ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ С ЗАЩИТОЙ КЛЮЧЕЙ Российский патент 2015 года по МПК G05F1/00 

Описание патента на изобретение RU2549526C2

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.

Похожие патенты RU2549526C2

название год авторы номер документа
ПОВЫШАЮЩИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ 2013
  • Жикленков Дмитрий Викторович
  • Мелешин Валерий Иванович
  • Хухтиков Сергей Витальевич
RU2534742C1
ЭНЕРГОПРЕОБРАЗУЮЩАЯ АППАРАТУРА ДЛЯ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА 2017
  • Коробков Дмитрий Владиславович
  • Харитонов Сергей Александрович
  • Школьный Вадим Николаевич
  • Лопатин Александр Александрович
  • Штейн Дмитрий Александрович
  • Гейст Андрей Викторович
  • Макаров Денис Владимирович
RU2676678C1
МНОГОКАНАЛЬНЫЙ МУЛЬТИДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ ОПЕРАЦИОННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ 2023
  • Федоров Сергей Витальевич
RU2821422C1
СПОСОБ РЕКУПЕРАЦИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ НА РЕЛЬСОВОМ ТРАНСПОРТЕ В НАКОПИТЕЛЬНУЮ УСТАНОВКУ ВАГОНА 2008
  • Анисов Андрей Николаевич
  • Криштафович Геннадий Илларионович
  • Пахомов Виктор Яковлевич
RU2379201C1
ИМПУЛЬСНЫЙ ИСТОЧНИК НАПРЯЖЕНИЯ 2014
  • Турышев Борис Иванович
  • Медведский Сергей Николаевич
  • Самохвалов Денис Валентинович
RU2551118C1
Преобразователь постоянного напряжения в постоянное 1990
  • Орнатская Лидия Васильевна
  • Карташев Игорь Александрович
SU1809513A1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ВЕНТИЛЯТОРОМ АВТОМОБИЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ 1991
  • Вознесенский Александр Валерианович
RU2053384C1
ДОПЛЕРОВСКИЙ РАДИОВОЛНОВОЙ ИЗВЕЩАТЕЛЬ С ИСПОЛНИТЕЛЬНЫМ УСТРОЙСТВОМ ДЛЯ ОХРАННОЙ ТРЕВОЖНОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ 2012
  • Полушкин Иван Станиславович
RU2529544C2
РЕГУЛИРУЕМЫЙ ТРАНЗИСТОРНЫЙ РЕДУКТОР ТРЕХФАЗНОГО АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ, ПИТАЮЩЕГОСЯ ОТ ОДНОФАЗНОЙ СЕТИ 2009
  • Стальная Мая Ивановна
  • Борисов Алексей Павлович
  • Черемисин Павел Сергеевич
  • Фомин Александр Сергеевич
RU2402864C1
ДВУХТАКТНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ 2002
  • Шуков Игорь Алексеевич
RU2298282C2

Реферат патента 2015 года 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.

Формула изобретения RU 2 549 526 C2

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.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2015 года RU2549526C2

US 7336057 B2, 26.02.2008
Стабилизированный преобразователь напряжения с защитой от перегрузок 1985
  • Филиппов Иван Иванович
  • Мазунов Анатолий Александрович
SU1295490A1
ТРАНЗИСТОРНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ТРЁХФАЗНОГО НАПРЯЖЕНИЯ СЕТИ В ПОСТОЯННОЕ 2009
  • Ганьшин Андрей Александрович
  • Точенов Александр Анатольевич
RU2402855C1
Преобразователь постоянного напряжения 1984
  • Мишин Вадим Николаевич
  • Леонов Виктор Васильевич
  • Кузьмин Владимир Лазаревич
SU1159129A1

RU 2 549 526 C2

Авторы

Ганьшин Андрей Александрович

Жикленков Дмитрий Викторович

Мелешин Валерий Иванович

Даты

2015-04-27Публикация

2013-05-24Подача