Статический преобрпзователь Советский патент 1978 года по МПК H02M7/537 H02M1/12 

(54) СТАТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ Это достигается тем, что в предложеннЕлй статический преобразопатель с N-ступеичатой формой выходного напряжения, содержащий источник постоянного напряжения, имеющий общий вывод, соединенный с первым входным выводом мостового инвертора, и N других переключае чых выводов, соединенных через переключатель со вторым входным выводом инвертора, выходные выводы которого соединены с нагрузкой и через первую пару возвратных диодов соединены с общим выводом источника, а через вторую пару возвратных диодов и через дополнительные ключевые элементы связаны с переключаемыми выводами источника, указанный источник выполнен в виде конвертора с трансформатором повышенной частотр,, вторичная обмотка которого имеет отвод от средней точки, образующий общий вывод источника и промежуточные симметричные отно сительно средней точки выводы, к которым подключены диоды многоканального выходного выпрямителя, образующие N переключаемых выводов источника, а указанные дополнительные ключевые элементы выполнены в виде двух цепочек из последовательно-соединенных N ключей и диода в каждой, включенных между общей точкой второй пары возвратных диодов и ближайшим к средней точке промежуточным отводом вторичной обмотки трансформатора, причем точки соединения ключей цепочек между собой подключены к соответствующим промежуточным отводам, расположенных по одну сторону от средней точкн обмотки. На фиг. 1 представлена принципиальная схема статического преобразователя; на фиг. 2диаграммы напряжений на отдельных элементах схемы. Преобразователь содержит источник питания, выполненный в виде конвертора и содержащий инвертор 1 с трансформатором 2 повышенной частоты, вторичнгя обмотка его имеет общий отвод 3, мостовой инвертор на ключах 4-7, симметричные относительно средней точки выводы обмотки трансформатора 8-13, многоканальный выходной выпрямитель на диодах 14-19, переключатель на ключа.х 20, 21, . нагрузку 22, первую пару возвратных диодов 23, 24, вторую пару возвратных диодов 25, 26, дополнительные ключевые элементы, выполненные в виде двух цепочек нз последовательно соединенных ключей 27-32 и диода 33-38 в каждой. К первичному источнику подключен инвертор 1 с трансформатором 2 повышенной частоты, вторичная обмотка которого имеет отвод от средней точки в, образующий общий вывод источника, соединенный с первым входным выводом мостового, инвертора на ключах 4-7 и промежуточные симметричные относительно средней точки выводы , к которым подключены диоды 14-19 многоканального выходного выпрямителя, образующие при помощи переключателей 20, 21 переключаемые выводы источника, соединенные со вторым входным выводом инвертора. Выходные выводы инвертора соединены с нагрузкой 22 и через первую пару возвратных диодов 23, 24 соединены с общим выво;и м источника, я ото )yif) пяру вознрптных диодов Ло, 26 и через доиолнительные ключевые элементы, выполнен ные в виде двух цепочек из гюследопатсльио соединенных ключей 27--32 диода 33 38 в каждой, включенных общей гочкой второй пары возвратных диодов и ближайщим к средней точке промежуточным отводом вторичной обмотки трансформатора 8, 9, Точки соединения ключей 27--28, 28-- 29, 30- ЗК 31-32 между собой подключены к соответствующим промежуточным отводам, расположенным по одну сторону от средней точки обмотки 3. Рассмотрим работу преобразователя, например, при формировании трехступенчатого выходного напряжения, когда в качестве управляемых ключей используют транзисторы. Инвертор I получает питание от источника с большой емкостью (аккумулятор) и формирует на выходных обмотках трансформатора 2 напряжение прямоугольной формы, отличающееся от выходного по частоте в KN раз (фиг . 2а). При помощи многоканального выпрямителя на диодах 14... 9 формируются три уровня напряжения, равные амплитуде напряжения ступеней (ф«г. 2д). При помощи переключателя на транзисторах 20 и 21 (фиг. 26 и 2в) формируется на входных выводах инвертора однополярнте напряжение ступенчатой формы (фиг. 2г). При помощи инвертора на транзисторах 4 ... 7 на его выходных выводах формируется переменное напряжение (фиг. 2д). В моменты времени, когда полярность тока нагрузки и выходного напряжения различная (фиг. 2(3) необходимо создать цепь для возврата реактивной энергии нагрузки в первичный источник. Это достигается за счет того, что нагрузка подключается через вторую пару возвратных диодов 25, 26 и ключевые Элементы 27-32 к промежуточным отводам 8- 13 вторичной обмотки трансформатора. И даже через возвратные диоды инвертора I реактивная энергия нагрузки возвращается в первичный источник. Диаграммы напряжений для управления ключевыми элементами 29, 32; 28, 31; 27, 30 при работе на нагрузку с любым коэффициентом мощности показаны соответственно на фиг. 2е, 2ж, 2э. Частота переключений указанных транзисторов равна частоте работы инвертора Д. В интервале времени О-а напряжения управления поступают так, что транзисторы 27, 28, 29 открываются одновременно и в противофазе с транзисторами 30, 31, 32. Этим достигается поочередное подключение нагрузки к ближайшим к средней точке в промежуточным отводам 8, 9, формирование напряжения первой ступени и возврат реактивной энергии нагрузки в первичный источник. Все остальные источники напряжения отключены от нагрузки посредством диодов 33 ... 38. В момент времени О-а управление с ключей 27 и 30 снимается (фиг. 2з) и они переходят в режим отсечки, а нагрузка подключается чере ключи 28, 29 и 31, 32 к следующим промежуточным отводам 10 и П. Реактивная энергия нагрузки аналогично прелыдумюму так1ч)Н(1му интервалу возвращается о iH-pntiiiibiH источник, а на нагрузке формируется вторая ступень напряжения независимо от характера нагрузки. В момент времени О б управление снимается с транзисторов 28 и 31, а к нагрузке через транзисторы 29, 32 подключаются следующие промежуточные отводы 12 н 3.

Такое построение статического преобразователя позволяет уменьшить его габариты и массу за счет устранения из его схемы конденсаторов лля приема рактивной энергии нагрузки и сохранить неизменной форму напряжении независимо от характера нагрузки.

Формула изобретения

Статический преобразователь с N-ступенчатой формой выходного напряжения, содержащий источник постоянного напряжения, имею-щий общий вывод, соединенный с первьш входным выводом мостового инвертора, и N других переключаемых выводов, соединенных через переключатель со вторым входным выводом инвертора, выходные выводы которого соединены с нагрузкой и через пг}ипК) пару иошр.чгпых диодов соединены с общим ныподом источника, а через вторую пару во: прятн1.1х дио.чов и через дополнительные ключевые элементы связаны с переключаемыми выводами источника, отличающийся тем, что, с целью умен1,п1енин его габаритов и массы, указанный источник выполнен в виде конвертора с трансформатором повышенной частоты, вторичная обмотка

которого имеет отвод от средней точки, образуюпи1Й общий вывод источника и гтромежуточные симметричные относительно сродней точки выводы, к которым подключеш диоды MHOioканального выходного выпрямителя, обра.зутощие N переключаемых выводов источника, а

указанные дополнительные ключевые элементы выполнены в виде двух непочек из последовательно соединенных N ключей и диода в каждой, включенных между обп1ей точкой второй пары возвратных диодов и ближайшим к срсдней точке промежуточным отводом вторичной обмотки трансформатора, причем точки соединения ключей цепочек между собой подключены к соответствуюншм промежуточным отводам, расположенным по одну сторону от средней точки обмотки.

П

- 1РШЛЛШ1 т1 и№Г-1ПШШАГ гР-

Rftftftftfb--

---ШЛР

л/г г