирования, второй вход которого получает командный сигнал, средство регулирования выдает сигнал на вход модулятора, первый выход которого направляет управляющий сигнал на первое средство, формирующее размыкатель, а второй выход направляет управляющий сигнал на второе средство, формирующее размыкатель, при этом преобразователь в такой конфигурации является источником напряжения.

Во втором варианте преобразователь дополнительно содержит средство измерения тока на выходе преобразователя, это средство измерения выдает сигнал, соответствующий выходному току преобразователя, поступающий на первый вход средства регулирования, на второй вход которого поступает командный сигнал, средство регулирования выдает сигнал на вход модулятора, первый выход которого направляет управляющий сигнал на первое средство, формирующее размыкатель, а второй выход направляет управляющий сигнал на второе средство, формирующее размыкатель, при этом преобразователь в такой конфигурации является источником тока.

Развязывающим преобразователем, согласно изобретению, можно оснащать привод исполнительных электромеханических механизмов, регулирующих автоматы, газотурбинные двигатели или наземное, морское и авиационное оборудование.

Развязывающий преобразователь, согласно настоящему изобретению, может функционировать в соответствии с нижеуказанными способами.

Первый способ содержит следующие этапы при функционировании и выдаче отрицательного тока в нагрузку:

первый этап, в ходе которого первое средство, формирующее размыкатель, открыто, четвертый диод открыт, второе средство, формирующее размыкатель, закрыто и первый, второй и третий диоды заперты в течение первой части цикла, преобразователь работает в непрерывном или прерывистом режимах;

второй этап, следующий за первым этапом, в ходе которого первое и второе средства, формирующие размыкатель, открыты, второй диод открыт, а первый, третий и четвертый диоды заперты в течение второй части циклa, эта вторая часть цикла не заканчивает цикл, если преобразователь работает в прерывистом режиме, и заканчивает цикл, если преобразователь работает непрерывно;

третий этап, следующий за вторым этапом, если преобразователь работает в прерывистом режиме, в ходе которого средства, образующие размыкатель, открыты, и первый, второй, третий и четвертый диоды заперты, в течение третьей части цикла наступает конец цикла.

Второй способ содержит следующие этапы при функционировании и выдаче положительного тока в нагрузку:

первый этап, в ходе которого первое средство, формирующее размыкатель, закрыто, третий диод открыт, второе средство, формирующее размыкатель, открыто, и первый, второй и четвертый диоды заперты в течение первой части цикла, преобразователь работает в непрерывном или прерывистом режимах;

второй этап, следующий за первым этапом, в ходе которого первый диод открыт, первое и второе средства, формирующие размыкатель, открыты, и второй, третий и четвертый диоды заперты в течение второй части цикла, эта вторая часть цикла не заканчивается, если преобразователь работает в прерывистом режиме, и заканчивает цикл, если преобразователь работает в непрерывном режиме;

третий этап, следующий за вторым этапом, если преобразователь работает в прерывистом режиме, в ходе которого средства, формирующие размыкатель, открыты, первый, второй, третий и четвертый диоды заперты, в течение третьей части цикла наступает конец цикла.

Третий способ содержит следующие этапы при функционировании и выдаче отрицательного тока в нагрузку, а преобразователь работает непрерывно:

первый этап, в ходе которого первое средство, формирующее размыкатель, закрыто, третий диод открыт, а первый и четвертый диоды заперты в течение первой части цикла, второй диод заперт, если абсолютное значение выходного напряжения преобразователя мало;

второй этап, следующий за первым этапом, в ходе которого первый диод открыт, первое и второе средства, формирующие размыкатель, открыты, а второй, третий и четвертый диоды заперты в течение второй части цикла;

третий этап, следующий за вторым этапом, в ходе которого второе средство, формирующее размыкатель, закрыто, четвертый диод открыт, первое средство, формирующее размыкатель, открыто и первый, второй и третий диоды заперты в течение третьей части цикла;

четвертый этап, следующий за третьим этапом, в ходе которого второй диод открыт, первое и второе средства, формирующие размыкатель, открыты, а первый, третий и четвертый диоды заперты в течение четвертой части цикла и наступает конец цикла.

Четвертый способ содержит следующие этапы при функционировании и выдаче положительного тока в нагрузку, а преобразователь работает непрерывно:

первый этап, в ходе которого первое средство, формирующее размыкатель, закрыто, третий диод открыт, а первый, второй и четвертый диоды заперты в течение первой части цикла;

второй этап, следующий за первым этапом, в ходе которого первый диод открыт, первое и второе средства, формирующие размыкатель, открыты и второй, третий и четвертый диоды заперты в течение второй части цикла;

третий этап, следующий за вторым этапом, в ходе которого второе средство, формирующее размыкатель, закрыто, четвертый диод открыт, а второй и третий диоды заперты в течение третьей части цикла, а первый диод заперт, если абсолютное значение выходного напряжения мало;

четвертый этап, следующий за третьим этапом, в ходе которого второй диод открыт, первое и второе средства, формирующие размыкатель, открыты, а первый, третий и четвертый диоды заперты в течение четвертой части цикла и наступает конец цикла.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

В дальнейшем изобретение поясняется нижеследующим описанием, не являющимся ограничительным, со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:

фиг.1а изображает электрическую схему известного развязывающего преобразователя, выдающего постоянное напряжение на зажимы нагрузки;

фиг.1b - электрическую схему известного преобразователя, используемого в качестве развязывающего источника тока путем добавления средства для измерения тока выхода, а также соответствующих корректора и модулятора;

фиг.2 - электрическую схему развязывающего преобразователя, выдающего постоянное напряжение на зажимы нагрузки, согласно изобретению;

фиг.3A-3N - варианты функционирования развязывающего преобразователя, согласно изобретению;

фиг.4A-4F - временные диаграммы различных вариантов функционирования, развязывающего преобразователя, согласно изобретению;

фиг.5а - принцип использования развязывающего преобразователя в качестве источника напряжения, согласно изобретению;

фиг.5b - принцип использования развязывающего преобразователя в качестве источника тока, согласно изобретению.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНОГО ВАРИАНТА ВОПЛОЩЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

На фиг.2 показана электрическая схема развязывающего преобразователя, выдающего постоянное напряжение на зажимы нагрузки, согласно изобретению. Этот преобразователь может быть преобразован в источник тока развязки путем добавления средства (прямо или косвенно) измерения тока нагрузки и соответствующих корректора и модулятора. Схема питается положительным напряжением Vp (например, +25V) и отрицательным напряжением Vm (например, -25V) относительно массы.

Преобразователь содержит элемент, образующий трансформатор и содержащий три обмотки Lp, Ls1 и Ls2, намотанные на один магнитопровод. Направление намотки показано точкой на фиг.2. Обмотки Ls1 и Ls2 размещены последовательно для образования вторичной обмотки элемента, образующего трансформатор, и их общая точка (их первые концы) соединена с массой. Обмотка Lp образует первичную обмотку элемента, формирующего трансформатор. Второй конец обмотки Ls1 связан с напряжением Vp через диод D1, включенный встречно относительно напряжения Vp. Второй конец обмотки Ls2 связан с напряжением Vm через диод D2, включенный встречно относительно напряжения Vm. Обмотка Lp первым концом соединена с катодом диода D3 и с анодом диода D4. Второй конец обмотки Lp соединен с выходным зажимом SP схемы. Первый зажим размыкателя Q1 соединен с анодом диода D3 и его второй зажим связан с напряжением Vp. Первый зажим размыкателя Q2 соединен с катодом диода D4, его второй зажим связан с напряжением Vm. Сглаживающий конденсатор Сs включен между выходом SP и массой. Выход SM может быть механически связан с массой непосредственно, либо через резистор, в зависимости от нужд потребителя.

Размыкатели Q1 и Q2 предпочтительно являются элементами на полевых МОП-транзисторах с каналом N или с каналом Р в зависимости от нужд потребителя. Они могут быть заменены любым другим размыкателем с двуполярной проводимостью и с запертой прямой проводимостью.

Np является числом витков обмотки Lp, Ns1 является числом витков обмотки Ls1, и Ns2 является числом витков обмотки Ls2, Np больше, чем Ns1 и Ns2, например, Ns1=Ns2=0,75 Np.

На фиг.2 показаны следующие напряжения: vq1 напряжение на зажимах Q1; vq2 напряжение на зажимах Q2; vd1 напряжение на зажимах D1; vd2 напряжение на зажимах D2; vd3 напряжение на зажимах D3; vd4 напряжение на зажимах D4; vls1 напряжение на зажимах Ls1; vls2 напряжение на зажимах Ls2; vlp напряжение на зажимах Lp, vs напряжение на зажимах Cs, или напряжение на выходе преобразователя.

На фиг.2 показаны также следующие токи: ils1 - ток через обмотку Ls1; ils2 - ток через обмотку Ls2; ilp - ток через обмотку Lp; is - ток через нагрузку Z преобразователя, то есть является выходным током.

Функционирование развязывающего преобразователя будет далее показано со ссылками на фиг.3A-3N в функции от команд (закрытие, открытие), поступающих на размыкатели Q1 и Q2. Токи, циркулирующие в схеме, показаны жирной чертой. Преобразователь, согласно изобретению, является преобразователем двух квадрантов:

vs>0, is>0 и vs<0, is<0.

На фиг.3A-3F показан способ функционирования, где один транзистор Q1 или Q2 (формирующий размыкатель) проводит, когда выходной ток является отрицательным (is<0) или когда выходной ток является положительным (is>0).

На фиг.3А-3С показан способ функционирования, когда выходной ток является отрицательным для цикла функционирования (от t=0 до t=T).

На фиг.3А показан первый этап цикла функционирования между моментами

t=0 и t=t1 (при t1<T). Схема может функционировать в непрерывном режиме и в прерывистом режиме. В ходе этого этапа управление схемой следующее:

Q2 и D4 открыты,

Q1, D1, D2 и D3 заперты.

На фиг.3В показан второй этап цикла функционирования между моментами t=t1 и t=t2. Схема может функционировать в непрерывном режиме (в этом случае t2=T) или в прерывистом режиме. В ходе этого этапа управление схемой следующее:

D2 открыт,

Q1, Q2, D1, D3 и D4 заперты.

На фиг.3С показан третий этап цикла функционирования только для прерывистого режима между t=t2 и t=T. В ходе этого этапа управление схемой следующее:

Q1, Q2, D1, D2, D3 и D4 заперты,

ток, циркулирующий в нагрузке, обеспечивается энергией, запасенной в конденсаторе Cs.

На фиг.4А представлены временные диаграммы, соответствующие способу функционирования, представленному фиг.3А-3С для прерывистого режима, то есть для цикла функционирования, содержащего три этапа.

На фиг.4В показаны временные диаграммы, соответствующие способу функционирования, представленному фиг.3А-3С для непрерывного режима, то есть для цикла функционирования, содержащего два этапа.

На фиг.3D-3F показан способ функционирования, когда выходной ток является положительным для цикла функционирования (от t=0 до t=T).

На фиг.3D показан первый этап цикла функционирования между моментами

t=0 и t=t1 (при t1<T). Схема может функционировать в непрерывном режиме и в прерывистом режиме. В ходе этого этапа управление схемой следующее:

Q1 и D3 открыты,

Q2, D1, D2 и D4 заперты.

На фиг.3Е показан второй этап цикла функционирования между моментами t=t1 и t=t2. Схема может функционировать в непрерывном режиме (в этом случае t2=T) или в прерывистом режиме. В ходе этого этапа управление схемой следующее:

D1 открыт,

Q1, Q2, D2, D3 и D4 заперты.

На фиг.3F показан третий этап цикла функционирования только для прерывистого режима между t=t2 и t=T. В ходе этого этапа управление схемой будет следующим:

Q1, Q2, D1, D2, D3 и D4 заперты,

ток is, циркулирующий в нагрузке, обеспечивается энергией, запасенной в конденсаторе Cs.

На фиг.4С показаны временные диаграммы, соответствующие способу функционирования, показанному на фиг.3D-3F для непрерывного режима, то есть для цикла функционирования, содержащего три этапа.

На фиг.4D показаны временные диаграммы, соответствующие способу функционирования, представленному на фиг.3D-3F для непрерывного режима, то есть для цикла функционирования, содержащего два этапа.

На фиг.3G-3N показан способ функционирования, когда два транзистора Q1 и Q2 (формирующие размыкатель) открыты, когда выходной ток отрицателен (is<0) и когда ток выхода является положительным (is>0). Описанное функционирование является непрерывным.

На фиг.3G-3J показан способ функционирования, когда выходной ток является отрицательным для цикла функционирования (от t=0 до t=T).

На фиг.3G показан первый этап цикла функционирования между моментами

t=0 и t=t1. В ходе этого этапа управление схемой следующее:

Q1 и D3 открыты,

Q2, D1 и D4 заперты,

D2 запирается, если абсолютное значение постоянного выходного напряжения мало.

На фиг.3Н показан второй этап цикла функционирования между моментами t=t1 и t=t2. В ходе этого этапа управление схемой следующее:

D1 открыт,

Q1, Q2, D2, D3 и D4 заперты.

На фиг.3I показан третий этап цикла функционирования между моментами

t=t2 и t=t3. В ходе этого этапа управление схемой следующее:

Q2 и D4 открыты,

Q1, D1, D2 и D3 заперты.

На фиг.3J показан четвертый этап цикла функционирования между моментами t=t3 и t=T. В ходе этого этапа управление схемой следующее:

D2 открыт,

Q1, Q2, D1, D3 и D4 заперты.

На фиг.3K-3N показан способ функционирования, когда выходной ток is является положительным для цикла функционирования (от t=0 до t=T).

На фиг.3К показан первый этап цикла функционирования между моментами

t=0 и t=t1. В ходе этого этапа управление схемой следующее:

Q1 и D3 открыты,

Q2, D1, D2 и D4 заперты.

На фиг.3L показан второй этап цикла функционирования между моментами

t=t1 и t=t2. В ходе этого этапа управление схемой следующее:

D1 открыт,

Q1, Q2, D2, D3 и D4 заперты.

На фиг.3М показан третий этап цикла функционирования между моментами t=t2 и t=t3. В ходе этого этапа управление схемой следующее:

Q2 и D4 открыты,

Q1, D2 и D3 заперты,

D1 запирается, если абсолютное значение постоянного выходного напряжения мало.

На фиг.3N показан четвертый этап цикла функционирования между моментами t=t3 и t=T. В ходе этого этапа управление схемой следующее:

D2 открыт,

Q1, Q2, D1, D3 и D4 заперты.

На фиг.4Е показаны временные диаграммы, соответствующие способу функционирования, показанному на фиг.3G-3J для цикла функционирования, содержащего четыре этапа.

На фиг.4F показаны временные диаграммы, соответствующие способу функционирования, показанному на фиг.3K-3N для цикла функционирования, содержащего четыре этапа.

На фиг.5а показан принцип использования преобразователя в качестве источника напряжения путем добавления средства 11 измерения дифференциального напряжения между выходами SP и SM соответствующего корректора 12, получающего команду Ес, и соответствующего модулятора 13. С выходов модулятора 13 управляющие сигналы SQ1 и SQ2 поступают на транзисторы Q1 и Q2.

На фиг.5b показан принцип использования преобразователя в качестве источника тока путем добавления средства 21 измерения выходного тока is преобразователя соответствующего корректора 22, получающего команду Ес, и соответствующего модулятора 23. Управляющие напряжения SQ1 и SQ2 с выходов модулятора 23 поступают на транзисторы Q1 и Q2.

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в источнике тока или источнике напряжения. Техническим результатом является уменьшение стоимости развязывающего преобразователя, выдающего постоянное напряжение на зажимы нагрузки (Z), и размеров схемы. В однополюсный или двухполюсный развязывающий преобразователь с тремя обмотками (Lp, Ls1, Ls2) и одним магнитопроводом введены два диода (D3, D4), которые имеют незначительную стоимость и размеры. 9 н. и 5 з.п. ф-лы, 25 ил.

1. Развязывающий преобразователь, питаемый положительным напряжением (Vp) и отрицательным напряжением (Vm) относительно массы и подающий выходное напряжение между первым выходным зажимом (SP) и вторым выходным зажимом (SM), причем второй выходной зажим связан непосредственно или через резистор с массой, содержащий три обмотки (Ls1, Ls2, Lp), размещенные на одном магнитопроводе, при этом первая (Ls1) и вторая (Ls2) из указанных обмоток размещены последовательно и намотаны встречно, их общие или первые выводы соединены с массой, второй вывод первой обмотки (Ls1) связан с положительным напряжением (Vp) через первый диод (D1), включенный инверсно относительно положительного напряжения (Vp), второй вывод второй обмотки (Ls2) связан с отрицательным напряжением (Vm) через второй диод (D2), включенный инверсно относительно отрицательного напряжения (Vm), причем третья обмотка (Lp) связана первым выводом со средней точкой ветви, соединяющей положительное напряжение (Vp) с отрицательным напряжением (Vm), при этом часть ветви, связывающая среднюю точку с положительным напряжением (Vp), содержит включенные последовательно первое средство формирования размыкателя (Q1) и третий диод (D3), включенный в прямом направлении относительно положительного напряжения (Vp), и образующие вместе однонаправленный размыкатель, осуществляющий прямую и обратную блокировки, причем часть ветви, связывающая среднюю точку с отрицательным напряжением (Vm), содержит размещенные последовательно второе средство формирования размыкателя (Q2) и четвертый диод (D4), включенный в прямом направлении относительно отрицательного напряжения (Vm), и образующие вместе однонаправленный размыкатель, осуществляющий прямую и обратную блокировки, при этом второй вывод третьей обмотки (Lp) связан с первым выходным зажимом (SP), причем третья обмотка (Lp) имеет число витков, превышающее число витков первой обмотки (Ls1) и превышающее число витков второй обмотки (Ls2).

2. Развязывающий преобразователь по п.1, отличающийся тем, что между первым выходным зажимом (SP) и массой включен сглаживающий конденсатор (Cs).

3. Развязывающий преобразователь по любому из пп.1 или 2, отличающийся тем, что в ветви, соединяющей положительное напряжение (Vp) с отрицательным напряжением (Vm), последовательно включены первое (Q1) и второе (Q2) средства, формирующие размыкатель, со стороны положительного и отрицательного напряжений соответственно, а также диоды (D3, D4) со стороны средней точки.

4. Развязывающий преобразователь по п.1, отличающийся тем, что первое (Q1) и второе (Q2) средства, формирующие размыкатель, выбраны из группы, состоящей из МОП-транзисторов, двухполюсных транзисторов, IGBT-транзисторов или любого другого размыкателя, имеющего двухстороннюю проводимость и прямое запирание.

5. Развязывающий преобразователь по п.1, отличающийся тем, что дополнительно содержит средство (11) измерения напряжения на выходе преобразователя, которое предназначено для передачи сигнала, соответствующего выходному напряжению, на первый вход средства (12) регулирования, второй вход которого получает командный сигнал, при этом средство регулирования (12) предназначено для формирования сигнала, поступающего на вход модулятора (13), первый выход которого направляет управляющий сигнал (SQ1) на первое средство, формирующее размыкатель (Q1), а второй выход направляет сигнал (SQ2) на второе средство, формирующее размыкатель (Q2), при этом в такой конфигурации преобразователь является источником напряжения.

6. Развязывающий преобразователь по п.1, отличающийся тем, что дополнительно содержит средство (21) измерения выходного тока (is) преобразователя, которое предназначено для передачи сигнала, соответствующего выходному току преобразователя, на первый вход средства (22) регулирования, второй вход которого получает командный сигнал, при этом средство (22) регулирования предназначено для формирования сигнала, поступающего на вход модулятора (23), первый выход которого направляет сигнал (SQ1) управления на первое средство, формирующее размыкатель (Q1), а второй выход направляет сигнал (SQ2) на второе средство, формирующее размыкатель (Q2), при этом в такой конфигурации преобразователь является источником тока.

7. Электромеханический исполнительный механизм, содержащий развязывающий преобразователь по любому из пп.1-6.

8. Регулирующий автомат, содержащий развязывающий преобразователь по любому из пп.1-6.

9. Оборудование наземное, морское или авиационное, содержащее развязывающий преобразователь по любому из пп.1-6.

10. Газотурбинный двигатель, содержащий развязывающий преобразователь по любому из пп.1-6.

11. Способ функционирования развязывающего преобразователя по любому из пп.1-6, заключающийся в том, что преобразователь при запитывании положительным напряжением (Vp) и отрицательным напряжением (Vm) относительно массы осуществляет подачу выходного тока (is) в нагрузку (Z), включенную между первым выходным зажимом (SP) и вторым выходным зажимом (SM), связанным непосредственно или через резистор с массой, отличающийся тем, что он содержит следующие этапы для функционирования и пропускания отрицательного тока в нагрузку (Z):
первый этап, на котором первое средство, формирующее размыкатель (Q1), открыто, четвертый диод (D4) открыт, второе средство, формирующее размыкатель (Q2), заперто и первый диод (D1), второй диод (D2) и третий диод (D3) заперты в течение первой части цикла, при этом преобразователь работает в непрерывном режиме или прерывистом режиме,
второй этап, на котором первое (Q1) и второе (Q2) средства, формирующие размыкатель, открыты, второй диод (D2) открыт, а первый (D1), третий (D3) и четвертый (D4) диоды заперты в течение второй части цикла, эта вторая часть не заканчивает цикл, если преобразователь работает в прерывистом режиме, и заканчивает цикл, если преобразователь работает в непрерывном режиме,
третий этап, если преобразователь работает в прерывистом режиме, на котором первое (Q1) и второе (Q2) средства, формирующие размыкатель, открыты, а первый (D1), второй (D2), третий (D3) и четвертый (D4) заперты, и третья часть цикла завершает цикл.

12. Способ функционирования развязывающего преобразователя по любому из пп.1-6, заключающийся в том, что преобразователь при запитывании положительным напряжением (Vp) и отрицательным напряжением (Vm) относительно массы осуществляет подачу выходного тока (is) в нагрузку (Z), включенную между первым выходным зажимом (SP) и вторым выходным зажимом (SM), отличающийся тем, что он содержит следующие этапы для функционирования и пропускания положительного тока в нагрузку (Z):
первый этап, на котором первое средство, формирующее размыкатель (Q1), заперто, третий диод (D3) открыт, второе средство, формирующее размыкатель (Q2), открыто, а первый (D1), второй (D2) и четвертый (D4) диоды заперты в течение первой части цикла, при этом преобразователь работает в непрерывном режиме или прерывистом режиме;
второй этап, на котором первый диод (D1) открыт, первое (Q1) и второе (Q2) средства, формирующие размыкатель, открыты, а второй (D2), третий (D3) и четвертый (D4) диоды заперты в течение второй части цикла, эта вторая часть цикла не заканчивается при работе преобразователя в прерывистом режиме или завершает цикл при работе преобразователя в непрерывном режиме;
третий этап при работе преобразователя в непрерывном режиме, на котором первое (Q1) и второе (Q2) средства, формирующие размыкатель, открыты, первый (D1), второй (D2), третий (D3) и четвертый (D4) диоды заперты, при этом третья часть цикла завершает цикл.

13. Способ функционирования развязывающего преобразователя по любому из пп.1-6, заключающийся в том, что преобразователь при запитывании положительным напряжением (Vp) и отрицательным напряжением (Vm) относительно массы осуществляет подачу выходного тока (is) в нагрузку (Z), включенную между первым выходным зажимом (SP) и вторым выходным зажимом (SM), отличающийся тем, что он содержит следующие этапы для функционирования и пропускания отрицательного тока в нагрузку (Z) при работе преобразователя в непрерывном режиме:
первый этап, на котором первое средство формирования размыкателя (Q1) закрыто, третий диод (D3) открыт, второе средство формирования размыкателя (Q2) открыто, а первый (D1) и четвертый (D4) диоды заперты в течение первой части цикла, второй диод (D2) заперт, если абсолютное значение напряжения на выходе преобразователя мало;
второй этап, на котором первый диод (D1) открыт, первое (Q1) и второе (Q2) средства формирования размыкателя открыты, а второй (D2), третий (D3) и четвертый (D4) диоды заперты в течение второй части цикла;
третий этап, на котором второе средство формирования размыкателя (Q2) заперто, четвертый диод (D4) открыт, первое средство формирования размыкателя (Q1) открыто, а первый (D1), второй (D2) и третий (D3) диоды заперты в течение третьей части цикла;
четвертый этап, на котором второй диод (D2) открыт, первое (Q1) и второе (Q2) средства формирования размыкателя открыты, а первый (D1), третий (D3) и четвертый (D4) диоды заперты, при этом четвертая часть завершает цикл.

14. Способ функционирования развязывающего преобразователя по любому из пп.1-6, заключающийся в том, что преобразователь при запитывании положительным напряжением (Vp) и отрицательным напряжением (Vm) относительно массы осуществляет подачу выходного тока (is) в нагрузку (Z), включенную между первым выходным зажимом (SP) и вторым выходным зажимом (SM), отличающийся тем, что он содержит следующие этапы для функционирования и пропускания положительного тока в нагрузку (Z) при работе преобразователя в непрерывном режиме:
первый этап, на котором первое средство формирования размыкателя (Q1) заперто, третий диод (D3) открыт, второе средство формирования размыкателя (Q2) открыто, а первый (D1), второй (D2) и четвертый (D4) диоды заперты в течение первой части цикла;
второй этап, на котором первый диод (D1) открыт, первое (Q1) и второе (Q2) средства формирования размыкателя открыты, а второй (D2), третий (D3) и четвертый (D4) диоды заперты в течение второй части цикла;
третий этап, на котором второе средство формирования размыкателя (Q2) заперто, четвертый диод (D4) открыт, первое средство формирования размыкателя (Q1) открыто, а второй (D2) и третий (D3) диоды заперты в течение третьей части цикла, при этом первый диод (D1) заперт при малом абсолютном значении выходного напряжения;
четвертый этап, на котором второй диод (D2) открыт, первое (Q1) и второе (Q2) средства формирования размыкателя открыты, а первый (D1), третий (D3) и четвертый (D4) диоды заперты, при этом четвертая часть цикла завершает цикл.