Ступенчато-регулируемый преобразователь постоянного напряжения Советский патент 1980 года по МПК H02M3/335 H02P13/18 

Изобретение относится к преобразовательной технике н предназначено для использования в системах электропитания в качестве вторичного источника питания преобразующего и регулирующего постоян ное напряжение. Известны регулирующие преобразователи постоянного напряжения, содержащие несколько выпрямителей, выходы которых соединены последовательно, а входы подключены к отдельным обмоткам выходног трансформатора через регулирующие клю- чи Щ. в таком преобразователе увеличены потери мощности выходной цепи, т. е. КПД его низок. Известен также ступенчато-регулируемый преобразователь постоянного напряжения, содержащий несколько инверто э- ных ячеек с выходными трансформаторами, соединенных по входу параллельно и нагруженных на общий выходной выпрямитель 2. КПД такой Схемы выше, чём схемы (1), но она содержит большое количество силовых ключей, входящих в инверторные ячейки, что ведет к ее усложнению, особенно блока управления ключами. Известен также ступенчато-регулируе.мый преобразователь постоянного напряжения, содержащий только один инвертор с выходным трансформатором и несколько дополнительных трансформаторов, первичные обмотки которых включены последовательно с первичной обмоткой выходного трансформатора. а вторичные обмотки через дополнительные выпрямители, шунтированные регулирующими ключами, соединены со входом преобразователя 3. Недостатком данного преобразователя является циркуляция мощности внутри преобразователя с возвратом в источник питания, что увеличивает массу и габариты основного инвертора и снижает КПД, Цель изобретения - уменьшение массы и габаритов и повышение КПД. Указанна цель досгигаетсл тем, что в ступенчато-регулируемом преобразователе постоянного напряжения, содержащем инвертор с выходным трансформатором и выходным выпрямителем и дополнительные трансформаторы, первичные обмотки которых включены последовательно с пер вичной обмоткой выходного трансформато а вторичные соединены со входом дополнительных выпрямителей, которые шунтированы регулирующими ютючами, причем первые одноименные выходные выводы дополнительных выпрямителей объединены непосредственно в первую общую точку, а вторые одноименные выходные вывоДы дополнительных выпрямителей связаны со второй общей точкой, указанные первая и вторая общие трчки подключены к соответствующим выходным выводам преобразователя, Если в качестве регулирующих ключе использованы ключи переменного тока, включенные на входе дополнительных выпрямителей, то.вторые одноименные выходные выводы этих выпрямителей соединены со второй указанной общей точко непосредственно. Если в качества регулирующих ключе использованы ключи постоянного тока, вклю}енные на выходе дополнительных выпрямителей, то вторые одноименные выходные выводы этих выпрямителей со единены со второй указанной общей точкой через разделительные диоды. На фиг. 1 приведена схема предложен ного преобразователя; на фиг. 2 - возмояшый вариант выполнения его выходной цепи. Преобразователь содержит регулирующие ключи 1 и 2, выходной трансформатор 3, дополнительные трансформаторы 4 и 5. Первичные обмотки всех трансфо маторов соединены последовательно и че рез транзисторы 6. инвертора подключен к входным выводам 7. К выходным выводам 8 подключен выходной выпрямите 9 и дополнительные выпрямители 10 и 11, соедине1шые с соответствующими вторичными обмотками трансформаторов 4 и 5. Если регулирующие ключи 1 и 2 являются ключами постоянного тока, например, транзистор 12, включенный на выходе выпрямителя на диодах 13, то вводится разделительный диод 14. Преобразователь работает следующим образом. При наличии питающего постоянного напряжения на входных выводах 7, одновременно осуществляется (внешними сигналами) поочередная коммутация транзисторов 6, в результате чего на первичных обмотках трансформаторов 3-5 образуется переменное напряжение прямоугольной формы с амплитудой, практически равной напряжению на входных выводах 7. Это напряжение перераспределяется между трансформаторами 3-5 и поступает во вторичные цепи последних, где вновь преобразуется в постоянное напряжение, с помощью выпрямителей 9-11 и подается на выходные выводы 8, Параллельная работа всех выпрямителей на общую нагрузку обеспечивает примерно равное напряжение на вторичных обмотках всех трансформаторов (при разомкнутом состоянии ключей 1 и 2 ) и, следовательно, на первичных обмотках трансформаторов напряжения будут распеделены в соответствии с коэффициентами трансформации каждого трансформатора. Если замкнуть один из регулирующих ключей, например 1, то напряжение на обмотках трансформатора 5 уменьшится до нуля. Вследствие этого, увеличится напряжение на первичных обмотках трансформаторов 3 и 4, а следовательно, увеличится и напряжение на их вторичных обмотках и на выходных выводах 8. Величина изменения напряжения на выходных зажимах 8 при включении ключа 1 будет определяться отношением напряжения на первичной обмйтке трансформатора 5 (до включения ключа 1) к общему напряжению на первичных обмотках всех трансформаторов. Аналогично, если при замкнутом ключе 1 замкнуть также и ключ 2, напряжение на выходных зажимах 8 возрастет еще больше. В этом случае оно будет определяться только напряжением на выходе преобразовательной ячейки на транзисторах 6 и коэффициентом трансформации выходного трансформатора 3. Регулирующие ключи 1 и 2 могут коммутироваться в различных сочетаниях, а коэффициенты трансформации дополнительных трансформаторов 4 и 5 можно подобрать так, чтобы приращение выходного напряжение при замыкании ключа 1 было вдвое больше, чем при замыкании ключа 2, Допустим, что замыкание ключа 1 вызывает увеличение выходного напряжения на 5%, а замыкание ключа 2 - на 10%, Тогда при различных комбт а-. циях .замкнутого и разомкнутого состояний ключей 1 и 2 можно осуществить изменение выходного напряжения на зажи-, мах 8 на О, 5, 10 и 15%.

Увеличение точности ши диапазона регулирования напряжения на зажимах 8 достигается увеличением количества дополнительных трансформаторов с соот- ветствующими выпрямителями к регулирующими ключами.

В практических схемах предложенного преобразователя легко достигается общая точка у всех, регулирующих ключевых

элементов 1 и 2, что позволяет существенно упростить управление последними.

Изложенное поясняется фиг. 2, где в качестве регулирующих элементов 1

и 2 используется узел в виде диодов 13 и транзисторов 12.

При переводе транзистора 12 в насыщенное состояние щунтируется обмотка трансформатора 3 (4), а диод 14 пре- пятствует замыканию выводов 8 через транзистор 12.

По сравнению с известным предложенный преобразователь имеет больший КПД и меньшие массу и габариты. Объясняет- ся это тем, что в предложенном преобразователе энергия со всех регулирующих ячеек поступает прямо в нагрузку без возврата в источник питания.

Форм у л а изобретения

1. Ступенчато-регулируемый преобра- 40 зователь постоянного напряжения, содержащий инвертор с выходным трансформатором и выходным выпрямителем и дополнительные трансформаторы, первичные обмотки которых включены последовательно с первичной обмоткой выходного трансформатора, а вторичные соединены со входом дополнительных выпрямителей, которые шунтированы регулирующими ключами, причем первые одноименные выходные выводы дополнительных выпрямителей объединены непосредственно в первую общую точку, а вторые одноименные выходные выводы дополнительных выпрямителей связаны со второй общей точкой,

о тличающийся тем, что, с целью уменьшения массы и габаритов и повышения КПД, указанные первая и вторая общие точки подключены к соответствующим выходным выводам преобразователя.

2.Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что при использовании регулирующих ключей переменного токз на входе дополнительных выпрямителей, JIX вторые одноименные выходные выводы соединены непосредственно с указанной второй общей точкой.

3.Преобразователь по п. 1, отличающийся .тем, что при использовании регулирующих ключей постоянного тока на выходе дополнительных выпрямителей, их вторые одноименные выходные выводы соединены с указанной второй общей точкой через разделительные

диоды.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР

№ 50iB888, кл. Н 02 Р 13/16, 1971.

2.Авторское свидетельство СССР NJ 526865, кл. Q 05F 1/65, 1974.

3.Авторское свидетельство СССР

Ms 471641, кл. Н 02 М 3/335, 1977.