Преобразователь постоянного напряжения в постоянное Советский патент 1982 года по МПК H02M3/315 

(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В постояннее

1

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано, например, в стабилизированных преобразователях постоянного напряжения в постоянное.

ИзЬестны преобразователи постоянного напряжения в постоянное, выполненные на основе тирйсторного резонансного инвертора. Эти преобразователи содержат тирнсторный резонансный инвертор, входные выводы которого подключены к источнику питания tl и 2 .

Недостатком таких .преобразователей является наличие напряжения питания на входньк зажимах инвертора на интервале восстановления запирающих свойств тиристоров, что приводит к понижению обратного напряжения на тиристорах. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является преобразователь постоянного напряжения в постоянное, который содержит связанный с его входными выводами тиристорный резонансный инвер-

тор, обратный диод, шунтирующий вход резонансного инвертора, выходной выпря- , митель и регулирующий транзисторный f ключ З .

Недостатком известного регулятора является пониженная надежность при малых токах нагрузки, обусловленная тем, что обратное напряжение на тиристорах на интервале восстановления, равное сумме напряжений на коммутирующем конденсаторе и первичной обмотке трансформатора за вычетом напряжения источника питания, может снизиться до величины, недостаточной для восстановления запирающих свойств тиристоров за отве15денное на это время.

Кроме того, при работе в режиме широтно-импульсного регулирования выходного напряжения с помощью транзисторного ключа при уменьшении относительной длительности открытого состояния этого ключа происходит уменьшение напряжения на коммутирующем конденсаторе и выходе инвертора, также при водит к снижению обратного напряжения на тиристорах на интервале восстановле- ния. Цепь изобретения - повышение надежности работы преобразователя путем увеличения запирающего напряжения на тиристорах инвертора. Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь постоянного напря жения в постоянное, содержащий резонансный тиристорный инвертор и выходной выпрямитель, в котором вход постоянного тока инвертора зашунтирован jp6rратным диодом и связан через регулирующий транзисторный ключ с входными выводами, а выход переменного тока инйертора связан через выходной выпрямитель с выходаыми выводами, введены сглаживающие дроссель и конденсатор, соединенные последовательно и включенные в цепь постоянного тока ме.жду первым входным Выводом и входом инвертора, причем регулирующий транзисторный ключ включен между общей точкой дросселя и конденсатора и вторым входным выводом. Кроме того, для повыщення надежности и уменьшения перенапряжений при скачкообразных изменениях тока нагрузк в преобразователе могут быть использованы дополнительный управляемый ключ, включенный между первым входным выводом и дросселем, и дополнительный обратный диод, включенный между общей точкой дополнительного ключа и дросселя и вторым входным выводом. На фиг. 1 приведена схема преобразо вателя; на фиг. 2 - временные диаграмм его работы. Преобразователь содержит тиристорнгый резонансный инЬертс з 1. Инвертор 1, выполненный на тиристорах 2-5, имеет последовательный резонансный контур состоящий из дросселя 6 и конденсатора 7. К выходу инвертора 1 подключен трансформатор 8, вторичная обмотка которого подключена нерез мостовой вь прямитель 9 к: фильтрующему конденсатору Ю и нагрузке 11. Вход инвертора защунтирован обратным диодом 12 и через конденсатор 13 включен параллельно регулирующему транзисторному ключу 14 который соединен последовательно с сгла живающим дросселем 15 и связан с вход ными выводами 16 и 17 преобразователя Через вспомогательный ключ 18. Последовательно соединенные сглаживающий дроссель и регулирующий транзисторный ключ защунтирован вторым обратным диодом 19 . Блок 2О управления выраба. тывает импульсы управления регулирующим 14 и вспомогательным 18 ключами и тиристорами 2-5 инвертора. Преобразователь работает следующим образом. В установившемся режиме при работе на номинальную нагрузку вспомогательный ключ 18 открыт и через входные зажимы 16 и 17 непрерывно протекает ток дросселя 15. В момент i- (фиг. 2) на управляющие входы регулирующего ключа 14 и пару тиристоров (например 2 и 5) инвертора 1 подаются отпирающие импульсы от блока 20 управления. К этому моменту напряжения на конденсаторах 13 и 7 имеют полярность, указанную на фиг. 1. На интервале tQ-t , когда регулирующий ключ 14 открыт, к входу резонансного инвертора 1 прикладывается напряжение конденсатора 13. По цепи регулирующий ключ 14 - тиристоры 2 и 5 - трансформатор 8 - конденсатор 7- дроссель 6 протекает импульс тока 1 , близкий по форме к синусоидальному. Одновременно -входной ток преобразователя , протекающий через дроссель 15 и транзисторный ключ 14, нарастает под действием входного напряжения. Через регулирующий ключ 14 протекает ток 1, равный сумме Ч5 и , конденсатор 7 перезаряжается током 1 . Напряжение на конденсаторе 13 на этом интервале уменьшается незначительно, так как емкость его выбирается ва порядок больше емкости конденсатора 7, 8момент Ь. блок 2О управления вьфабатывает сигнал, запирающий транзисторный ключ 14. После его запирания на интервале Ц-iq ток i под действием ЭДС самоиндукции дросселя 6 продолжает замыкаться через обратный диод 12. Ток через диод 12 на этом интервале равен сумме входного тока i инвертора 1 и тока i,jc дросселя 15. В момент i дросселя 6 переХОДИТ через ноль и тиристоры 2,5 запираются. Далее, на интервале n-tj входной ток инвертора i равен нулю, через диод 12 продолжает протекать ток дросселя 15 н напряжение на входе инвертсфа 1 близко к нулю. В результате на интервале tijft к тиристорам 2,5 прикладывается обратное напряжение, равное сумме напряжений конденсатора 7 и первичной обмотки трансформатора 8. В момент %j снова включается транзисторный ключ 14 и другая пара тирнсторов 3,4 и все процессы повторяются. В момент сброса тока нагрузки преобразователя до его минимального значения блок 20 управления вьфабатьшает ;напряжение, запирающее вспомогательный ключ. После его запирания ток сглаживающего дросселя 15 на интервале открытого состояния регулирующего ключа 14 уже не растет, как в установившемся режиме, а остается почти неизменным протекая по низкоомной цепи регулирующий ключ 14 - обратный диод 19. На интервале закрытого состояния регулирующего ключа 14 ток .сглаживающего дросселя 15 уменьшается, протекая по цепи конденсатор 13 - диод 12 - диод 19. При этом энергия, накопленная в дросселе 15, передается конденсатору 13, а в последующем 1ттервалв открытого состояния регулирующего ключа передается в нагрузку. Установленная на период переходного процесса при сбросе нагрузки необходиму относительную длительность открытого , состояния регулирующего ключа, можно добиться значительного снижения перенап ряжений на конденсаторе 13 и выходе преобразоватепя по сравнению со схемой без вспомогательного кгаоча 18 и диода 19. По окончании переходного процесса, в течение которого вся избыточная энергия сглаживающего дросселя передается в нагрузку и ток Дросселя уменьшается до значения, соответствующего новому значению тока нагрузки, блок 2О управления вьфабатывает управляющий сигнал, открывающий вспомогательный ключ 18, в результате чего устанавливается нормальный режим работы преобразователя при меньшем токе нагрузки. При нормальной работе преобразователя блок 2О управления вырабатывает короткие импульсы управления для включения тиристоров 2-5 инвертора и напряже- ния для управления регулирующим и вспо могательным ключами. Отпирающее напряжение регулирующего ключа представляет собой последовательность отпирающих импульсов прямоугольной формы, фронты которых соответствуют моментам передачи импульсов управления на тиристоры инвертора, частота следования этих ик4Пульсов в /..два раза вьпде рабочей час тоты инвертора. Максимальная длитель.ность отпирающих импульсов регулирую:щего ключа не должна превышать длитель ;ность полупериода работы инвертора за вычетом схемного времени восстановлеНИЯ тиристоров. На вспомогательном , ключе 18 отпирающее напряжение поддерживается в период нормальной работы преобразрвйтеля и снимается, только на период сброса нагрузки, интервал которого фиксируется по изменению выходного напряжения. Так как частота работы вспомогательного ключа, коммутируемого только в моменты сбросанагрузки преобразователя, на много меньше частоты работы регулирующего ключа, то в качестве вспомогательного ключа можно применять двухоперационный тиристор или тиристор с искусственной коммутацией. Таким образом, предлагаемый преобразователь имеет более высокую надежность при маль1Х токах нагрузки, так как при прочих равных условиях- обратное напряжение на тиристорах инвертора в предлагаемой схеме выше, чем в известной. Благодаря наличию сглаживающих дроссе- ля 15 и конденсатора 13 фильтра, регулировочная характеристика предлагаемого преобразователя более линейна. Дополнительным преимуществом предлагаемого преобразователя является непрерывность входного тока в установившемся режиме работб, что уменьшает вредное влияние преобразователя на питающую сеть. Введение вспомогательного ключа на входе .преобразователя позволяет дополни.тельно Повысить надежность в результате уменьшения перенапряжений на элементах при сбросе нагрузки. Формула изобретения 1. Преобразователь постоянного напряжения в постоянное, содержащий резонансный тиристорный инвертор и выходной выпрямитель, поичем вход постоянного тока инвертора зашунтирован обратным диодом и связан через регулирующий транзисторный ключ с входными выводами, а выход переменного тока инвёртора связан через выкоцной выпрямитель с выходными выводами, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности путем увеличения запирающего напряжения на тиристорах инвертора, в него введены сглаживающие дроссель и конденсатор, соединенные последовательно и включенные в цепь постоянного тока между первым . входным выводом и входом инвертора, причем регулирующий транзисторный ключ включен между общей точкой дросселя и конденсатора и вторым входным выводом. 2. Преобраэоватепь по п.1, о т п тчающийся тем, что в него введены дополнительные управляемый ключ и обратный диод, причем дополнительный ключ включен между первьхм входным выводом и дросселем а обратный диод между общей трчкой дополнительного ключа и дросселя и вторым входным выводом.

К тиристорам UNSepmopa

г./ 48 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент США № 3953779, кл Н 02 М 3/315, опуЬлик. 1976. 2.Авторское свидетельство СССР № 635576, кл. Н 02 М 3/315, 1976. 3.Авторское свидетельство СССР ho заявке № 27О2731/24-07, кл. Н 02 М 3/315, 1978.