Преобразователь напряжения со звеном повышенной частоты Советский патент 1987 года по МПК H02M5/12 H02M7/48 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразователям и регуляторам с промежуточным звеном повышенной частоты, и может найти применение при регулировании напряжения в широком диапазоне с сохранением высоких энергетических и ка чественных показателей.

Цель изобретения - повышение качества выходного напряжеяия за счет уменьшения паразитных индуктивностей, а также расширение области использования по динамическому и мощностному диапазонам.

На фиг. 1 приведена структурная схема одноячейкового устройства; на фиг. 2 - то же, многоячейкового устройства; на фиГ. 3 - диаграммы работы одноячейкового устройства; на фиг. 4 - то же, многоячейкового устройства.

Преобразователь напряжения со звеном повышенной частоты (фиг. 1) содержит преобразовательную ячейку 1 , вьшолненную по одной из инверторных схем, например мостовой, и нагруженную на трансформаторный узел 2, выполненный в виде N последовательно соединенных первичными обмотками 3-5 трансформаторов 6-8, секциями вторичных обмоток 9-11, включенными между собой параллельно, и через демодулятор 12 подсоединенных к нагрузке 13, а также блок 14 управления.

Преобразователь напряжения со звеном повьш1енноу частоты (фиг. 2) содержит п преобразовательных ячеек 15- 17, каждая из которых нагружена на свой трансформаторный узел 18-20, причем одноименные секции вторичных обмоток 21-29 всех п трансформаторных узлов соединены в последовательные цепи, которые в свою очередь включены между собой параллельно. Блок 30 управления преобразовательными ячейками 15-17 и демодулятором 31 состоит из задающего генератора 32 и п модуляторов 33-35 длительности импульсов с последовательно нарастающими уровнями сравнения, выходы которых соединены с управляющими входами преобразовательных ячеек 15- 17. Выход задающего генератора 32 соединен с управляющим входом демодулятора 31 и с входами синхронизации модуляторов 33-35 длительности, вторые входы которых объединены и образуют вход 36 управления.

Кроме того, позициями (фиг. 3) обозначены: 37 - напряжение на выходе преобразовательной ячейки 1, 38 - напряжение на пе 1вичной обмотке одного из трансформаторов 6 (7, 8) трансформаторного узла 2; 39 - напряжение на выходе демодулятора 12.

Также обозначены (фиг. 4) позициями: 40 - импульсное напряжение на выходе задающего генератора 32; 41 - управляющее напряжение, 42 - уровни сравнения модуляторов 33-35 длительности, 43 - пилообразное напряжение,

44-46 - напряжение на вторичных обмотках трансформаторных узлов 18-20, 47 - напряжение на выходе демодулятора 31 .

Преобразователь напряжения со звеном повьш енной частоты работает следующим образом.

Постоянное напряжение U - в преобразовательной ячейке 1 преобразуется в напряжение повышенной частоты 37 (фиг. 3) с нулевыми паузами t ц, необходимыми для исключения сквозных токов в стойках ячейки. Управление ключами обеспечивается блоком 14 управления. Переменное напряжение 37 прикладывается к первичным обмоткам 3-5 трансформаторов 6-8 трансформаторного узла 2 и делится между ними равномерно, т.е. к первичной обмотке каждого из трансформаторов 6-8

прикладывается напряжение 38 меньше в N раз. Это напряжение трансформируется во вторичные обмотки 9-11 и через демодул5{тор 12 поступает на нагрузку 13 и,. Работа демодулятора

синхронизируется блоком управления.

Из условия равенства магнитных потоков, например, нагруженного трансформатора 6 можно записать i,W i W-. Это справедливо и для всех других

трансформаторов последовательной цепи. Ток нагрузки автоматически равномерно делится по всем вторичным обмоткам 9-11, так как первичные и вторичные обмотки всех трансформаторов 6-8 идентичны и первичные обмотки 3-5 обтекаются общим током i ; 1„ i2N; W - число витков соответствующей обмотки.

Параллельное включение вторичных

обмоток последовательных трансформаторов 6-8 приводит к снижению паразитных параметров трансформаторного узла 2. Такая компоновка трансформаторов значительно снижает общую индукзатятивность рассеяния L , которая гивает коммутацию демодулятора. При реактивной нагрузке время коммутаци демодулятора t g определяется формулой .

Ьс

где „ t - 6 J

.эс;и. ток нагрузки;

напряжение трансформаторного узла 2. Время коммутации демодулятора на

фиг. 3 обозначено bt

Для предпаK.U

и демодуляЧ

к U

гаемого типа преобразователей общее время коммутации t определяется суммой коммутаций преобразовательной ячейки (инвертора тора ut

t,

-i-ut.

Время коммутации преобразовательной ячейки на современных транзисторах не бол ее 1-3 мкс, а время коммутации демодулятора, особенно при значитель- .ных токах (сотни и тысячи ампер) и низком выходном напряжении (5-15 В), достигает 10-30 мкс.

Снижение L приводит к уменьшению времени коммутации преобразователя, что, в свою очередь, уменьшает длительность нулевых пауз в выходном напряжении 39 демодулятора 12, улучшая тем самым качество выходной энергии. Кроме того, уменьшаются масса и габариты необходимого фильтра.

С целью расширения области использования по динамическому и мрщност- ному диапазонам преобразователь может быть выпол 1ен регулируемым и с Несколькими параллельными по питанию преобразовательными ячейками 15-17 (фиг. 2), нагруженными на аналогичные трансформаторные узлы 18-20. Одноименные секции вторичных обмоток 21- 29 соединены в последовательные цепи, которые между собой включены параллельно и образуют общий контур суммирования . Деление токов и напряжений на обмотках согласующих трансформаторов трансформаторных узлов 18-20 аналогично как и в преобразователе по фиг. I.

Задающий генератор 32 4 ормирует импульсное напряжение 40 (фиг, 4) высокой частоты, которое подается на управление демодулятором 31 и на входы синхронизации модуляторов 33-35 длительности. Нарастающее (спадающее) напряжение 41 с управляющего входа 36 поступает на управляющие входы модуля

5

0

5

0

5

торов 33-35 длительности с последовательно нарастающими уровнями сравнения 42, суммируется с пилообразным напряжением 43 и преобразуется в импульсы, модулированные по длительности, которые поступают на соответствующие управляю1цие входы преобразовательных ячеек 15-17, поочередно подключая необходимое число ячеек. Выходное напряжение трех преобразовательных ячеек показано на соответствующих диаграммах 44-46. Напряжение 44-46 преобразовательных ячеек 15-17 суммируется на вторичной стороне в общем контуре суммирования и через демодулятор 31 поступает на нагрузку. Форма выходного напряжения 47 демодулятора 31 показана на фиг. 4.

По сравнению с известными предлагаемые преобразователь с разветвленной магнитной системой согласующего трансформаторного узла и последова- тел1 но-г1араллельным включением первичных и вторичных обмоток соответственно позволяет в несколько раз снизить общую индуктивность рассеяния всего трансформаторного узла в целом. Это особенно ва-жно для многоячейковьгх преобразователей с общим контуром суммирования при значительных токах и низком выходном напряжении.За счет снижения -индуктивности рассеяния согласующего трансформатора уменьшается время коммутации демодулятора, что улучшает качество выходной энергии, повышает быстродействие и динамические свойства преобразователей. Последовательно-параллельное включение вторичных обмоток трансформаторных узлов нескольких преобразовательных ячеек позволяет расширять мощностной и ди-, намический диапазоны преобразователей в широких пределах. Кроме того, 5 упрощается проектирование трансфор- |Маторньк узлов, так как зачастую при проектировании не удается подобрать необходимый магнитопровод из типового ряда, поэтому приходится выбирать больший магнитопровод. При разветвлении магнитной системы появляется возможность выбора сердечников из типового ряда, варьируя сечением и их числом.

0

5

0

0

55

. Формула изобретения

I. Преобразователь напряжения со звеном повыщенной частоты, содержащий преобразовательную ячейку, вьшол- ненную по одной из инверторных схем

5 . 1

и нагруженную на трансформаторный узел, выход которой через демодулятор связан с выходными выводами преобразователя, а также блок управле- ния, отличающийся тем, что, с целью повышения качества выходного напряжения за счет уменьшени паразитных Лодуктивностей, трансформаторный узел выполнен в виде N по- следовательно соединенных по первичной стороне трансформаторов, секции вторичных обмоток которых выполнены одинаковыми, включены между собой параллельно.

2. Преобразователь по п. 1, о, т - личающййся тем, что, с целью расширения области использования по динамическому и мощностному диапазонам, он снабжен п-1 дополнительными преобразовательными ячейками, каждая из которых нагружена на свой аналогично «выполненный трансформатЬр- ный узел, причем одноименные секции вторичных обмоток всех п трансформаторных узлов соединены в последовательные цепи, которые, в .свою очередь, включены между собой параллельно.

Изобретение относится к преобразовательной технике. Цель изобретения - повышение качества выходного напряжения за счет уменьшения паразитных индуктивностей, а также расширение области использования по динамическому и мощностному диапазонам. Преобразователь содержит ячейку I с первичными обмотками 3-3 трансформаторов 6-8. Секции вторичных обмоток 9-1 I включены между собой параллельно и через демодулятор I2 подсоединены к нагрузке 13. Такая компоновка трансформаторов значительно снижает общую индуктивность рассеяния, которая затягивает коммутацию демодулятора. 1 3.п. ф-лы, 4 ил. (Л лм

Фиг. 2