Регулируемый статический преобразователь напряжения с многоступенчатой модуляцией Советский патент 1983 года по МПК H02M3/335 

Изобретение относятся к электротехнике и может быть использовано в системах электропитания и электропривода для преобразования постоянного напряжения в переменное или постоянное стабилизированное напряжение.

Известны статические стабилизированные преобразователи, в которых коэффициент передачи по напряжению силового контура изменяется ступенчато путем переключения секций обмотки выходного трансформатора ij или переключения секций источника питания 2 ,

Форма кривой выходного напряжения таких преобразователей имеет верхнюю ступень изменяемой ширины, что изменяет спектральный состав выходного напряжения в процессе регулирования.

Наиболее близким к предлагаемому является регулируе.1ый статический преобразователь с многоступенчатой модуляцией с выходом на постоянном токе, в которомформа напряжения выходного трансформатора имеет вид полного прямоугольника и не изменяется в процессе стабилизации 1з .

Этот преобразователь содеркит двухтактный инвертор, h пар ключей которого присоединены к симметрично расположенным относительно средней точки отводам обмотки выходного трансформатора, при этом входы каждой пары ключей подсоединены к противофазным выходам блока управления, LC-фильтр., дроссель которого включен последовательно во входную цепь преобразователя, а конденсаторпараллельно нагрузке постоянного т;ока на выходе выпрямителя.

Через указанный конденсатор проходит переменный ток, определяемый условием баланса ампер-витков всех обмоток выходного трансформатора. Так как дроссель поддерживает неизменным входной ток преобразователя, то при изменении числа подключенных витков первичной обмотки шри , переключении между основными и дополни тельньп« и транзисторами) в кон.: денсатор будет поступать ток прямоугольной формы с амплитудой, пропорциональной разносом числа задействованных (обтекаемых током) витков первичной обмотки и потребляемому преобразователем току. Поэтому, если преобразователь предназн.ачен для питания нескольких льванически разделенных нагрузок, питаемых через индивидуальный выпрямитель, то параллельно каждой нагрузке должен быть включен конденсатор, ь противном случае при отключении нагрузки нарушится нормальная работа преобразователя, поскольку диоды выпрямителя будут препятствовать прохождению тока разряда конденсатора.

Кроме того, если необходимо помимо нагрузки постоянного тока обеспечить питание нагрузки переменного тока стабильным прямоугольнь м напря-, жением, приложенным к обмотке выход5 ного трансформатора, то в качестве такой нагрузки в данном известном преобразователе может быть использована только чисто активная нагрузка, В противном случае,, т.е. при актив0 но-инлуктивной нагрузке, реактивная энергия, накопленная в индуктивности нагрузки, не может пройти в источник, так как на входе преобразователя включен дроссель и поступает че5 рез выпрямитель в указанный конденсатор, вызывая его заряд. Однако обратная передачи этой энергии из конденсатора в нагрузку переменного тока исключается, так как диоды вы прямителя будут блокировать ток разряда конденсатора на нагрузку, подключенную со стороны входа выпрямителя. Поэтому будет происходить непрерывный заряд конденсатора, что в

5 конечном счете вызовет перенапряжения на транзисторах, вход их в область пробоя и разрушение.

Цель изобретения - расширение области применения путем обеспечения возможности работы на нагрузку переменного тока с любым cos (р и по крайней мере одну дополнительную нагрузку постоянного тока при сохранении емкости конденсатора.

5 Поставленная цель достигается тем, что в регулируемом статическом преобразователе напряжения с многоступенчатой модуляцией, содержащем двухтактный инвертор, if пар ключей которого

0 присоединены к симметрично расположенным относительно средней точки отводам обмотки выходного трансформатора,. при этом входы каждой пары ключей подсоединены к противофазным выходам

5 бло}(а управления, Lc-фильтр, дроссель которого включен последователь- но во входную цепь преобразователя, а конденсатор - параллельно нагрузка постоянного тока на выходе выпрямитвля, введены транзисторы, включенные

параллельно диодам выпрямителя и уп равляемые синхронно с ключами инвертора, йыводы для подключения нагрузки переменного тока расположены на одной из обмоток трансформатора инвер5 тора с выпрямителем для подключения по крайней мере одной дополнительной нагрузки постоянного тока.

На фиг,, 1 показана схема с подклю0 чением основного выпрямителя непосредственно к выходным выводам преобразователя; на фиг. 2 - схема с подключением основного выпрямителя к дополнительной обмотке выходного трансфор5 матора. Преобразователь (фиг. 1) содержит ступенчато-регулируемый инвертор 1, состоящий из нескольких переключаемых с помощью управляемых ключей ячеек источника питания или секций обмоток выходного трансформатора. Во входную цепь преобразователя последовательно включен дроссель 2 сглаживаю щего ЬС-фильтра. Конденсатор 3 этого фильтра подключен через основной выпрямитель на диодах 4-7 к выходным выводам преобразователя. Каждый диод шунтирован встречно включенным транзистором 8-11, база которого соедине на с выходами блока 12 управления преобразователя. В преобразователе (фиг. 2) выходной трансформатор 13 имеет переключаемые секции первичной обмотки и -вторичные обмотки 14 и 15, к которым подключены соответственно нагрузка 16 переменного тока и нагрузка 17 постоянного тока через дополнительный, выпрямитель 18. Конденсатор фильтра 3 подключен через основной выпрямитель на диодах 4 и 5 шунтированных транзисторами 8 и 9 к дополнительной обмотке 19 трансфо1 1а тора 13. Параллельно конденсатору 3 может быть также включена нагрузка постоянного тока. Преобразователь работает следующи образом. При изменении возмущающих факторо например входного напряжения, под действием сигналов, формируемых в блоке 12 (фиг. 1) и поступающих на управляемые ключи инвертора 1, про исходит переключение ячеек, источника питания секций или обмоток выходного трансформатора инвертора так, чтобы выходное напряжение инвертора оставалось близким к номинальному по величине. Для обеспечения стабилизации выходного напряжения на неизменном уровне, сохранения прямоугольной формы этого напряжения я получения непрерывного входного тока на вход преобразователя включен последоватеЛ но дроссель 2 и на выход конденсатор В один полупериод выходного напряжения, когда положительный потенциал формируется на выводе а, открываются диоды 4 и 7 и транзисторы 8 и 11, в другой полупериод, когда положител.ьный потенциал формируется на выводе 5, открываются диоды 5 и б и. тран зисторы 9 и 10, а диоды 4 и 7 и транзисторы 8 и 11 закрываются под аействием сигналов, поступающих с „ блока,12 управления. Конденсатор 3 в оба полупериода оказывается подключе ным к 9ЫХОДНЫМ выводам а и б и может как заряжаться через диоды 4-7, так и разряжаться через транзисторы В - Ц Конденсатор обеспечивает прием как реактивной (переменной) составляющей тока нагрузки преобразователя так и тока, вызванного изменением коэффициента передачи по напряжению при коммутации секций (ячеек) инвертора 1. При этом обеспечивается неизменность прямоугольной формы выходного напряжения и стабильность его величины благодаря двухсторонней проводимости ключей, соединяющих конденсатор с вы ходом преобразователя и малой величине пульсаций напряжения на конденсаторе .при выборе его емкости достаточно большой величины. Подключение конденсатора к выходным выводам позволяет выполнить инвертор по любой известной схеме, в том числе с бестрансформаторным выходом (с переключением секций источника питания), с переключением отводов вторичной обмотки и др. При этом через инвертор проходит только активная составляющая мощности нагрузки, (постоянная составляющая тока нагрузки) , так как переменная составляющая тока нагрузки циркулирует между конденсатором и нагрузкой. Это позволяет уменьшить, массу и габариты преобразователя. при многоканальном выходе преобра;зователя, а также при комбинированной нагрузке (переменного и постоянного тока), выпрямитель для конденсатора 3 выполняется по схеме с нулевым выводом (на диодах 4 и 5 и транзисторах 7 и 8) и подключается к дополнительной обмотке выходного трансформатора 13 (фиг. 2) или к отводам первичной или вторичной обмотки этого трансформатора. При этом уменьшается количество элементов схемы и удается согласовать допустимое напряжение элементов 4 - 8 с выходным напряжением преобразователя. Один конденсатор, будучи связан с обмоткой трансформатора через открытые ключи двухсторонней проводимости обеспечивает стабильную прямоyгoльнiпo форму напряжения на всех обмотках трансформатора при люлом характере нагрузки. Таким образом, возможность работы предлагаемого преобразователя на одну или несколько нагрузок любого характера и любого cos р расширяет область его применения.

РЕГУЛИРУЕМЫЙ СТАТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ С МНОГОСТУПЕНЧАТОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ/ содержаиий двухтактный инвертор, п пар ключей которого, присоединены к cи влeтpичнo расположенным относительно средней точки отводам обмотки выходного трансфбрматора, при этом входы каждой пары ключей подсоединены к противофазным выходам блока управления. {,С-фильтр, дроссель которого включен| последов.ательно во входную цепь преобразователя , а конденсатор - парал-лельно нагрузке постоянного тока на выходе выпрямителя, отличающ и п с я тем, что, с целью расширения области применения путем обеспечения возможности работы на нагрузку переменного тока с любьвл и по крайней мере одну дополнительную нагрузку постоянного тока при сохранении емкости конденсатора, в преобразователь введены транзисторы, включенные парёшлельно диодам выпрямителя и.управляемые синхронно с ключами инвертора, выводы для подключения нагрузки переменного тока расположе- g ны на одном из обмоток трансформатора инвертора с выпрямителем для под- /Л ключения по крайней мере одной до- V/ полнительной нагрузки постоянного тока.