Преобразователь постоянного напряжения с многозонным регулированием выходного напряжения Советский патент 1988 года по МПК H02M3/335 

1C

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано а системах вторичного электропитания для преобразования и регулирования с постоянного напряжения.

Цель изобретения - х меньшение массы и габаритов и. повышение КПД.

На фиг. 1 представлена схема пред- лагаемого преобразователя; на фиг, 2-|о временные диаграммы, поясняющие ра- боту преобразователя при регулирова- НИИ напряжения на активной нагрузке. Преобразователь постоянного напря- жения фиг. 1) содержит две группы 15 однотактных ийверторных ячеек 1,2. Каждая группа соСтоиФ из N инвертор- ных ячеек. Ячейка 3 содержит после-, довательно соединенные ключ 4 и диод 5. В каждой ячейки 6,7-,8 один вьюод 20 первичной обмотки 9,I0j11 выходного трансформатора 12,13,14 подключен к одному выводу 15,16 источника 17 питания через управляемый ключ 18,19, 20, а к другому - через рекупераци- 25 онный диод 21,22,23. Вторичные обмотки трансформаторов 24,25,26 соединены согласно последовательно и предназначены для подключения через выпрямитель 27 к нагрузке 28. Первичные об- О мотки 9,10,11 трансформаторов инвер- торных ячеек 6-8 соединены последовательно. Вывод первичной обмотки 9 первой инверторной ячейки 6 подключен к выходу ячейки 3. Ключи 18,20 четных .инверторных ячеек 6,8 соединены с одним вьшодом 15 источника 17 питания, а ключи нечетных - с другим вьтодом 16, Начала всех вторичных обмоток 24-26 подключены через сосгтвет-.„ ствующие диоды 29-31 выпрямителя 27 - к нагрузке 28.

На фиг . 2 показаны: 32 - алгоритм работы ключа 4 инверторной ячейки 3 - при положительной полярности сигнала . ключ 4 открыт, при отрицательной - ключ 4 закрыт, 33-35 - алгоритм работы ключей 18-20; 36 - выходное напряжение первой I группы ячеек 1; 37 - вы ходное напряжение второй группы ячеек 2;,38 - суммарное напряжение на на- грузке.

35

Ячейки группы 2 управляются аналогично соответствующим ячейкам группь со сдвигом на полперйода тактовой частоты.

Преобразователь (фиг. 1) работает следующим образом

5 0 О „

5

5

Ключ 4 инверторной ячейки 3 первой грзшпы 1 работает с коэффициентом заполнения у а/Т, где а - длительность открытого состояния ключа; Т период. Ключ 18 переключается синхронно и синфазно с ключом 4, но скважность открытого состояния регулируется при необходимости увеличения выходного напряжения 33 таким образом, что возможны режимы, когда ключ 18 полностью закрыт, а в другом случае рабо- тает аналогично, что и ключ 4, Когда ключи 4 и 18 открыты, напряжение питающей сети прикладьгаается к первичной обмотке 9 трансформатора 12. В это время напряжение, наведенное на вторичной обмотке 24, открьшает диод 29. Когда ключи 4,18 закрыты, трансформатор 12 размагничивается через диоды 5, 21. На вькоде выпрямителя 27 формируется напряжение в 1-ой зоне 36. При дальнейшем увеличении выходного напряжения включает ключ 19, формируя напряжение на вторичной обмотке 25 трансформатора 13, которое открьгоает диод 30 и запирает диод 29. Осуществляется регулирование длительности импульсов во 11-ой зоне 36. Затем аналогичным образом включают ключ 20 - идет регулирование напряжения в 11Т-ой зоне 36. Второй модуль формирует аналогичные импульсы напряжения, . сдвинутые по фазе на 180 -37. Суммарное напряжение 38 от обоих ячеек поступает на нагрузку 28. Таким образом, в цепи протекания тока всегда включен лишь один диод. При максимальном выходном напряжении первую половину пе риода открыты ключи 4,18, 19,20 первой группы I и диод 31 выпрямителя 27, а вторую половину периода аналогично работают ключи и диоды группы Но В процессе регулирования осуществляется широтно-импульсная модуляция, например, в трех зонах (см. фиг. 2). В общем случае число регулируемых зон зависит от числа ячеек. Возможно вьшолнение преобразователя и с большим числом групп, тогда алгоритм работы осуществляется по многозонной схеме. Таким образом, при регулировании выходного напряжения с постоянной мощностью на нагрузке, инвертор и 1-ую ячейку расчитывают на номинальную мощность, диод 29 на максимальный ток. Ключи ячейки 7 рассчитывают на половинную мощность, а диод 30 - на ток, равный половине максимального. Ячейка 8 рассчитана на 1/3 - часть номинальной мощности, а диод 31 - на минимальньй ток нагрузки. По сравнению с прототипом КПД данного преобразователя вьшё, а габариты и масса меньше.

Формула изобретения

Преобразователь постоянного напря жения с многозонным регулированием выходного напряжения, содержащий М управляемых с фазовым сдвигом групп из N однотактных инверторных ячеек с выходным трансформатором в каждой из них, N+1 управляемых ключей и N+1 рекуперационных диодов в каждой группе, включенных в цепи первичных обмоток выходных трансформаторов, причем вторичные обмотки выходных трансформаторов однотактных инверторных ячеек, принадлежащих к данной группе, соединены между собой согласно последовательно, образуя М цепочек, начала которых подключены к первому выходному вьгооду преобразователя, а концы через выпрямитель- ные диоды - к второму выходному выводу преобразователя, отличающийся тем, что, с целью шения массы и габаритов и повышения КПД, первичные обмотки выходных транформаторов ,, однотактных инверторных ячеек, принадлежащих данной группе, соеданены между собой в последрватедьную цепочку так, что первичные обмотки выходных тpaнcфopмatopoв всех нетных однотактных инверторных ячеек включены встречно, а всех нечетных однотактных инверторных ячеек согласно по отношению к первой ячейке, вторичная обмотка выходного трансформатора которой соединена непосредственно с выходным вьшодом преобразователя, точки соединения начал первичных обмоток выходных трансформаторов смежных однотактных инверторных ячеек и начало первичной обмотки выходного трансформатора первой однотактной ин- верторной ячейки через соответствующий управляемый ключ соединены с первым входным выводом преобразователя и через рекуперационный диод - с вторым выходным выводом преобразователя, а точки .соединения концов первичных обмоток смежных однотактных инвертор™ ных ячеек и конец первичной обмотки последней однотактной инверторной ячейки соединены через соответствующий управляемый .ключ с вторым входным выводом преобразователя и через рекуперационный диод - с первьж входным выводом преобразователя, при этом точки соединения вторичных обмоток выходных трансформаторов смежных однотактных инверторных ячеек каждой группы через дополнительные введенные диоды соединены с вторым выходным выводом преобразователя.

(Риг.2

Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике. Цель - уменьшение массы и габаритов и повьшение КПД. Преобразователь выполнен в виде М управляемых с фазовым сдвигом JT /M групп 1,2, состоящих из N однотактных ин- верторных ячеек 3,6,7,8. Ячейка 3 содержит последовательно соединенные ключ 4 и диод 5. Первичные обмотки 9,10,11 трансформаторов инверторных ячеек 6...8 соединены последовательно. Начала всех обмоток 24-26 подключены через соответствующие диоды 29- 31 выпрямителя 27 к нагрузке 28. При максимальном выходном напряжении первую половину периода работают управляемые ключи 18,19,20 и рекуперацион- ные диоды 21,22,23. В процессе регулирования осуществляется широтно-им- пульсная модуляция, 2 ил. I сл