СУММИРУЮЩИЙ МОЩНОСТЬ ПОВЫШАЮЩИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ Российский патент 2024 года по МПК H02M3/07 

Предлагаемое изобретение относится к области преобразовательной техники и может быть использовано при создании малогабаритных повышающих преобразователей способных выполнить не только функцию энергоэффективного преобразования выходных напряжений нескольких различных по выходным параметрам источников постоянного напряжения, но и обеспечить сложение их мощностей в общей нагрузке.

Известен регулируемый повышающий преобразователь постоянного напряжения (Электротехника, №10, 2007, с. 34-40, рис. 1 - блок А1.1), содержащий входной, выходной и общий выводы для подключения соответственно источника постоянного напряжения и нагрузки, n соединенных параллельно цепочек, включенных между входным и общим выводами, состоящих каждая из последовательно соединенных зарядного диода, конденсатора и зарядного ключа, (n-1) разрядных ключей, каждый из которых включен между разноименными выводами конденсаторов соответствующих смежных цепочек, разрядный ключ, включенный между входным выводом и точкой соединения конденсатора и зарядного ключа последней цепочки.

Недостаток данного повышающего преобразователя заключается в том, что он осуществляет энергоэффективное преобразование выходного напряжения единственного первичного источника постоянного напряжения, мощность которого близка по величине мощности его нагрузки.

Кроме того, известен регулируемый повышающий преобразователь постоянного напряжения (Патент №2806898) МПК H02M3/18), являющийся прототипом предлагаемого изобретения, содержащий входной, выходной и общий выводы для подключения соответственно источника постоянного напряжения и выходного конденсатора, n цепочек, состоящих каждая из последовательно соединенных зарядного диода, конденсатора, реактора и зарядного ключа, причем аноды зарядных диодов второй и последующих цепочек подключены к входному, а вторые выводы зарядных ключей всех цепочек к общему выводу преобразователя, (n-1) разрядных ключей, каждый из которых включен между точкой соединения реактора и зарядного ключа предыдущей цепочки и точкой соединения зарядного диода и конденсатора последующей цепочки, разрядный ключ, включенный между входным выводом и точкой соединения реактора и зарядного ключа последней цепочки, разрядный диод, включенный между точкой соединения зарядного диода с конденсатором первой цепочки и выходным выводом. В преобразователь введен двухуровневый широтно-импульсный регулятор постоянного напряжения, включенный между входным выводом преобразователя и анодом зарядного диода первой цепочки.

Увеличение КПД преобразователя - прототипа обеспечивается: 1) уменьшением динамических потерь мощности в его полупроводниковых элементах благодаря их мягкой коммутации;

2) многозонным принципом его работы, при котором плавная регулировка его выходного напряжения происходит в дискретно изменяющемся диапазоне от до при переключении числа цепочек в пределах поочередным управлением коммутацией соответствующих зарядных и разрядных ключей.

Отметим, что ввиду малой выходной мощности двухуровневого широтно-импульсного регулятора (в N раз меньше мощности нагрузки) его введение практически не оказывает влияния на ухудшение массогабаритных показателей преобразователя.

Улучшение массогабаритных показателей прототипа достигается уменьшением параметров его реактивных элементов благодаря сопутствующему мягкой коммутации увеличению частоты переключения полупроводниковых элементов.

Прототип осуществляет преобразование выходных напряжений и сложение мощностей в его нагрузке только двух источников - источника постоянного напряжения и выходного напряжения двухуровневого широтно-импульсного регулятора постоянного напряжения подключенного к аноду зарядного диода первой цепочки.

При этом особенность прототипа состоит в том, что мощность, отдаваемая широтно-импульсным регулятором в нагрузку преобразователя, не может превысить части ее максимальной мощности.

Таким образом, главный недостаток прототипа - невозможность энергоэффективного преобразования выходных напряжений и сложение мощностей в общей нагрузке нескольких различных по выходным параметрам источников постоянного напряжения.

Задачей предлагаемого изобретения является энергоэффективное преобразование выходных напряжений нескольких различных по выходным параметрам источников постоянного напряжения и сложение их мощностей в общей нагрузке.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в суммирующий мощность повышающий преобразователь постоянного напряжения, содержащий выходной и общий выводы для подключения параллельно соединенных выходного конденсатора и нагрузки, источник постоянного напряжения, отрицательный вывод которого подключен к общему выводу преобразователя, n цепочек, состоящих каждая из последовательно соединенных зарядного диода, конденсатора, реактора и зарядного ключа, второй вывод которого соединен с общим выводом преобразователя, (n-1) разрядных ключей, каждый из которых включен между точкой соединения реактора и зарядного ключа предыдущей цепочки и точкой соединения зарядного диода и конденсатора последующей цепочки, разрядный ключ, включенный между положительным выводом источника постоянного напряжения и точкой соединения реактора и зарядного ключа последней цепочки, разрядный диод, включенный между точкой соединения зарядного диода с конденсатором первой цепочки и выходным выводом, введены дополнительные источники постоянного напряжения, отрицательные выводы, которых также подключены к общему выводу, а положительные выводы всех источников постоянного напряжения подключены к анодам зарядных диодов соответствующих им цепочек.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема силовой цепи предлагаемого суммирующего мощность повышающего преобразователя постоянного напряжения осуществляющего энергоэффективное преобразование выходных напряжений трех различных по выходным параметрам источников постоянного напряжения и сложение их мощностей в общей нагрузке.

Предлагаемое устройство содержит выходной 1 и общий 2 выводы для подключения параллельно соединенных выходного конденсатора 3 и нагрузки 4, источник постоянного напряжения 5, отрицательный вывод которого подключен к общему выводу преобразователя 2, n цепочек, состоящих каждая из последовательно соединенных зарядного диода 6, конденсатора 7, реактора 8 и зарядного ключа 9, второй вывод которого соединен с общим выводом преобразователя 2, (n-1) разрядных ключей 10, каждый из которых включен между точкой соединения реактора 8 и зарядного ключа 9 предыдущей цепочки и точкой соединения зарядного диода 6 и конденсатора 7 последующей цепочки, разрядный ключ 11, включенный между положительным выводом источника постоянного напряжения и точкой соединения реактора 8 и зарядного ключа 9 последней цепочки, разрядный диод 12, включенный между точкой соединения зарядного диода 6 с конденсатором 7 первой цепочки и выходным выводом 1. В преобразователь введены дополнительные источники постоянного напряжения 13 и 14, отрицательные выводы, которых также подключены к общему выводу 2, а положительные выводы всех источников постоянного напряжения 5,13 и 14 к анодам зарядных диодов соответствующих им цепочек.

Предлагаемый суммирующий мощность повышающий преобразователь постоянного напряжения работает следующим образом.

При периодическом высокочастотном открывании зарядных ключей 9 в течение первой половины периода частоты преобразования происходит заряд конденсаторов 7 в и параллельно соединенных цепочках от соответствующих им источников постоянного напряжения и .

При этом конденсаторы 7 в и параллельно соединенных цепочках заряжаются соответственно до уровня выходных напряжений источников постоянного напряжения и .

После закрывания зарядных ключей 9 открываются разрядные ключи 10,11 и последовательно соединенные конденсаторы 7 всех цепочек разряжаются на нагрузку 3,4. В результате происходит энергоэффективное преобразование напряжений и до уровня выходного напряжения приблизительно равного

Важная особенность предлагаемого повышающего преобразователя на фиг. 1 заключается в том, что токи, протекающие через все его полупроводниковые элементы, имеют одинаковую кусочно-синусоидальную форму, а их среднее значение равно среднему значению тока нагрузки .

В результате сумма мощностей и отдаваемых источниками постоянного напряжения и оказывается равной суммарной мощности поступающей в нагрузку.

Данное выражение показывает, что при заданном напряжении отдельного источника постоянного напряжения мощность , отдаваемая им в общую нагрузку преобразователя пропорциональна количеству подключаемых к нему цепочек .

Количества цепочек и подключаемых к соответствующим промежуточным источникам постоянного напряжения и , определяются отношением наибольших величин среднего значения их токов к среднему значению тока нагрузки , .

С целью обеспечения разряда конденсаторов всех цепочек на нагрузку он осуществляется через последовательно соединенный с ними оконечный источник постоянного напряжения . Это уменьшает количество подключаемых к нему цепочек на единицу, т.е. .

Последовательные колебательные контуры, образованные в цепочках конденсаторами 7 и реакторами 8, обеспечивают снижение динамических потерь мощности в полупроводниковых элементах силовой цепи предлагаемого суммирующего мощность повышающего преобразователя постоянного напряжения благодаря их мягкой коммутации в моменты времени, когда токи, протекающие через них равны нулю. В результате КПД предлагаемого преобразователя оказывается высоким, а преобразование уровня напряжений источников постоянного напряжения и энергоэффективным.

Таким образом, предлагаемый суммирующий мощность повышающий преобразователь постоянного напряжения осуществляет не только энергоэффективное преобразование выходных напряжений нескольких различных по выходным параметрам источников постоянного напряжения, но и обеспечивает сложение их мощностей в общей нагрузке.

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может быть использовано при создании малогабаритных и энергоэффективных повышающих преобразователей, способных выполнить не только функцию преобразования выходного напряжения нескольких различных по выходным параметрам альтернативных источников постоянного напряжения, но и обеспечить сложение их мощностей в общей нагрузке. Суммирующий мощность повышающий преобразователь постоянного напряжения содержит выходной и общий выводы для подключения параллельно соединенных выходного конденсатора и нагрузки, источник постоянного напряжения, отрицательный вывод которого подключен к общему выводу преобразователя, n цепочек, состоящих каждая из последовательно соединенных зарядного диода, конденсатора, реактора и зарядного ключа, второй вывод которого соединен с общим выводом преобразователя, (n-1) разрядных ключей, каждый из которых включен между точкой соединения реактора и зарядного ключа предыдущей цепочки и точкой соединения зарядного диода и конденсатора последующей цепочки, разрядный ключ, включенный между положительным выводом источника постоянного напряжения и точкой соединения реактора и зарядного ключа последней цепочки, разрядный диод, включенный между точкой соединения зарядного диода с конденсатором первой цепочки и выходным выводом. В повышающий преобразователь введены дополнительные источники постоянного напряжения, отрицательные выводы которых также подключены к общему выводу, а положительные выводы всех источников постоянного напряжения к анодам зарядных диодов соответствующих им цепочек.

Технический результат - энергоэффективное преобразование выходных напряжений нескольких различных по выходным параметрам альтернативных источников постоянного напряжения и сложение их мощностей в общей нагрузке. 1 ил.

Суммирующий мощность повышающий преобразователь постоянного напряжения, содержащий выходной и общий выводы для подключения параллельно соединенных выходного конденсатора и нагрузки, источник постоянного напряжения, отрицательный вывод которого подключен к общему выводу преобразователя, n цепочек, состоящих каждая из последовательно соединенных зарядного диода, конденсатора, реактора и зарядного ключа, второй вывод которого соединен с общим выводом преобразователя, (n-1) разрядных ключей, каждый из которых включен между точкой соединения реактора и зарядного ключа предыдущей цепочки и точкой соединения зарядного диода и конденсатора последующей цепочки, разрядный ключ, включенный между положительным выводом источника постоянного напряжения и точкой соединения реактора и зарядного ключа последней цепочки, разрядный диод, включенный между точкой соединения зарядного диода с конденсатором первой цепочки и выходным выводом, отличающийся тем, что в него введены дополнительные источники постоянного напряжения, отрицательные выводы которых подключены к общему выводу, а положительные выводы всех источников постоянного напряжения подключены к анодам зарядных диодов соответствующих им цепочек.