Преобразователь переменного напряжения низкой частоты в постоянное напряжение Советский патент 1992 года по МПК H02M7/12 

Фиг.1

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве преобразователя переменного напряжения низкой частоты в постоянное напряжение при построении источников вторичного электропитания различного назначения.

Известны преобразователи переменного напряжения в постоянное, содержащие входной выпрямитель и канал преобразования, состоящий из последовательно соединенных инвертора повышенной частоты с силовым трансформатором, выходного выпрямителя изглаживающего фильтра, а также блок управления инвертором повышенной частоты.

К недостаткам таких устройств следует отнести сравнительно низкое качество мас- согабаритных показателей и динамических характеристик, так как они зависят от степени приближения огибающей выпрямленного напряжения к прямоугольной форме, которая определяется как количеством отводов первичной обмотки силового трансформатора (а также ключевых элементов для их переключения), так и длительностью переднего и заднего фронтов, В идеальном случае в известном преобразователе можно получить выпрямленное напряжение с формой равнобедренной трапеции, боковыми сторонами которой являются отрезки синусоиды. В спектре напряжения такой формы гармоника удвоенной частоты входного напряжения имеет значительную амплитуду, что приводит к сравнительно большим массе и габаритам сглаживающего фильтра.

Известен преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий в одном канале однополупериодный выпрямитель, а в другой - высокочастотные преобразователь и выпрямитель, причем оба канала подключены к выходному сглаживающему фильтру.

Недостаток известного устройства - низкое качество массогабаритных показателей и динамических характеристик, так как в спектре выпрямленного напряжения присутствуют низкочастотные составляющие значительной амплитуды.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является преобразователь переменного напряжения низкой частоты в постоянное напряжение, содержащий входной выпрямитель и канал преобразования, состоящий из соединенных последовательно инвертора повышенной частоты на ключевых элементах с силовым трансформатором, выходного выпрямителя и сглаживающего фильтра. Кроме того, в преобразователе есть вольтодобавочный канал, посредством сглаживающего фильтра которого, выход входного выпрямителя соединен с управляемым генератором на ключевых элементах с трансформатором напряжения. Блок управления служит для формирования и распределения сигналов управления ключевыми элементами либо по величине напряжения на нагрузке, либо по командам от внешнего устройства.

Недостатками такого устройства явля0 ются низкое качество массогабаритных показателей и динамических характеристик из-за наличия в спектре выпрямленного напряжения значительных по амплитуде гармоник на частотах 4fDx и 8твх, где fax 5 частота входного переменного напряжения. Настоящее изобретение направлено на решение задачи улучшения массогабаритных показателей и динамических характеристик преобразователя переменного

0 напряжения низкой частоты в постоянное напряжение при сохранении показателей качества выходного напряжения такими же,4 как и в схеме прототипа.

Решение поставленной задачи достига5 ется тем, что в известное устройство, содержащее входной выпрямитель, входом соединенный с входными выводами для подключения источника переменного напряжения, включенное между входными и

0 выходными выводами для подключения нагрузки, канал преобразования, состоящий из последовательно соединенных инвертора повышенной частоты с силовым трансформатором, выходного выпрямителя и

5 сглаживающего фильтра, вольтодобавочный канал, подключенный к выходу входного выпрямителя и состоящий из последовательно соединенных дополнительного сглаживающего фильтра и управ0 ляемого генератора с трансформатором напряжения и блок управления ключевыми элементами, причем, управляемый генератор выполнен на ключевых элементах, соединенных попарно последовательно,

5 образуя цепочки, включенные параллельно, вторичная обмотка трансформатора напряжения включена последовательно в цепь первичной обмотки силового трансформатора инвертора, а первичная обмотка транс0 форматора напряжения подключена к общим точкам соединения ключевых элементов соответствующих цепочек управляемого генератора, первичная обмотка указанного трансформатора напряжения

5 выполнена с отпайкой и введен дополнительный ключевой элемент с двухсторонней проводимостью, включенный между указанной отпайкой и общей точкой соединения ключевых элементов соответствующей цепочки управляемого генератора.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, выражается в улучшении массога- баритных показателей на 10-15%, динамических характеристик - на 20-40%, в зависимости от мощности устройства, при сохранении показателей качества выходного напряжения преобразователя такими же, как и в схеме прототипа.

На фиг.1 представлена электрическая схема преобразователя переменного напряжения низкой частоты в постоянное на- пряжение; на фиг.2 представлены временные диаграммы работы преобразователя; на фиг.З представлены временные диаграммы работы преобразователя при повышенной частоте модуляции.

Согласно фиг.1 устройство содержит входной выпрямитель 1 канал преобразования, состоящий из соединенных последо- вательно инвертора повышенной частоты на ключевых элементах с двухсторонней проводимостью 2-5 с силовым трансформатором б, выходного выпрямителя на диодах 7 и сглаживающего фильтра на дросселе 8 и конденсаторе 9, вольтодобавочный канал, посредством сглаживающего фильтра 11 которого, выход входного выпрямителя 1 соединен с управляемым генератором на ключевых элементах 12-15странсформато- ром напряжения 16, блок управления ключевыми элементами 17. Дополнительный ключевой элемент с двухсторонней проводимостью 18 включен между отпайкой первичной обмотки трансформатора 16 и общей точкой соединения ключевых элементов 12 и 13.

Преобразователь работает следующим образом,

При подключении источника перемен- ного напряжения UBX с частотой fDx к входным выводам и поочередном включении элементов 2,5 и 3.4 на выходе инвертора формируется высокочастотное напряжение Ом1 с частотой fM (фиг 2) Одновременно на- пряжение UBX выпрямляется выпрямителем 1, сглаживается фильтром 11 и преобразуется генератором на элементах 12-15, 18 в прямоугольное напряжение UM2 1 с частотой fw- Управление ключевым элементом 18 осу- ществляется от блока управления 17 импульсным напряжением Uynp таким образом, что на интервалах 0-1 4-5,5-6,9-10 и т.д ключевой элемент 18 замкнут, а на остальных временных интервалах разо- мкнут, В результате такого управления на выходной обмотке трансформатора 16 формируется напряжение UM22 которое является вольтодобэвкой к напряжению UML Напряжение Км на выходе трансформатора

6 представляет собой алгебраическое суммирование напряжений UM1 и UM2 2 с соответствующим коэффициентом трансформации трансформатора б. Коэффициенты трансформации понижающего трансформатора 16 составляют: в режиме замкнутого ключа 18 - 1,25, а в режиме разомкнутого ключа 18 - 5,32. При этом коэффициент пульсаций напряжения Ue будет минимальным. Для преобразователя характерны три режима работы: большой вольтодобавки, малой вольтодобавки и закоротки. В режиме большой вольтодобавки посредством трансформатора 6 и трансформатора 16 происходит алгебраическое суммирование напряжений UM1 и UM2.2 при замкнутом ключе 18, а в режиме малой вольтодобавки - при разомкнутом ключе 18. Режим закоротки, когда напряжение вторичной обмотки трансформатора 16 равно нулю, обеспечивается при одновременном включении элементов 12, 14 или 13, 15. Таким образом, постановка дополнительного ключевого элемента позволяет уменьшить коэффициент пульсаций напряжения Ue по сравнению со схемой прототипа и тем самым улучшить массогабаритные показатели выходного сглаживающего фильтра и устройства в целом. Кроме того, уменьшение требуемого коэффициента сглаживания выходного фильтра приводит к улучшению динамических характеристик преобразователя. На фиг 3 представлены временные ди- аграммы работы преобразователя при повышенной частоте модуляции fM. Форма напряжения Ue при этом не изменяется. Повышая частоту модуляции, можно уменьшить габариты и массу трансформаторов б и 16.

Формула изобретения Преобразователь переменного напряжения низкой частоты в постоянное напряжение, содержащий входной выпрямитель, входом соединенный с входными выводами для подключения источника переменного напряжения, включенный между входными и выходными выводами для подключения нагрузки, канал преобразования, состоящий из последовательно соединенных инвертора повышенной частоты с силовым трансформатором, выходного выпрямителя и сглаживающего фильтра, вольтодобавочный канал, подключенный к выходу входного выпрямителя и состоящий из последовательно соединенных дополнительного сглаживающего фильтра и управляемого генератора с трансформатором напряжения, и блок управления ключевыми элементами, причем управляемый генератор выполнен на ключевых элементах, соедйненных попарно последовательно, образуя цепочки, включенные параллельно, вторичная обмотка трансформатора напряжения включена последовательно в цепь первичной обмотки силового трансформатора инвертора, а первичная обмотка трансформатора напряжения подключена к общим точкам соединения ключевых элементов соответствующих цепочек управляемого генератора,отличающийся тем,

что, с целью улучшения массогабаритных показателей и динамических характеристик, первичная обмотка указанного трансформатора напряжэния выполнена с отпайкой и введен дополнительный ключевой элемент с двусторонней проводимостью, включенный между указанной отпайкой и общей точкой соединения ключевых элементов соответствующей цепочки управляемого генератора.

AVM2-2

Фиг. 2.

/

/

10

X

/Lз.