Преобразователь высокого уровня постоянного напряжения Советский патент 1984 года по МПК H02M7/537 

2. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что последовательно с зарядным резистором включены стабилитроны.

3 , Преобразователь по пп.1,2, отличающийся тем,что пороговый элемент содержит КС-генератор,выполненный на однопереходном транзисторе.

1.ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ВЫСОКОГО УРОВНЯ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий силовой усилитель мощности с выходным трансформатором, и узел управления, причем вход питания последнего подключен к выпрямителю, соединенному с дополнительной обмоткой выходного трансформатора и через зарядный резистор и ключевой пороговый элемент к входному выводу преобразователя, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД за счет уменьшения потерь мощности по цепи питания узла управления, в него введены конденсаторы и зарядные диоды, включенные поочередно последовательно между общим выводом преобразоватегд ля с точкой соединения упомянутых зарядного резистора и ключевого порогового элемента, причем одноименно заряженные обкладки конденсаторов со- единены через разрядные диоды. U«« -м

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может быть использовано во вторичных источ никах электропитания. Известны транзисторные преобразователи, в которых при запуске перв начальное питание устройства управле ния осуществляется от питающей сети через различного рода пусковые цепи переходящие в закрытое состояние пос ле запуска ij и 2 . Транзисторный инвертор содержит силовые транзисторы, электроды которых соединены с выводами коллекторной и базовой обмоток трансформатора и пусковой транзистор, подключенный коллектором к зажиму питания, а эмит тером - через стабилитрон к средней точке базовой обмотки l . . Известно устройство, содержащее силовые транзисторы, соединенные электродами с рабочей обмоткой и обмоткой обратной связи трансформатора Между зажимом питания и базой силового транзистора включен нормально открытый пусковой тразистор, база и эмиттер которого через выпрямитель запирающей полярности соединены с дополнительной обмоткой трансформатора 2 . Недостатком указанных преобразователей является техническая сложность пусковой цепи на питающее напряжение в сотни и тысячи вольт и ее низкая экономичность. , Известны также преобразователи постоянного тока, содержащие силовую часть, устройство управления и входной С-фильтр, дроссель которого снаб жен дополнительной обмоткой, соеди. неной через выпрямитель с питающим входом устройства управления з и 4 В указанных преобразователях для ударного возбуждения входного фильтра питающее напряжение должно иметь крутой фронт нарастания. Это требование ограничивает область применения данных устройств. В частности, крутой фронт нарастания недопустим в совмещенньах системах связи и питания по общему проводному каналу, кроме того, технически трудно его обеспечить при высоковольтном пита- НИИ преобразователя (1000 В) из-за отсутствия компактных выключателей. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является преобразователь напряжения, содержащий силовой усилитель мощности с выходным трансформатором, выпрямителем и фильтром и узел управления, причем вход питания последнего подключен к дополнительному выпрямителю, соединенному с дополнительной обмоткой выходного трансформатора, и через зарядный резистор и ключевой пороговый элемент к входному, выводу преобразователя 5J . Недостатком устройства является большие потери мощности в зарядном резисторе, особенно при высоком уровне входного напряжения. Цель изобретения - повышение КПД за счет уменьшения потерь мощности по цепи питания узла управления. Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь, содержащий силовой усилитель мощности с выходньол трансформатором, и узел управления, причем вход питания последнего подключен к выпрямителю, сое диненному с обмоткой выходного трансформатора, и через зарядный резистор и ключевой пороговый элемент к выходному выводу преобразователя, введены конденсаторы и зарядные диода, включенные поочередно последовательно между общим выводом и точкой соединения зарядного резистора и ключевого порогового элемента, причем одноименно Наряженные обкладки конденсаторов соединены через разрядные диоды. Последовательно с зарядным резистором включены стабилитроны. Пороговый элемент содержит RCгенератор,выполненный на однопереходном транзисторе. На фиг.1 приведена функциональная схема преобразователя; на фиг.2,3,- варианты выполнения ключевого элемента. Преобразователь содержит силовой усилитель мощности 1.и узел управления 2, имеющие общий вывод 3 и раз ельные выводы 4,5 для подключения питания. Между раздельными выводами включены зарядный резистор 6 и ключевой пороговый элемент 7. Последовательно с зарядным резистором мо гут быть установлены стабилитроны 8 Общая точка зарядного резистора и ключевого элемента соединена с общи .выводом конденсаторами 9 и зарядными диодами 10у включенными поочеред но-последовательно. Положительно за ряженные обкладки конденсаторов сое динены между собой разрядными диода 11, отрицательно заряженные разрядными диодами 12. Ключевой пороговый элемент выполнен на транзисторе 13, у которого база и коллектор соедине ны через тиристор 14. Между анодом и управляющим электродом тиристора включен стабилитрон 15. Усилитель мощности преобразователя содержит мостовые ячейки 16, у которых диагонали постоянного тока соединены последовательно и подключены к вход ным выводам, а диагонали переменного тока соединены с первичными обмотками 17 выходного трансформатора 18. Вторичная обмотка 19 через выпр1Г1митёль 20 соединена с входом питания узла управления. Каждая мостовая ячейка образована силовыми транзисторами 21, базы которых соединены с вторичными обмотками тран форматора управления 22 и импульсного трансформатора 23. Первичные обмотки трансформаторов 22 всех ячеек соединены с выходом 24, а пер вичные обмотки трансформаторов 23 с выходом 25 узла управления. Ключевой пороговый элемент 7 может быть выполнен по схеме фиг.2, 3. По схеме фиг.2 он содержит оптотиристор 26, выходная цепь которого включена между коллектором и базой транзистора 13, а входная цепь подключена к выходу RC-генератора-27, собранного на однопереходном транзисторе (ОПТ) 28. На схеме фиг.З использован триодный тиристор 29, параллельно которому через стабилит рон 15 включен RC-генератор 27, соединенный выходом с управляющим входом тиристора 29. Устройство работает следующим образом. При подаче питающего напряжения на входные выводы 3, 4 конденсаторы начинают заряжаться. В процессе да конденсаторы 9 через зарядные .диоды 10 соединеныпоследовательно и имеют эквивалентную емкость , равную 1/п- G , где С - емкость одного конденсатора О - число конденсаторов. После увеличения напряжения на конденсаторах 9 до порогового напряжения стабилитрона 15 тиристор 1 и транзистор 13 включаются. При этом конденсаторы 9 через разрядные диоды 11, 12 параллельно подключаются к входу питания 3,5 узла управления 2, обеспечивая ему начальное питание. В процессе разряда эквивалентная емкость конденсаторов Сра,.-С. После возбуждения преобразователя питание узла управления 2 осуществляется через выпрямитель 20 от обмотки 19 выходного трансформатора 18. Для надежного включения ключевого Элемента 7 его ток управления должен быть меньше зарядного тока конденсаторов. При невыполнении этого условия в ключевом элементе следует использовать RC-генератор 27, выполненный на основе ОПТ 28 (см.фиг.2,3). Такой генератор срабатывает при малом токе потребления (2-3 мА) и выг . дает при этом мощный выходной импульс достаточный для включения оптотири стора 26 (см.фиг.2) или триодного тиристора 29 (см.фиг.З). Переключение силовых транзисторов 21 осуществляется через трансформаторы 22 прямоугольным управляющим напряжением с выхода 24 узла управления 2. Для исключения сквозных токов через силовые транзисторы на базы нижних транзисторов 21 через трансформаторы 23 подаются короткие запирающие импульсы с выхода 25 узла управления 2, формируемые в конце каждого полупериода управляющего напряжения. При высоковольтном питании запуск преобразователя следует производить на пониженном напряжении. Величина пускового напряжения должна быть Достаточной для перехода преобразователя на самопитание от обмотки 19, Если пуск преобразователя осуществляется при медленном нарастании питающего напряжения, уровень пускового напряжения задается стабилитронами 8. Если время нарастания питающего напряжения можно регулировать и оно соизмеримо с временил заряда конденсаторов 9, уровень пускового напряжения можно задать без стабилитронов 8 путем выбора определенной скорости нарастания питающего напряжения. Вариант соединения конденсаторов 9 и диодов 10-12, показанный на фиг.2, позволяет уменьшить обратное напряжение . При заряде конденсаторов величина электрического заряда , получаемая ими от сети, равна .U,C,ap.lvC, где И4 - напряжение заряда одного конденсатора}

Иц - напряжение заряда п конденсаторов.

При разряде конденсаторов велн-ч чина заряда б pert отрабатываемая ими, равна

ape,.-U,..n-U,.c. (2)

Соотношения (1), (2) показывают, что конденсаторы получают из сетн в.п раз меньший .заряц, ч отдают для питания узла управления. Поскольку в устройстве-прототипе получаемый и отдаваемый конденсаторами заряды одинаковые, то предложенное устройство является более эконсжйчным, так как в нем ток заряда конденсатов ров можно уменьшить в п раз путем

увеличения сопротивлениярезистора б при неизменном времени заряда и энергии питающего импульса. При этом вп раз уменьшаются потерН моаностн в «арядном резисторе 6. Использование предлагаемого устройства позволяет значительно уменьшить потери мощности и повыснть экономичность преобразователя.

достоннством предложенного устройства является снижение вh раз напряжения на конден аторах после срабатывания конденсаторов h и напряжения срабатывания ключевого элемента 7 избежать перегрузки устройства управлення пусковым импульсом напряжения.