Преобразователь постоянного напряжения Советский патент 1984 года по МПК H02M3/335 G05F1/56 

« Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в регулируемых преобразователях постоянного напряжения в переменное или постоянное, в частное, для заряда высоковольтных накопительных конденсаторов. По основному авт.св. Н° 828339 известен преобразователь постоянног напряжения, содержащий инвертор на силовых транзисторах, управляющие входы которых связаны с выходами двух логических элементов И, генератор тактовых импульсов, выходной выпрямитель с дросселем, накопитель ным конденсатором и датчиком сигнала, подключенным к входу электронного реле, выход которого связан с первыми входами логических элементов И и «J-входом Л-К-триггера, выходами подключенного к вторым Входам логических элементов И, а также счетный триггер, реверсивный счетчик и третий логический элемент И, при этом один из входов последнего подключен к выходу тактового генератора, а другой - к выходу электронного реле и входу упомянуто го счетного триггера, выходы которого подключены к управляющим входа реверсивного счетчика, причем счетный вход последнего подключен к выходу логического элемента И, а выход связан с К-входом упомянутого 3-К-триггера П При заряде накопительного конден сатора неизменным током среднее значение тока, потребляемого преобразователем от источника питания, возрастает по линейному закону. Если источник питания имеет ограниченную мощность, то падение напряже ния на его внутреннем сопротивлении увеличивается с увеличением потребляемого тока. Так как частота генератора такто вых импульсов постоянная, а амплиту да смежных полуволн выходного напря жения инвертора изменяется вместе с изменением величины напряжения на входе инвертора, то вольтсекундные площади смежных полуволн не рав ны. Вследствие этого перемагничивание магнитопровода выходного трансформатора происходит по несимметрич ному циклу, что ведет к его насыщению и значительным выбросам первичного тока. При применении магнитопроводов с высокой степенью прямо2угольности петли гистерезиса выбросы первичного тока ведут к резкому увеличению потерь в транзисторах инвертора и к выходу их из строя. Недостаток известного преобразователя постоянного напряжения низкий кпд и надежность. Цель изобретения - повыщение КПД и надежности преобразователя напряжения . Поставленная цель достигается тем, что в преобразователе постоянного напряжения вход указанного инвертора соединен через введенный согласующий элемент с введенным входом указанного генератора тактовых импульсов. На фиг. 1 показана принципиальная схема предлагаемого преобразователя напряжения; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие его работу. Преобразователь содержит инвертор 1 на силовых транзисторах 2 и 3, базы которых через предварительные усилители 4 и 5 связаны с выходами логических элементов И. 6 и 7, генератор 8 тактовых импульсов, выходной трансформатор 9, вторичная обмотка 10 которого подключена к выпрямителю П с дросселем 12, накопительным конденсатором 13, Датчиком 14 тока, подключенным к входу электронного реле 15, выход которого связан с первыми входами упомянутых логических элементов И 6 и 7, и через формирователь 16 импульсов - с J-входом 3-К-триггера 1 7 ,,выходы которого подключены к вторым входам логических элементов 6 и 7 И, счетный триггер 1§, третий логический элемент 19 И, первый вход которого связан с выходом электронного реле 15, а второй - с выходом генератора 8 тактовых импульсов, реверсивный счетчик 20, выход которого через формирователь 21 связан с К-входом триггера 17, счетный вход соединен с выходом логического элемента И 19, а входы управления - с выходами счетного триггера 18, согласующего элемента 22, вход которого соединен со средней точкой первичной обмотки трансформатора 9, а выход - с входом генератора 8 тактовых импульсов . Преобразователь работает следующим образом. Напряжение обратной связи ot., пропорциональное зарядному току конденсатора 13, поступает с датчи3. ка 14 тока на вход электронного реле 15, где сравнивается с опорным напряжением UQ . Выходной сигнал реле 15 разрешает или запрещает работу инвертора 1 в зависимости от мгновенного значения зарядного тока конденсатора 13СФиг. 2tc). Вследстви того, что. выходная, характеристика реле 15 обладает гистерезисом, зарядный ток Лд пульсирует в зоне, ширина которой определяется шириной петли гистерезиса реле 15, причем его среднее значение задается величиной опорного напрядения UQ В момент времени Ь напряжение обратной связи U,- достигает порога срабатывания электронного реле 15, а на его выходе появляется логическая 1(фиг. 20.}, которая поступает на входы логических элементов И 6,7,19. В зависимости от состояния JK-триггера 17 на выходе одного из логических элементов 6 и 7, наприме на выходе элемента 7, появляется логическая 1(Фиг. 2w). В результа те предварительный усилитель 5 открывает силовой транзистор 3, и начинается формирование положительной полуволны выходного напряжения инвертора 1 (фиг. 2и). Напряжение вторичной обмотки 10 трансформатора 9 через выпрямитель 1 и дроссель 12 прикладывается к конденсатору 13. Ток дросселя 12 нарастает со скоростью, определяемой величинойего индуктивности и мгновенным значением .напряжения на конденсаторе 13. Одновременно, начиная с момента времени Ir/i , импульсы генератора 8 тактовых импульсов(фиг. 2г)через логический элемент И 19 начинают по ступать на счетный вход реверсивно счетчика 20. В зависимости от состояния триггера 18(фиг. 2е,) счетчик 20 работает либо в режиме суммиров ния импульсов генератора 8 тактовых импульсов, либо в режиме их вычита ния. На фиг. 2 показан случай, ког да, начиная с момента времени, сче чик 20 работает в режиме суммирова ния . В момент времени t2величина напряжения обратной связи достигает верхнего порога срабатывания электронь/ого реле 15, и его выходной сигнал принимает значение логическо го О, транзистор 3 закрывается, выходное напряжение инвертора ста82новится равным нулю, а,ток дросселя 12 замыкается через выпрямитель 11, конденсатор 13, датчик 14 тока. В момент времени t2 прекращается счет импульсов тактового генератора 8. Задним фронтом выходного сигнала реле 15 (фиг. 2с1)триггеры 17 и 18 переключаются в противоположное состояние. Б момент времени tjНапряжение обратной связи Ugg BHOBb достигает нижнего порога срабатывания электронного реле 15, и на его выходе появляется логическая 1. Поскольку ранее в момент 1:2 триггеры 17 и 18 изменили свое состояние на противоположное, то логическая 1 появляется на выходе элемента 6 И(фиг.2е), а счетчик 20 начинает производить вычитание импульсов тактового генератора 8. Предварительный усилитель 4 открывает силовой транзистор 2, и на выходе инвертора 1 формируется отрицательная полуволна выходного напряжения. В момент времени число, содержащееся в счетчике 20, становится равным нулю, и на его выходе появляется сигнал заема, которым через формирователь 21 (фиг. 2)переключает триггер 17 в противоположное состояние. В результате полярность вмходного напряжения инвертора I изменяется. Поскольку вход генератора 8 тактовых импульсов через согласуюищй элемент 22 соединен с входом инвертора I, частота повторения импульсов на его выходе пропорциональна напряжению питания Е(фиг. 2а,и может быть определена из выражения (t) , где К - коэффициент передачи согласующего элемента 22; Кр - крутизна генератора 8 тактовых импульсов (.с , в ). При линейно возрастающем токе на входе инвертора 1 мгновенное значение напряжения питания определяется следующим образом: ECtV-E,-|(iHO . 2 гдейО- величина падения напряжения на внутреннем сопротивлении источника питания в конце цикла зарядки накопительного конденсатора 13; tu - длительность цикла зарядки конденсатора 13; 5 i-v момент времени, соответств щий началу г-той полуволны выходного напряжения инвер ра 1 ; Ее - напряжение холостого хода источника питания. Обычно в преобразователях напря жения, предназначенных ;1ля заряда накопительных конденсаторов, выпол ,1 няется условие Учитывая это, можно найти число импульсов, подсчитанное счетчиком 20 за интер вал времени, равный длительности полуволны выходного напряжения инвертора 1 «,. Подставляя в выражение 13)выраже ния(1)иС2), получают м- I/ j r/t ,)tui-gy- uiJ i Из выражения (4)следует, что числ зафиксированное в счетчике 20 в кон це -той полуволны выходного напря жения инвертора 1, пропорционально ее вольтсскундной площади. Выражение С4) справедливо и для интервала времени iriH-tt.2, так как в этом случае происходит вычитание импульсов генератора 8 из числа М, зафик сированного в счетчике 20 до получения нулевого результата. Таким образом, из выражения 4 следует, что вольтсекундные площади смежных полуволн выходного напряжения инве тора 1, имеющие противоположную полярность, оказываются равными. 82 Выражение С41остается справедливым и в том случае, если при большой длительности сигнала логической 1 на выходе электронного реле 15 происходит переполнение счетчика 20 при суммировании или вычитании импульсов тактового генератора 8.При этом на выходе инвертора формируется прямоугольное напряжение (.фиг. 2иЬ Рассматривая работу преобразователя напряжения, можно сделать вывод, что при ограниченной мощности источника питания обеспечивается формирование выходного напряжения инвертора с равными вольтсекундными площадями смежных полуволн противоположной полярности, что обеспечивает перемагничивание магнитопровода трансформатора 9 по симметричному циклу. Исключаются выбросы его первичного тока, что позволяет уменьшить установленную мощность трансфор ;aтopa 9 и транзисторов 2 и 3 и уменьшить в них потери. Возможна также работа преобразователя напряжения в режиме широтноимпульсной модуляции, в этом случае электронное реле 15 заменяется щиротно-импульсным модулятором. Таким образом, изобретение позволяет устранить насьндение магнитопро вода трансформатора, возникающее при питании преобразователя напряжения от источника ограниченной мощности, что уменьшает установленную мощность выходного трансформатора и полупроводниковых приборов инвертора, снижает в них потери и повышает надежность и КПД.

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ по авт.св. № 828339, отличающийся тем, что, с целью повьшения КПД и надежности, вход указанного инвертора через введенный согласующий элемент соединен с введенным входом указанного генератора тактовых импульсов.

/5

L% U

Ж

Фиг. I