Однотактный высоковольтный преобразователь постоянного напряжения Советский патент 1988 года по МПК H02M3/335 

11

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в источниках вторичного электропитания систем радиотехники, автоматики и вычислительной техники.

Целью изобретения является снижение пульсаций выходного напряжения однотактного высоковольтного преобразователя.

На чертеже схематически изображен предлах-аемый преобразователь.

Однотактный высоковольтный преобразователь постоянного напряжения содержит трансформатор 1, первичная об мотка 2 которого через регулирующий ключ 3, например транзистор, соединена с входными выводами преобразователя, а к вторичной обмотке 4 .подключено N звеньев умножителя напряжения, например три, каждое из которых состоит из первых 5-7 и вторых 8-10 конденсаторов, дросселей 11-13 и диодов 14-16, при этом последовательно с диодом каждого звена, начиная с треть ei o, включен подстраиваемый индуктивный элемент 17.

Работу высоковольтного преобразователя постоянного напряжения рассмотрим, исходя из предположения идеальности всех элементов, устано- вившег ося режима работы, непрерывности магнитных потоков в сердечниках трансформатора и дросселей и пренебрежения пульсациями напряжения на конденсаторах по сравнению со средними значениями этих напряжений.

При включении регулирующего ключа 3 полярность напряжения на обмотке 4 трансформатора такова, что диод находится под обратным смещением.При этом средние значения напряжений на конденсаторах одинаковы. Поэтому диоды 15 и 16 находятся под обратным

смещением. Во вторичной обмотке 4 трансформатора 1 на этом этапе работы протекает ток, вытекающий из начала указанной обмотки. При этом конденсаторы 5-7 разряжаются, а конденсаторы 8-10 заряжаются.

Разряд конденсатора 5 осуществляется током, равным сумме токов 1др,,

,этим же током, за ис Ар г ключением тока нагрузки, осуществляется заряд конденсатора 8. Разряд конденсатора 6 осуществляется суммой токов IAPV IAPI заряд конденсатора 9 осуществляется тем же током,за исключением тока нагрузки. Разряд

конденсатора 7 осуществляется током .Я. а заряд конденсатора 10 - тоАР 3 ком I

Ар1 И

Токи всех дросселей (1др ) одинаковы и равны току нагрузки („), а ток намагничивания трансформатора (1-у), где N - число ячеек умножителя напряжения, У - скважность переключения регулирующего ключа.

При этом изменение напряжения на

15 0 25

0

5

0

0

5

конденсаторах таковы: Ли -31, t,/с и ,t,/c; ,tJci AUc8 ,/c, ьи,, I,t,/c , bU,,,0, i-де tv, - время включенного состояния регулирующего ключа.

На каждой из обмоток дросселей полярность напряжений такова, что приводит к увеличению токов, протекающих по этим обмоткам в направлении от положительных выводов конденсаторов 5-7 к положительным выводам конденсаторов 8-10. Таким образом, на этапе включенного состояния регулирующего ключа 3 происходит накопление энергии в дросселях, заряд конденсаторов 8-10, разряд конденсаторов 5-7 и передача энергии в нагрузку.

После выключения регулирующего ключа 3 вследствие появления ЭДС самоиндукции полярность напряжения на обмотках трансформатора и дросселей изменяется на противоположную, что должно было бы привести к включению диодов 14-16. Однако этого не происходит. Рассмотрим процесс включения диодов и изменения напряжения на конденсаторах считая индуктивность подстраиваемого индуктивног о элемента . 17 равной нулю. Рассмотрим контур, состоящий из конденсатора 6, диода 16,конденсатора 8 и диода 14. При этом напряжение на диоде 14 равно идв Uc, - Uc, , т.е. ,t,/c. Диод 14 находится под обратным смещением. Рассмотрев контур, состоящий из конденсатора 7, диода 16, подстраиваемого индуктивного элемента 17, конденсатора 9 и диода 16, получим, что диод 15 находится под обратным смещением иди . Поэтому после выключения регулирующег о ключа 3 включится только диод 16, поскольку нет условий, поддерживающих его в запертом состоянии. При этом через конденсаторы 8-10 протекают токи

сш 0i 1с9 -21н-1тр 1с8 -1и-1тр, а через конденсаторы 5-7 - токи T-cs

.,.

-тр сь т.е. происходит заряд конденсаторов 5-7 и разряд конденсаторов 8 и 9. В момент равенства напряжений на конденсаторах 7 и 9 происходит включение диода 15, а затем в момент равенства напряжений на конденсаторах 8 ji 6 включается диод 14. После этого изменения напряжений на кондейсаторах при принятых допущениях практически отсутствуют. Конденсаторы оказываютс включенными параллельно через открытые диоды.

Пульсации напряжения на нагрузке при выключении регулирующего ключа 3 определяются величиной и направлением токов, протекающих через конденсаторы 8-10. В том случае, когда первым включается диод 16, изменения напряжения на конденсаторах таковы:

AUc,5 О , ЛОс,, -(21н + )- t,/c, Ли, -(1„-И,р) t,/с,

где t - время, прошедшее с момента выключения регулирующего ключа 3 до момента включения диода 15. При этом изменение напряжения на нагрузке (31,+21 ) t,/c).

Рассмотрим процесс включения диодов, считая индуктивность подстраиваемого индуктивного элемента 17 не равной нулю. Поскольку индуктивность подстраиваемого индуктивного элемента 17 не равна нулю, ток в цепи диода 16 в момент выключения регулирующего ключа 3 равен нулю. Это приводит к тому, что после выключения регулирующего ключа 3 первым включится диод 15. При этом токи, протекающие через конденсаторы 8-10, имеют следующие значения: 1,. , а общее изменение напря Ржения на нагрузке равно 1U

,/c, т.е. меньше, чем в предыдущем случае, когда индуктивность подстраиваемого индуктивного элемента равнялась нулю.

Включение подстраиваемого индуктивного элемента последовательно с диодом 15 приводит к изменению фазы и увеличению амплитуды пульсаций.

0

5

0

5

0

5

0

5

0

Включение подстраиваемого индуктивного элемента последовательно с диодом 14 не приводит к уменьшению пульсаций напряжения на нагрузке, поскольку и в отсутствие подстраиваемых индуктивных элементов диод 14 включается последним.

В случае использования цепи, содержащей N звеньев, подстраиваемые индуктивные элементы, определяющие последовательность включения диодов, включаются в цепи диодов всех звеньев, за исключением двух первых звеньев.

Таким образом, предлагаемый преобразователь позволяет получить высокое выходное напряжение с низким уровнем пульсаций.

Поскольку напряжения на всех обмотках магнитных элементов одинаковы в любой момент времени, то они могут быть выполнены на одном магнитопро- воде. Однако с целью высоковольтной изоляции обмоток можно выполнить магнитные элементы на отдельных магнито- проводах,

Формулаизобретения

Однотактный высоковольтный преобразователь постоянного напряжения, содержащий трансформатор, первичная обмотка которого соединена через регулирующий ключ с входными выводами преобразователя, а к вторичной обмотке трансформатора подключено N звеньев умножителя напряжения, каждое из которых состоит из первого и второго конденсаторов, подключенных первыми вьшодами к входным вьгаодам звена, а вторыми выводами - к выходным выводам звена, зашунтированным дросселем, и диода, включенного между первым выводом второго конденсатора и вторым выводом первого конденсатора, отличающийся тем, что, с целью снижения пульсаций выходного напряжения, введены (N-2) подстраиваемых индуктивных элемента, включенных последовательно с диодом каждого звеьа, начиная с третьего от вторичной обмотки трансформатора.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразователям напряжения, позволяющим получить в нагрузке постоянное высокое напряжение, гальванически отделенное трансформатором от цепи входного напряжения. Цель - снижение пульсаций выходного напряжения. Преобразователь содержит трансформатор, первичная обмотка которого через регулирующий ключ соединена с источником входного напряжения, а к вторичной обмотке присоединена цепь, состоящая из N звеньев. Каждое звено цепи состоит из первого конденсатора, дросселя и второго конденсатора. Между обкладками конденсаторов включен диод катодом к положительной обкладке первого конденсатора, а анодом - к отрицательной обкладке второго конденсатора. Каждое последующее звено включено параллельно обмотке дросселя предыдущего звена. В цепь диода каждого звена, за исключением первых двух звеньев, включен подстраиваемый индуктивньй элемент. В случае использования цепи, содержащей N звеньев, подстраиваемые индуктивные элементы, определяющие последовательность включения диодов, включаются в цепи диодов всех звеньев, за исключением двух первых звеньев. 1 ил. (Л оо to сд со