Преобразователь постоянного напряжения в постоянное Советский патент 1991 года по МПК H02M3/18 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве бестрансформаторного низковольтного источника питания.

Цель изобретения - повышение КПД и расширение области применения.

На фиг. 1 приведена электрическая схема предлагаемого преобразователя; на фиг. 2 даны временные диаграммы, поясняющие его работу.

Преобразователь содержит блок деления напряжения 1, управляемые ключевые элементы (ключи) 2, 3 и 4, 5, а также входные 6, 7 и выходные 8, 9 выводы. Блок деления напряжения 1 содержит несколько параллельно соединенных цепочек, каждая из которых . состоит из последовательно соединенных конденсатора 10 и двух диодов (неуправляемых вентилей) 11 и 12. Вентиль 11 каждой цепочки блока деления напряжения 1 катодом подключен к положительному выходному выводу 13 блока, а анодом к положительной обкладке конденсатора 10. Вентиль 12 в каждой цепочке анодом подключен к отрицательному выходному выводу 14 блока, а катодом к отрицательной обкладке конденсатора 10.

5

Ј

N5

:л з:

S3

Каждый из диодов (вентилей) 15 включен между разноименными обкладками конденсаторов 10 смежных цепочек, например, между точками 16-и 17.

Положительный входной вывод 6 через управляемый ключ 2 соединен с одним из зажимов индуктивного элемента 18 в точке 19. Другой его зажим в точке 20 соединен с положительной ю обкладкой конденсатора 10 первой цепочки блока деления напряжения 1. Отрицательный входной вывод 7 через управляемый ключ 3 соединен с отрицательной обкладкой конденсатора tO 15 последней цепочки блока деления напряжения 1 в точке 21.

Положительный и отрицательный выходные выводы 8 и 9 соединены соответственно с положительным я отрица- 20 тельным выходными выводами 13, 14 блока деления напряжения через управляемые ключи 4 и 5. Конденсатор 22 фильтра включен параллельно нагрузке 23 между выходными выводами 8 и 25 9. Дополнительный вентиль 24 .подключен анодом к отрицательной обкладке конденсатора последней цепочки блока деления напряжения 1 в точке 21, а катодом к точке 19 соединения индук- зо тивного элемента 18 и управляемого ключа 2.

Преобразователь постоянного напряжения в постоянное (конвектор) работает следующим образом.

В нулевой момент времени (см. фиг.2) открываются ключи 2, 3 (зарядные) под действием управляющего сигнала U«np(2,3) и соединенные последовательно конденсаторы 10 заряжаются через индуктивный элемент 18

ю

величина емкости

конденсатора 10, L - величина индуктивности элемента 18.

Индуктивность элемента 18 выбирает ся из условия обеспечения добротности О зарядного контура:

,

где R - суммарное сопротивление зарядного контура.

Напряжение UKJ на обкладках конденсато ра 10 изменяется по следующему закону

ш

и.

. i dt&

МО С„ J

-|(1 -со3т 1 Л|ЬСЮ/Ы

Регулировка выходного напряжения осуществляется изменением времени открытого состояния ключей (2,3) в пределах от О до

w-M«v.

При этом среднее напряжение на конденсаторах 10 изменяется от нулевого

2Е значения до ) В момент

времени Ц зарядные ключи (2,3) за40

и вентили 15 синусоидальным током i., равным

45

где

Р

N

крываются и если t, : Цмдхев/ ч kCw /, то энергия, накопленная в индуктив- ном элементе (дросселе) 18, идет на подзаряд конденсаторов блока 1 через вентиль 24.

В момент времени t«, когда ток подзарядки становится равым нулю под действием сигнала управления и«Пр (4,5) открываются ключи 4, 5 разрядные и конденсаторы блока, соединенные в параллель, разряжаются на нагрузку. В последующие периоды коммутации ключей описанные процессы повторяются. -Таким образом, в предлагаемом конверторе зарядные и разрядные, ключи практически работают в режиме насыщения, а регулировка вы- рядного контура/ 50 ходного напряжения обеспечивается

-число цепочек в бло- изменением уровня заряда конденсато- ке падения иапряже- РОВ 10 блока деления напряжения 1. ния 1;Причем в данном конвекторе КПД оста-напряжение источни- ется высоким и не зависит от уровня ка постоянного тока, 55 регулируемого выходного напряжения, подключенного к - а регулировка выходного напряжения в входным выводам 6 широких пределах (от нуля до величи- и , близкой к 2E/N) осуществляется

N dUgftzi E .

-сг; «

- характеристическое сопротивление заю

величина емкости

конденсатора 10, L - величина индуктивности элемента 18.

Индуктивность элемента 18 выбираетиз условия обеспечения добротности арядного контура:

,

R - суммарное сопротивление зарядного контура.

ряжение UKJ на обкладках конденсато10 изменяется по следующему закону

ш

и.

. i dt&

МО С„ J

-|(1 -со3т 1 Л|ЬСЮ/Ы

Регулировка выходного напряжения осуществляется изменением времени открытого состояния ключей (2,3) в пределах от О до

w-M«v.

При этом среднее напряжение на конденсаторах 10 изменяется от нулевого

2Е значения до ) В момент

времени Ц зарядные ключи (2,3) запри неизменном периоде частоты коммутации „ Это позволяет получить высокое качество выходного регулируемого напряжения и, следовательно, расширить область применения конвертора.

Формула изобретения

Преобразователь постоянного на- пряжения в постоянное, содержащий четыре управляемых ключевых элемента, индуктивный элемент, конденсатор фильтра, включенный между выходными выводами для подключения нагрузки, и блок деления напряжения, состоящий из параллельно соединенных цепочек, каждая из которых выполнена в виде последовательно соединенных первого диода, конденсатора и второго диода, и разноименные обкладки конденсаторов каждой пары смежных цепочек соединены между собой через соответствующий третий диод, причем обшая точка соединения

0

конденсатора и первого диода первой цепочки через последовательно соединенные индуктивный и первый ключевой элементы и общая точка соединения конденсатора и второго диода последней цепочки через второй ключевой элемент соединены с входными выводами для подключения соответствующих полюсов источника постоянного тока, общая точка соединения катодов первых диодов и общая точка соединения анодов вторых диодов указанных цепочек соедиj йены соответственно через третий и четвертый ключевые элементы с соответствующими выходными выводами, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД и расширения

0 области применения, в него введен дополнительный диод, анодом подключенный к общей точке соединения конденсатора и второго диода последней цепочки, а катодом к общей точке

5 соединения первого ключевого и индуктивного элементов.

Vyn/(2$

Ъ

UynpfrM

ViO

V

23

t

ЛЛ.,

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве бестрансформаторного низковольтного источника питания. Цель изобретения - повышение КПД и расширение области применения. Преобразователь включает блок 1 деления напряжения, входом через индуктивный элемент 18, соединенный последовательно с ключевым элементом 2, и ключевой элемент 3, соединенный с входными выводами 6, 7 для подключения источника постоянного тока. Выход блока 1 через ключевые элементы 4 , 5 соединен с выходными выводами 8, 9 для подключения нагрузки 23. Введение дополнительного диода 24, включенного между выходами ключевых элементов 2, 3 , обеспечивает регулирование выходного напряжения изменением уровня заряда конденсаторов 10 блока 1. Это позволяет уменьшить потери мощности на ключевых элементах 4, 5 (разрядных) и улучшить качество выходного напряжения. 2 ил.(

II

Фие.1