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

Изобретение относится к электро- 1 технике и может быть использовано в качестве бестрансформаторного импульсного источника электропитания раз- личного назначения, в частности, для заряда накопительного конденсатора.

Цель изобретения - улучшение мас- согабаритных показателей за счет по- вышения рабочей частоты и надежности,,

На фигс 1 изображена схема силовой части преобразователя постоянного напряжения для заряда накопительного конденсатора; на фиг. 2 - временные диаграммы тока i., потребляемого каждой ветвью в режиме перекрытия токов; на фиго 3 - временные диаграммы для каждой поперечной ветви потребляемого тока ij, токл 1„ дросселя цепи переза ряда, тока i- конденсатора на интервале потребления энергии, напряжения Uc конденсатора, тока нагрузки 1Ц; на фиг. 4 - эквивалентные схемы замещения преобразования на интервале заря- да, перезаряда и разряда конденсаторов

Преобразователь постоянного напряжения (фиг„ 1) содержит два входных

Iи 2 выхода для подключения соответ- ственно положительной и отрицательной клемм источника постоянного напряжения, два выходных 3 и 4 вывода, образющих соответственно отрицательный и положительный выходы преобразователя, четырехполюсник 5, состоящий из первой и второй продольных ветвей и N поперечных; ветвей, первая продольная ветвь содержит управляемые ключи

6„1-6 Л (тиристоры) и линейные дроссе ли 7о 1-7 сN, вторая продольная ветвь содержит неуправляемые ключи 8.1-8.N(диоды), поперечные ветви содержат конденсаторы 9J1-9.N, параллельно обкладкам которых подключены соответст- венно цепи перезаряда, состоящие из последовательно соединенных диодов 1001-10UN и линейных дросселей 11.1I1Л}, преобразователь также содержит

ключи 12Л-2-12„Н разрядной цепи, последний из которых управляемый (тиристор) , а остальные неуправляемые (диоды) , а также диод 13 и выходной линейный дроссель 14 о

Преобразователь (фиг. 1) работает следующим образом.

Со, схемы управления (не показана) на управляющие электроды тиристоров 6.1-6 Л соответственно за,-

5 о 5

Q 10

5

0

пускающие импульсы, сдвинутые друг относительно друга на время T/2N, где Н - число каскадов умножения, Т/2 - время включенного состояния тиристоров 6.1-6CN, практически равное половине периода свободных колебаний контура, образованного индуктивностью идентичных дросселей 7.1-7..N и емкостью идентичных конденсаторов 9i1-90N соответственно, в результате обеспечивается режим перекрытия потребляемого каждой ветвью тока. Тиристоры 6,1-6„К и диоды 8.1-8.N-1, 10.1-10.N открываются, и на интервале 0-t (фиг„3) происходит колебательный процесс заряда конденсатора 9.1-9oN от источника постоянного напряжения (выводы 1 и 2) через линейные дроссели 7,1-7 Л соответственно при некотором нарастании тока в дросселях 11 о 1-11.N соответственно,, Эквивалентная схема замещения для одной нетви показана на фиг0 4а, где ,;- соответственно индуктивности идентичных дросселей 7.1-7 Л и 11.1-11.N, С; - емкость идентичных конденсаторов 9.1-9.N.

Нарастание тока i дросселя цепи перезаряда происходит тем медленнее (быстрее), чем больше (меньше) отно- ыение К

Чем больше К, тем к моменту равенства нулю потребляемого тока i. i-z. + i-з напряжение на конденсаторах 9.1-9,.N при высоких добротностях колебательного контура (Q 10-20) близко к почти удвоенному напряжению источника питания, квазисинусоидальная форма потребляемого тока близка к синусоид альной„

I

В момент t, тиристоры 6.1-бЛ и

диоды 801-80N-1 естественным образом отключаются. С этого момента на интервале t.-tЈ происходит колебательный процесс перезаряда конденсаторов 9„1- 9.N через последовательно включенные диоды 10„1-10„и и линейный дроссель 1К1 -11oN соответственно до противоположного по знаку и равного по номиналу напряжению. При этом эквивалентная схема замещения преобразователя имеет вид, представленный на фиг.4б. Причем процесс перезаряда конденсаторов 9.1-9„Н по длительности всегда превышает процесс их заряда, что связано с разными значениями индуктив- ностей L ,; и L2;.

В момент С л равенства нулю ток i дросселя пели перезаряда диод цент перезаряда зафиксирует напряжение на конденсаторе, полярность которого ук-j зана на фиго 1 в скобках0 lance на управляющий электрод тиристора 12„Ч разрядной цепи поступает запускающий импульс не раньпе, чем закончится процесс перезаряда в последней ветпи, Тиристор 120N открывается, и на интервале t,; - t (фиг о 3) последовятельно соединенные конденсаторы 9„1- 9oN через выходной дроссель 14 полностью разряжайте я на емкостную нагрузку, подключенную к выводам 3 и 4 преобразователя,, Эквивалентная схема замещения преобразователя при этом имеет вид, представленный на фиг04в Прч этом колебательный процесс разрч-- да конденсаторов 9t1-9 N сопровождается возрастанием тока нагрузки Јц, который к моменту очередного включения тиристора 12Л имеет в общем случае ненулевое значение,,

С момента полного разряда послепо- вательно включенных конденсаторов 931 УЛ транзистор 12 Л естественным образом отключается, ток нагрузки iy теперь замыкается через открытый диод 13, милуя тиристор 12.N, а к его силовым выводам прикладывается нулевое напряжение. На интервале t - t4 (фиг„ 3) ток нагрузги i поддерживается за счет энергии, .-шли в выходном дросселе 14, г coupon nja- ется характерным спадом. При т гом эквивалентная схема замещения преобразователя предстаьлена на фиг„4г,

Момент очередного включения первого из тиристоров первой группы осуществляется в промежутке: времени между t и t(j. с учетом времени восстановления tg проводящих свойств полупроводниковых приборов разрядной цепи, а также с учетом времени t полного разряда конденсаторов 9„1-90Н при максимально возможном напряжении на на грузке При этом процессы, происходящие в цепях заряда и перезаряда конденсаторов 9,,1-9tN, не оказывают i лм- яние на ток Нсир,,кн i „, а:, как ти- ристоо 120N вык Ж1ченс Далее процессы в схеме пресбразовате тя аналогичным образом новторяк)тся до тех пор, пока напряжение на нагрузке практически не равно напряжеыпо на последояатс лъно соединенных конденсаторах 9,1-9«Н к hiOMeHTy их очередного 11лзряд;.. что

сост аляет згач ч и.-, а.о « еьс л э пред елях от N1) до -Wf.. гме , напряжение источник г in-rrc .-т,

Схемя упрар ;ения тирпс p. может быть ш, лчена,, нагтрчм--.,-, ш гнп ждуич ОЛОКИНГ--Г.2 ieparopa, м периоды следования д ус,йъ.;т х чмпуль сов тиристоров b,1-r зягядгнч сдглнуты друг относительно друга нл фиксированное время .находялееся между t з и

L.J ((риг. J) о Даннь й вре

0

Ь

0

S

меннон сдви обесиечч г.етсл путем соответствующего форчяр.. заннч пходнчх чап: с :аюи1Г1Х иг пул: пь Гличикг- -енера- торс. о Р.ход / G имп льсы блокинг-rent - Г (тг 1 -р Morvi бшь помучены, нги:11(мср, т угем сдЈ ига lacTO fi задающего i :с - рагора, ныпг) тсенлэг ч, например, по игтргральнп1 схемах, с помощью рас- ni с слитетгей импулъсоя iLiit сдвигающих устройств, вылолпе.чых, например, на тирисюрах, транзисторах или триггерах „

TaivHM образом, предлагав ib-и разователь в кзх-доч заряд 1 jn co- держит один управляемьп к.гп/i j м лтнеГ- HLJI зарядный дроссель nj ьошося т, во-первых, обеспечить независимый колебательный заря ( конденсаторов от первичного источллка питания„ При этом повьшается надежность рлОсты преобразователя, так как при из строя одного из клгсчеи первой и,|И второй группы (типа обрыв) преобрало- сохраняет стою р iОотопособ- ногть за счет раогтогтсссбности других независимых кас кадов Во-вторых, повышается рабочая частота преобразователя, так как каногаальноя частота наряда конденсаторов в этом случае ограничена минимально догтихим,й индуктивностью идентичных дросселей с за анной добротно :тью и емкостью

5 одного из соответствующих им идентичных конденсаторов 9„1-9„Н0 В-тоетьих, независимьй колебагельньш заряд конденсаторов дает возможность работы преобразователя в режиме перекрытия поQ требляемого каждой ветчьге тока, что приводиг к более равномерному отбору энергии от первичного источника литания.. Последнее обсгоптельст -о лознс- ляет снз -зить пиковою нагрузку по току

для первичного источника питания и использовать слаботочные тчристоры„ Формула изобретения

Преобразователь постоянного напряжения в постоянное, с ,uf p .апп л два

0

входных и два выходных вывода для подключения соответственно источника постоянного напряжения и нагрузки, четырехполюсник, состоящий из N попереч- ных ветвей, первой и-второй продольных ветвей, каждая из которых включае полупроводниковые ключи, образующие первую и вторую группы, анод первого ключа первой группы образует первый вход четырехполюсника и соединен с входным выводом для подключения положительного полюса источника питания, катоды ключей второй группы объединены в общую точку, соединенную с вход- ным выводом для подключения отрицательного полюса источника питания, каждая из поперечных ветвей включает конденсатор, первая обкладка которого кроме конденсатора последней попереч- ной ветви, соединена с анодом соответствующего ключа второй продольной ветви, вторая обкладка конденсатора первой поперечной ветви образует первый выход четырехполюсника, соединен- ный с первым выходным выводом, и через линейный дроссель соединена с катодом первого ключа первой группы, первая обкладка конденсатора последней поперечной .ветви подключена к обцей точке соединения ключей второй группы и образует второй выход четырехполюсника, а также N-1 неуправляемых полупроводниковых ключей третьей группы, каждый из которых включен между разноименными обкладками соответствующих конденсаторов предыдущей и последующей поперечных ветвей, и управляемый полупроводниковый ключ разрядной цепи, анодом подключенный второму выходу четырехполюсника, а катодом - к общей точке соединения катода выходного диода и выходного линейного дросселя, свободный вывод которого подключен к второму выходному выводу, а анод выходного диода соединен с первым выходным выводом, причем параллельно конденсатору каждой поперечной ветви включена цепь перезаряда, состоящая из последовательно соединенных перезарядных линейного дросселя и диода, анод которого соединен с второй обкладкой конденсатора, отличающийся тем, что, с целью улучшения массога- баритных показателей за счет повышения рабочей частоты и надежности, вторая обкладка конденсатора каждой последующей после первой поперечной ветви соединена с катодом соответствующего ключа через один из дополнительно введенных линейных дросселей, причем ключи первой группы выполнены управляющими и их аноды объединены в общую точкуо

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве бестрансформаторного импульсного источника питания Цель изобретения - улучшение массогабаритных показателей за счет повышения рабочей частоты и повышение надежности„ Устройство содержит входные 1, 2 и выходные 3, 4 выводы и четырехполюсник 5, состоящий из первой и второй продольных ветвей и N поперечных ветвей Иер- ная продольная ветвь содержит управляемые ключи 6„1-60К и линейные дроссели 7„1 -7UN0 Вторая продольная ветвь содержит неуправляемые ключи 8. 1-8.N-1 Поперечные ветви содержат конденсаторы 9,1-9оН, параллельно обкладкам которых подключены соответственно цепи перезаряда, состояцие кз последовательно соединенных диода 1001-10.N и линейного дросселя 11„1-11„No Устройство также содержит ключи 120N-2 - 120N разрядной цепи, диод 13 и выходной линейный дроссель 14 Указанное выполнение устройства обеспечивает независимый колебательный заряд конденсаторов от источника питания, сохранение работоспособности при выходе из строя одного из ключей любой группы и также возможность работы в режиме перекрытия потребляемого каждой ветвью тока, что приводит к равномерному отбору энергии от источника питания и повышение рабочей частоты 4 ил. -о с S (Л & ел 00 О СО

TIW

t

Фиг 2