Преобразователь постоянного напряжения в переменное Советский патент 1982 года по МПК H02M7/537 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при построении систем питания.

Известен преобразователь, содержащий последовательно соединенные по входу преобразовательные ячейки,включающие трансформатор, выходные обмотки которого соединены последовательно с нагрузкой, выравнивающие обмотки трансформаторов соединены попарно через ограничиваккгсие резисторы, а параллельно ячейкгал по питанию включены конденсаторы I}.

Недостатками такого преобразователя является возможность питания лииь одной нагрузки и наличие больших . потерь в ограничивающих резисторах.

Известен преобразователь, содержащий последовательно соединенные по входу преобразовательные ячейки, каждая из которых содержит конденсатор, включенный параллельно ее входным выводам, трансформатор и выпрямитель, причем первая обмотка трансформатора и выпрямитель соединены последова- тельно в цепь, выводы которой подключены ко входным выводам предыдущей ячейки 2.

Такой преобразователь позволяет питать несколько гальванических развязанных нагрузок, однако при первоначальном включении возможна импульсная перегрузка силовых транзисторов, е а при работе в стационарном режиме не происходит выравнивание напряжений гпитания:- различных ячеек, так как, если напряжение на к кой-либо ячейке меньше, чем на остальных, выпрямитель этой ячейки постоянно на10хЪдится в запертом состоянии и обмена энергии, необходимого для выравнивания напряжений между этой ячейкой.и соседними, не происходит..

Цель изобретения - повышение на15дежности и уменьшение потерь энергии.

Поставленная цель достигается тем, что в каждую ячейку преобразбвателя введены дроссель с двумя об20моткс1ми, дополнительные выпрямитель и обмотка трансформатора, причем первая обмотка дросселя включена последовательно в упомянутую цепь, а вторая обмотка дросселя, дополнительная

25 обмотка трансформатора и дополнительный выпрямитель соединены последовательно и включены между входными выводами последующей ячейки.

На чертеже представлена тринципи30альная схема преобразователя. Преобразователь содержит данную К-ю и предыдущую (К-1)-ю из общего числа М, включенные последовательно по . .входу. Эмиттеры транзисторов 1 и 2 (К-1)-й ячейки соединены с отводом первичной обмотки трансформатора 4 следующей (К-й) ячейки. Каллекторы транзисторов 1 и 2 данной К-й ячейки соединены с выводами 5 и б первичной обмотки трансформатора . данной ячейки непосредственно, а че рез выпрямитель 7 и двухфазную обмотку (полуобмотки) 8 и 9 дросселя с отводом 3 первичной обмотки транс форматора предыдущей ()-й ячейки Вторая обмотка 11 дросселя 10 через дополнительную обмотку 12 трансформатора соединена со входом дополнительного выпрямителя 13, выход кото рого - вывддн 14 и 15 включены меж эмиттером транзисторов (К-1)-й и сл дующей К-й ячеек. Кроме того, между выводами 15 и 14 дополнительного вы прямителя 13 включе.н конденсатор 16 Пусть напряжение питания К-й яче ки (напряжение ко 1двнсатора 16) бол ше, чем напряжение питания .(К-1)-й ячейки. Тогда во время проводящего состояния транзистора; 1 в ячейке с номером к обмотке 9 дросселя Ю этой ячейки приложено напряжение, равное разности между напряжениями питания ячеек с номерами К и (K-i) Ток обмотки 9 дросселя 10 нарастает постепенно и это означает яостепенность нарастания тока, передаваемого через выпрямитель 7 от К-й ячейки к (К-1)-й, а следовательно, постепенность нарастания тока тран зистора 1 в К-й ячейке. З-го упрощает защиту транзистора ключа от п-ере грузки по току. В частности, если управление ячеек осуществляется по автогенераторной схеме, то переключение транзисторов происходит при -достижении коллекторншл током грани ного значения, определяемого конструкцией цепи положительной обратной связи, эадаюадай базовый ток. Как только ток открытого траазистора, например 1, достигает указанного граничного значения, происходит лавинообразный процесс его запирания и отпирания ранее запертого, транзистора 2. . После отпирания транзистора 2 в К-й ячейке сначала имеет место отдача энергии, накопленной в дросселе 10, и ток обмотки-8 уменьшается, а затем начинается нарастание тока через обмотку 9, причем это нарас« такие, как и ранее через обмотку 8, происходит от нуля и с ограниченной скоростью. При этом процесс передачи энергии в конденсатор 16 (К-1)-й ячейки происходит аналогично., Таким образом, при неравенстве напряжений на конденсаторах 16 ячеек осуществляется подзаряд конденсатора ячейки, имеющей меньшее напряжение. Из-за использования в цепи связи ячейками дросселя нарастение тока заряда конденсатора 16 в каждом такте работы ячейки, от которой поступает ток, происходит от нуля и с ограниченной скоростью.Это обуславливает ограниченность токов, переключаемых транзисторами. При этом разница между напряжениями на конденсаторах 16 двух соседних ячеек падает на обмотке дросселя, то есть она не прикладывается к транзисторам ячейки, конденсатор 16 которой заряжен до большего напряжения, тем самым снижаются потери энергии при выравнивании напряжений между ячейками. Через несколько периодов из-за описанного процесса происходит увеличение напряжения на конденсаторе 16 (К-4-1)-й ячейки и уменьшение напряжения на конденсаторе 16 К-й ячейки, т.е. выравнивание напряжений. Вели соотношение между напряжения ми на конденсаторах 16 К-й и {К-1}-й ячеек обратно рассмотренному, то аналогичный процесс происходит в обратном направлении, т.е. от (К-1)-й ячейки и К-й. Принцип действия не изменяется, если двухфазные обмотки трансформатора и дросселя заменены однофазными, выпрямитель не является двухфазным, а ячейка и выпрямитель, например, выполнены по мостовой схеме, Принцип действия схемы сохраняется, если трансформатор 4 и адюесель 10 выполнены в виде единой конструкции, а последовательно соединенные обмотки (например 12 - 11) заменены одной общей обмоткой. ПовьЕяение надежности работы п длагаемого устройства в сравнении с известным обусловлено двумя основными причинами нарастание токов, обеспечивающих выравнивание напряжений между ячейками в каждый такт работы ячейки, отдающей энергию, начинается от нуля и происходит с ограниченной скоростью; указанный процесс выравнивания происходит при любом соотношении напряжений на конденсаторах ячеек. Уменьшение потерь энергии обусловлено тем, что разность напряжений питания двух соседних ячеек прикладывается к обмотке дросселя, а-не к транзисторам ячейки, отдающей энер- гию. Формула изобретения Преобразователь постоянного напряжения и переменное, содержащий соединенные по входу последовательно преобразовательные ячейки, каждая из которых содержит конденсатор, вклю:ченный параллельно ее входным выво1дс1М, трансформатор и вьшрямитель, причем первая обмотка трансформатора и выпрямитель соединены последовательно в цепь, выводы которой подключены ко входньм выводам предыдущей ячейки, отличающийся тем, что, с целью повьшения надежности и угюньшения потерь энергии, в каждую ячейку введены дроссель с двумя обмотками, дополнительные выпрямитель и обмотка трансформатора, причем первая обмотка дросселя включена последовательно в упомянутую цепь, а вторая обмотка дросселя, дополнительная обмотка трансформатора и дополнительный выпрямитель соединены последовательно и включены между входными выводами последующей ячейки.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Моин B.C., Лаптев Н.Н. Стабилизированные транзисторные преобразователи. М., Энергия, 1972,

с, , рис. 11-9д.

2.Моин B.C., Лаптев Н.Н. Стабилизированные транзисторные преобразователи. Н. , Энергия, 1972,

с. 442, рис. 11-9е.