Преобразователь постоянного напряжения Советский патент 1981 года по МПК H02M3/135 

1

Изобретение относится к электротехнике и, в частности, к бестрансформаторным импульсным преобразователям постоянного напряжения.

Известен преобразователь, содержащий цепи, состоящие из конденсаторов, дросселей и тиристоров, управляющие переходы которых связаны с блоком распределения импульсов. Для самосинхронизации в устройстве использованы дополнительные пик-трансформаторы, питаемые от вспомогательных обмоток трансформатора преобразователя Cl .

Однако в этом устройстве тиристоры работают в режиме принудательной коммутации, в переходных режимах преобразователь имеет низкую устойчивость , а неиденткчность параметров пик-трансформаторов приводит к асимметрии выходного напряжения.

Известен также преобразователь постоянного напряжения, содержащий две цепи из последовательно соединенньрс тиристоров, дросселя и конденсатора каждая, а также блок управления состоящий из релейного элемента, связанного с распределителем импульсов, к выходам которого подк вочены управляющие переходы тиристоров, причем тиристоры преобразователя работают в режиме естественной коммутации 12.

Однако преобразователь обладает

10 тем недостатком, что дпя обеспечения режима самосинхронизации дроссель должен снабжаться дополнительной обмоткой, а для получения на нагрузке постоянного напряжения ниже уровня

1$ входного напряжения необходим специальный, силовой поиижаниций трансформатор и выпрямитель, что усложняет коммутирующий дроссель и увеличивает массу и габариты преобразователя.

л

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство, содержащее первую цепь, состоящую из тиристора, дросселя и конденсатора, вторую цепь, состоящую так же из дросселя, тиристора и конденсатора, фильтровую цепь и блок управления. Устройство обеспечивает бестрансформаторное понижение напряжения первичного источника, а также регулирование и стабилизацию напряжения на нагрузке р. Однако оно обладает понижен1й.1м коэффициентом использования установленной мощности и сложной системой управления. Так как период включения тиристоров при работе устройства как в переходном так и в установившемся режи ме должен быть больше определенной величи)ш, выходная мощность устройст ва понижена. Другой его недостаток состоит в том, что оно имеет низкую надежность в переходном режиме, так как схемой устройства не предусмотрено предотвращение перезаряда конденсато ра первой цепи с противоположной полярностью напряжения при включении тиристора второй цепи, при этом нат пряжение конденсатора первой цепи как с прямой, так и с обратной поляр ностью может достигать таких назначений, при которых устройство может потерять работоспособность. Цель изобретения - повышение надежности работы преобразователя в режиме самосинхронизации. Поставленная цель достигается тем, что в преобразователе, содержа щем две цепи из последовательно соединенных тиристоров, дросселя и ко денсатора каждая, одна из которых подключена параллельно конденсатору первой цепи, а также датчик тока ч блок управления тиристорами, датчик тока вьшолнен в виде диода и включен между точкой соединения тиристора и дросселя.второй цепи и об щим выводом, а блок управления Соде жит распределитель импульсов, к выходам которого подключены управляющие переходы тиристоров, и релей ный элемент, вход которого связан с датчиком тока, а выход подсоединен к одному входу распределителя импульсов непосредственно, а к другому - через .элемент задержки. На фиг. 1 .приведена принципиальная схема преобразователя; на фиг. 2 - диаграмма импульсов, Преобразователь содержит последо вательную цепь из дросселя 1, тирис 14 тора 2 н конденсатора 3, подключенную К входным зажимам. Параллельно конденсатору 3 подключена вторая последовательная цепь из тиристора 4, дросселя 5 и конденсатора 6. Параллельно конденсатору 6 подключена нагрузка 7. Управляющие переходы тиристора 2 и 4 связаны с блоком 8 распределения импульсов, представляющим собой, например, двухканальный формирователь. Параллельно обратному диоду 9 подключен вход релейного элемента 10, вьшолненного, например, в виде триггера Шмитта на транзисторах 11 и 12. Между выходом релейного элемента 10 и распределителем импульсов 8 введен элемент 13 задержки. Для пуска преобразователя используется устройство 14 пуска. Для пояснения работы преобразователя на фиг.2 npifflедены временные диаграммы основных процессов, происходящих в схеме преобразователя в переходном режиме. Принцип действия преобразователя заключается в следующем. В исходном состоянии транзистор 11 закрыт, а транзистор 12 открыт. Для пуска преобразователя с пускового устройства 14 подается одиночный импульс на распределитель импульсов 8 и элемент 13 задержки. Распределитель 8 формирует и подает .на управляющий электрод тиристора 2 импульс, под воздействием которого тиристор 2 включается в конденсатор 3 заряжается синусоидальным током до напряжения , близкого к удвоенному значению входного напряжения. Второй канал распределителя 8 импульсов формирует и подает на управляющий электрод тиристора 4 импульс, задержаннь1Й элементом 13 относительно импульса включения тиристора 2, при этом время задержки равно сумме времени протекания тока через тиристор 2 и времени восстановления запирающих свойств тиристора 2 и прямом направлении. Время протекания тока через тиристор 2 является постоянной величиной не зависящей от параметров цепи нагрузки и определяемой значениями индуктивности 1 и емкости 3. Под воздействием задержанного импульса тиристор 4 включается в конденсатор 3, разряжается на кондетгсатор 6 и нагруз ку 7. Диод 9 препятствует перечаряяке конденсаторэ 1 и (оч.;ыог чопь дли , поддерживаемого энергией, накопленной в дросселе 5 в процессе разряда конденсатора 3, из-за чего конденсатор 3 оказывается полностью разряженным. Управление работой релейного элемента 10 производится им пульсами напряжения, возникающими Hi. диоде 9. В момент достижения ток в дросселе 5 нулевого значения диод 9 запирается и на его катоде формир ется, положительный импульс напряжения . На фронте этого импульса транзистор 11 открьшается, а транзистор 12 закрывается и на его коллекторе формируется положительный импульс, на фронте которого срабатывает распределение импульсов 8 и BKJno4aeT тиристор 2, а также запускается эле мент 13 задержки. Затем с задержкой включается тиристор 4 и напряжение конденсатора 3 прикладывается к диод 9, однако его наяряжение не изменяе состояние релейного элемента (триггер Шмитта) 10 и транзистор 11 продолжает оставаться во включенном состоянии, а транзистор 12 - в выключенном состоянии. При включении тиристора 4 диод 9 оказывается подключенным параллельно конденсатору 3, а конденсатор 3 стремится переза рядиться до напряжения с противополо ной полярностью по цеп-и:. тиристор 4 - дроссель 5 - конденсатор 6 конденсатор 3, при этом напряжение на конденсаторе 3 и диоде 9 изменяется косинусоидально. При достижении напряжением на конденсаторе 3 нулевого значения диод 9 открьшается и препятствует дальнейшему перезаряду конденсатора 3. Таким образом, на диоде 9 формируется спад импульса напряжения, при котором транзистор 11 выключается, а транзистор 12 включается вследствие чего релейньй элемент 10 возвращается в исходное состояние. К моменту включения тиристора 2 тиристор 4 успевает восста новить свои запирающие свойства, так как с началом импульса тока через диод 9 тиристор 4 обесточивается и находится в таком состоянии в течение прохождения тока через диод 9, продолжительность которого обычно значительно превышает время, необходимое для восстановления запирающих свонотв. Последьтощие никлы заряда 11« и разряда конденсатора 3 и автоматическо о включения тиристоров 2 и 4 происходит аналогичным образом, при этом напряжение на коЗДенсаторе 6 и нагрузке 9 достигает своего установивщегося значения и сохраняет его до выключения преобразователя. Для обеспечения нормального пуска преобразователяпускрвое устройство 14 блокируется релейным элементом 10 от воздействия первого импульса (на фиг.2 этот импульс заштрихован) на диоде 9, например, путем поддержания на время действия этого импульса такого тока базы транзистора 12, который обеспечивает открытое состояние этого транзистора. Формула изобретения Преобразователь постоянного напряжения, содержащий две цепи из последовательно соединенных тиристора, дросселя и конденсатора каждая, причем первая из указанных цепей соединена с входными вьшодами, а вторая подключена параллельно конденсатору первой цепи, датчик тока и блок управления тиристорами, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности работы преобразователя в режиме самосинхронизации, датчик тока выполнен в виде диода и включен между точкой .соединения тиристора и дросселя второй цепи и общим выводом в непроводящем по отношению к источнику питания направлении, а блок управления содержит распределитель импульсов, к выходам которого подключены управляющие переходы тиристоров, и релейный элемент, вход которого связан с датчиком тока, а выход подсоединен к одном входу распределителя импульсов непосредственно, а К другому - через элемент задержки. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент Японии № 9520, кл. 56 С 6, 5 сер. 1970. 2.Авторское свидетельство СССР № 565370, кл. Е 02 Р 13/18, 1971 . 3.Патент США № 3808511, кл. 321/45, 1974.