Преобразователь с импульсным выходным напряжением Советский патент 1985 года по МПК H02M3/335 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в источниках вторичного электропитания с импульсным выходным напряжением, обеспечивающими переключение уровней выходного напряжения . Цель изобретения - увеличение быстродействия пе11езаряда емкости нагрузки при переключении уровней выходного напряжения. На фиг. 1 приведена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - структурная схема управляемых ключей параллельного тока; на фиг. 3 - диаграммы, поясняющие принцип работы. Преобразователь (фиг. 1) содержит управляемый инвертор 1, выход . которого соединен с входом последо. нательного резонансного ЕС-1 ;онтура 2, выходом соединенного с входом 3 узла управляемых ключей 4, выход 5 которого соединен с первично обмоткой зарядного трансформатора 6. Вторичная обмотка 7 последнего соеди нена с входом зарядного выпрямителя потенциальный выход которого образуе выходной вывод устройства, подключен ный к емкости нагрузки 9. Дополнител ная обмотка 10 трансформатора 6 соед нены с входом третьего выпрямителя 1 при этом выход 12 узла 4 соединен с первичной обмоткой опорного транс,форматора 13, вторичная обмотка кото рого соединена с входом опорного выпрямителя 14, которьм соединен после довательно7согласно с зарядным выпря мителем 8. Выход последовательной цепоч1 и зашунтирован опорным конденсатором 15 и диодом 16. Выход третье го выпрямителя 11 подключен параллел но опорному конденсатору 15. Выход LC-контура 2 подключен к первичным обмоткам трансформаторов 6 и 13 чере управляемые ключи 4 переменного тока схема которых показана на фиг. 2. Управляемый-ключ состоит из форми рователя 17 коммутирующих импульсов, вход 18 которого соединен с входом управления управляемого ключа, а выход 19 соединен с входом 20 ключа 21 переменного тока, а выход 22 соедине с входом 23 ключа 24 переменного тока, вход 25 которого соединен с входом 26 ключа 21 переменного тока .и входом 3 управляемого ключа 4, причем выход 27 ключа 21 переменного тока соединен с выходом 3 управляемо- . го ключа- 4, -а- выход 28 ключа 24 переменного тока соединен с выходом 12 управляемого ключа 4. Формирователь 17 коммутирующих импульсов состоит из D-триггера 29, D-вход которого соединен с его инверсным выходом и одним из входов элемента И -30, а прямой вькод соединен с тактирующим входом второго D-триггера 31 и одним из входов второго элемента И 32, второй вход которого соединен с вторым входом элемента И 30 и прямым выходом D-триггера 31, D-вход которого соединен с положительным полюсом источника питания, причем тактирующий вход D-триггера 29 соединен с входом 18 формирователя 17, выход элемента И 29 соединен с выходом 22, а вькад элемента И 32 соединен с выходом 19 формирователя 17 коммутирующих импульсов. Ключи 31 и 24 переменного тока обеспечивают коммутацию выходных цепей последовательного резонансного LC-контура 2 с входами трансформаторов 6 и 13 соответственно и собраны по известной схеме. Устройство работает следующим образом. С выхода управляемого преобразователя 1 напряжения, двуполярные, широтно-модулированные прямоугольные импульсы, поступают на вход последовательного резонансного LC-контура 2, который выделяет первую гармонику тока. С выхода последовательного резонансного LC-контура 2 переменное напряжение, близкое по форме к синусоидальному, поступает на вход 3 уз- ла 4. В исходном состоянии при отсутствии импульсов управления на управляющем входе узла 4, D-триггеры 29 и 31 формирователя 17 коммутирующих импульсов находятся в состоянии, когда на неинверсных выходах присутствуют сигналы логического О, а на инверсных . выходах - сигналы логической 1. Это обеспечивается предварительной установкой по входам R и S. Поэтому элементы И 30 и 32 закрыты и на их выходах - сигнал логического 0. Ключи 21 и-24 переменного токатакже закрыты, и на их выходах отсутствует переменное напряжение, подаваемое на вход 3 узла 4 управления. По приходу импульса управления (фиг. За, момент t) D-триггеры 29 и 31 изменяют свои состояния, т.е. на неинверсных выходах присутствуют сигналы логической 1, а на инверсных - логического 0. Элемент И 30 при этом не изменяет своего состоя- ния (фиг . Зв, момент t.), так как на одном из его входов - сигнал лог ческого О, а элемент И 32 переключа ется и. на выходе его - сигнал логической 1 (фиг. 36, момент t). Этот сигнал присутствует на входе 20 ключа 21 переменного тока и открыва его. При этом переменное напряжение подаваемое на вход 26 ключа 21 пере менного тока, присутствует на его выходе 27 и на выходе 5 узла 4. Пер менное напряжение с выхода 5 узла 4 поступает на вход зарядного трансформатора 6. Напряжение, снимаемое С вторичной обмотки 7, выпрямляется зарядным выпрямителем 8, и емкость нагрузки 9 заряжается до требуемого на выходе устройства напряжения (фиг. Зг). Напряжение, снимаемое с дополнительной обмотки 10, выпрям ляется третьим выпрямителем 11, и опорный конденсатор 15 также заряжается до требуемого напряжения. Напряжение на обмотке 10 должно быт выше, чем на обмотке 7. Поэтому напряжение на конденсаторе 15 будет вьше, чем напряжение и.. на - емкости нагрузки 9. Величину напряж ния превьппения можно определить из выражения - (1) AU,Uc,y-Uc9 /2Ug., где и. - напряжение необходимое для запирания одного диода вьтрямителя 14. Емкость опорного конденсатора 15 выбирается в 200-300 раз больше, чем емкость нагрузки 9, что позволя ет получить минимальное напряжение при его дозаряде. По приходу следующего импульса управления (фиг. За, момент t,) D-триггер 29 изменяет свое состояние, т.е. на неинверсном выходе - сигнал логического О, а на инверсном - логической 1. Состояние D-три гера 31 не изменяется, оно не изменяется и далее. Теперь элемент И 30 открыт и на его выходе находится сигнал логической 1 (фиг. Зв, момент tj), а элемент И 32 заперт и на его выходе .-сигнал логического О (фиг. 36, момент t). Поэтому ключ 21 переменного тока закрыт, а ключ 24 переменного тока открыт и на выходе 12 .узла 4 присутствует переменное напряжение, которое поступает на вход опорного трансформатора 13. Снимаемое с его выхода напряжение выпрямляется опорным выпрямителем 14, Суммарное напряжение на емкости наггрузки 9 и выходе вьтрямителя 14 превышает напряжение на опорном конденсаторе 15. При этом выпрямитель 14 открывается, и начинает npoTejcaTb ток перезаряда по цепи; нагрузка 9, опорный выпрямитель 14, опорньй конденсатор 15, т.е. емкость нагрузки 9 начинает разряжаться, а опорный конденсатор 15 дозаряжаться. Напряжение на выходе опорного .вьтрямителя 15 должно быть таким же, как я напряжение на выходе выпрямителя 9, чтобы разряд емкости нагрузки 9 был практически полным, т.е. U где и - напряжение на выходе выпрямителя 14. Разряд емкости нагрузки 7 происходит стабильным током, и время разряда можно определить из выраженияt УлСэ Icr.5 Заряд, переданньш на емкости 9, можно записать как . Я9 Сэ-иэ- 3) А заряд, полученньш конденсатором 15, можно записать как 4if dU,j. Так как . то величину повышения напряжения на конденсаторе 15 можно определить из выражения u §J-U3. Так как емкость конденсатора 15 много больше емкости конденсатора 9, то величина будет невелика. По приходу следующего импульса управления (фиг. За, момент t-) цикл работы повторяется.

4

4

JL vj

t-J

Чэ

осГ

t

СчУ

04J

14

f

:

s

«

t

Со

:::

:::

1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ С ИМПУЛЬСНЫМ ВЫХОДНЫМ НАПРЯЖЕНИЕМ, содержащий управляемый инвертор, зарядный и опорный выходные трансформаторы,- вторичные обмотки которых подключены соответственно к зарядному и опорному выходным выпрямителям, причем выходы последних включены последовательно-согласно и зашунтированы опорным конденсатором, а потенциальный выход зарядного выпрямителя образует выходной вывод, отличающийся тем, что, с целью увеличения быстродействия путем певезаряда емкости нагрузки, с одного уровня выходного напряжения на другой, первичные обмотки выходных трансформаторов соединены с выходом инвертора через введенные управляемые ключи переменного тока. 2. Преобразователь по п. 1, о тличающийся тем, что, i с целью обеспечения нулевого уровня выходного напряжения, зарядный СЛ трансформатор снабжен дополнительной выходной обмоткой и третьим выпрямителем, выход которого подключен параллельно опорному конденсатору.