Преобразователь напряжения Советский патент 1984 года по МПК H02M7/537 

1

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при разработке мощных источников вторичного электропитани

Известны преобразователи, служащие для преобразования постоянного тока в переменный с целью изменения его напряжения - инверторы и устройства, служащие для преобразования переменного тока в постоянньй - вьшрямители. Эти преобразователи включают в себя газоразрядные или полупроводниковые элементы и трансформатор 1 .

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является преобразователь напряжения постоянного тока со средней точкой трансформатора, в котором ключевые элементы состоят из электродов с расположенньми между ними управляющими током слоями, при этом силовые переходы ключевых элементов соединены последовательно с обмотками выходного трансформатора. В этом преобразователе ток проходит только через один ключевой элемент, а не последовательно через два, как в мостовой схеме. Это позволяет в два раза снизить потери мощности в ключевых элементах и на 5-10% повысить КПД инвертора или вьшрямителя 2 .

I ,

Недостатком известного преобразователя является то, что в трансформаторе необходимо иметь две обмотки через каждую из которых проходит половина мощности. Кроме того, при большой силе тока приходится либо увеличивать площадь .сечения провода обмотки H шин, соединяющих ее с ключевыми элементами (что приводит к росту массы и размеров трансформатора и преобразователя в целом), либо мириться с повьпиенными омическими потерями в шинах и обмотке.

Цель изобретения - повышение КПД и улучшение массо-габаритных характеристик преобразователя путем совмещения функций ключевых элементов и обмоток трансформатора на стороне низкого напряжения.

Указанная цель достигается тем, что в преобразователе напряжения, . содержащем ключевые элементы, состоящие из электродов с расположенными меяаду ними управлярцими током слоями, и выходной трансформатор с отводом от его средней точки, ключевые

09982

элементы выполнены в виде разомкнутых в одном месте колец или спиралей, обхватывающих сердечник трансформатора.

5 На фиг.1 показана конструктивная схема преобразователя, на фиг.2 вариант исполнения ключевого элемента .

Преобразователь содержит ключе10 вой элемент (в данном случае диод), который имеет два кольцевых металлических электрода - анод 1 и катод 2, между которыми помещается управляющий Током слой 3 - полупроводник

J5 с р-п-переходом или плазма. Электроды и управляющий слой разделены изоляторами 4. Внутри кольца помещается сердечник трансформатора 5 с выходной обмоткой 6, Управляющий

Q слой не обязательно должен быть сплошным. Он может быть набран из отдельных элементов (фиг.2), стрелками показаны направления токов и электрических полей).

5 Устройство работает следующим образом.

В соответствии с законом электромагнитной индукции в пространстве вокруг сердечника трансформатора 5, в котором имеется магнитньш поток Ф ,

возникает ЭДС Ьщ Ключевой элемент является незамкнутым проводящим контуром, между концами которого АА и ВВ наводится ЭДС сщ. Если начало точки А анода 1 соединить с концом В катода 2 через нагрузку, как в вьтрямителе, или через источник питания, как в инверторе, то происходит следующее. Если управляющий слой 3 находится в проводящем состоянии, то анод 1 и катод 2 закорочены между собой по всей их поверхности, и представляют из себя виток обмотки трансформатора, между концами которого находится ЭДС tfH3

% - % i

.. IB М 8 IA . ин5. ,

Так как точки А,А и В,В замкнуты через нагрузку или источник питания, то по электродам ключевого элемента 1 и 2. и управляющему слою 3 течет ток . Его направ5 ление показано стрелками.

Если управлянщий слой 3 находится в непроводящем состоянии, т.е. не проводит ток в направлении анодкатод, то электроды 1 и 2 ключевого элемента представляют собой два витка обмотки, концы которой разомкнуты. Для выпрямителя, когда точки Ви А замкнуты через нагрузку, можно записать

Л

U -U tf-lfr f a IA B A 8 Оино,

откуда следует

лТА IB в ОинЭ;

В % .

Таким образом, по всей поверхности анода 1 и катода 2 между ними имеется разность потенциалов Abf-j равная СннЯ ° течет, так к анод 1 и катод 2 разделены непроводящим управляющим слоем 3, а точки В и А - диэлектриком 4.

Дпя инвертора

,

йЧ1,.г .

Таким образом, в предлагаемом преобразователе отсутствует обмотка трансформатора на стороне низкого напряжения, поскольку ее функции выполняют ключевые элементы. Отсутствуют также и шины, соединяющие ключевые элементы с обмотками трансформатора. Отпадает необходимость в шасси и деталях крепления ключевого элемента, так как для этой цели используется сердечник трансформатора. Все это позволяет снизить массу и габариты устройства, повысить его КПД за счет отсутствия омических потерь в шинах и обмотках низкого напряжения.

teЭти преимущества наиболее полно выявляются, в сильно точных преобразователях, когда размеры электродов ключевых элементов достаточны, чтобы обернуть их вокруг- сердеч ника трансформатора , а масса шин и обмоток и потери в них составляют значительную величину

в общей массе и потерях в преобразователе.

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий ключевые элементы, состоящие из электродов с расположенными между ними управлярцими током слоями, и ВЫХОДНОЙ трансформатор с отводом от его средней точки, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД и улучшения массо-габаритных характеристик путем совмещения функций ключевых элементов и обмоток трансформатора на стороне низкого напряжения, ключевые элементы вьтолнены в виде разомкнутых в ОДНОМ месте колец или спиралей, обхватывающих сердечник трансформатора . 00 о со со 00