Однотактный резонансный преобразователь постоянного напряжения в постоянное Советский патент 1982 года по МПК H02M3/315 

(5),ОДНОТАКТНЫЙ РЕЗОНАНСНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ

1

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано, например, в устройствах для преобразования постоянного напряжения одного уровня в стабилизированное постоянное напряжение другого уровня.

Известен резонансный инвертор, содержащий силовой тиристор, коммутирующий конденсатор и дроссель, об- ,о разующие вместе с нагрузкой резонансный контур, в котором при переключении тиристора протекает переменный ток высокой частоты.

Собственная частота контура при )5 этом зависит от параметров нагрузки, поэтому при постоянной частоте переключения тиристоров выходное напряжение в значительной мере зависит от нагрузки t1 .20

Известен также преобразователь с автономным резонансным инвертором, имеющий выходной дроссель-трансформатор, вторичная обмотка которого

через выпрямитель связана с выходными выводами постоянного тока С2.

Наиболее близким по технической сущности к данному изобретению является однотактный преобразователь, содержащий последовательно соединенные коммутирующий дроссель, силовой тиристор и коммутирующий конденсатор, параллельно которому подключен дроссель (нагрузка). В контур, образованный коммутирующим конденсатором и дросселем, введен датчик тока, выход которого через пороговый элемент соединен с управляющим переходом силового тиристора ГЗ.

Недостатками такого инвертора являются низкий КПД и недостаточно высокая стабильность выходного напряжения при изменении нагрузки и напряжения питания. Наличие датчика тока и порогового элемента приводит к тому, что угол включения силового тиристора определяется лишь собственной часхотой нагрузочного контура. Включе3Эние тиристора происходит всегда в момент перехода тока в контуре через нуль. При этом при уменьшении напряжения питания или увеличения нагрузки (уменьшении сопротивления нагрузки) напряжение на нагрузке уменьшается. Кроме того, при малой величине нагрузки (или на холостом ходу) работа силового тиристора на нагрузочный контур приводит к повышению напряжения на нагрузке и к снижению КПД преобразователя. Цель изобретения - повышение КПД преобразователя и улучшение стабилиза ции выходного напряжения при изменени нагрузки и напряжения источника питания в широком диапазоне. Поставленная цель достигается тем, что в однотактный преобразователь, содержащий коммутирующий дроссель, силовой тиристор и коммутирующий конденсатор, соединенные последовательно и включенные между, входными выводами, генератор импульсов, выход кото роге связан с управляющим переходом силового тиристора, и выходной дроссель-трансформатор, первичная обмотка которого связана параллельно с ком мутирующим конденсатором, а вторич- . ная через выпрямитель подключена к выходным выводам, зашунтированным накопительным конденсатором, введены три -формирователя импульсов, дат-чик выходного напряжения, резистор, разделительный диод идополнительный тиристор, дроссель-трансформатор снабжен дополнительной обмоткой, причем вход первого формирователя соединен последовательно g выходом датчика выходного напряжения и подключен к входным выводам, выход связан с управляющим переходом силового тиристора, входы второго и третьего формирователеи подключены встречно-параллель но к выходным выводам, выход второго формирователя связан с управляющим переходом дополнительного тиристора, а третьего - с управляющим переходом силового тиристора, разделительный диод, дополнительный тиристор и резис тор соединены последовательно и подключены к дополнительной обмотке дрос селя-трансформатора, дополнительный тиристор связан параллельно с управляющим переходом силового тиристора, а вход генератора импульсов включен последовательно в цепь первичной обмотки дросселя-трансформатора. 4 Каждый формирователь может быть выполнен в виде последовательно соединенных порогово-ключевого элемента с встречно-параллельно подключенным диодом, конденсатора, зашунтированного резистором, и первичной обмотки импульсного трансформатора, вторичная обмотка которого связана с выходом формирователя, причем значение напряжения срабатывания порогово-ключевого элемента для первого формирователя не превышает напряжения источника питания преобразователя, для второго формирователя - равно максимально допустимому заданному Значению J aпpяжeния на выходных выводах преобразователя, а для третьего формирователя - разности между максимально допустимым значением напряжения на выходных выводах преобразователя и заданным минимально допустимым значением этого напряжения. На чертеже дана схема преобразователя. Преобразователь содержит последовательно соединенные коммутирующий дроссель 1, силовой тиристор 2 и коммутирующий конденсатор 3- Параллельно коммутирующему конденсатору 3 подключен нагрузочный контур t, образованный первичной обмоткой 5 дросселятрансформатора 6, вторичная обмотка 7 которого через выпрямитель 8 на диодах 9 и 10 соединена с накопительным конденсатором 11. Генератор импульсов 12 включен 6 цепи обмотки 5. Преобразователь содержит также формирователи импульсов 13-15, датчик выход ного напряжения преобразователя 16, дополнительный тиристор 17 с разделительным диодом 18 и резистором 19. подключенные к дополнительной вторичной обмотке 20 дросселя-трансформатора 6. Дополнительная вторичная обмотка 20 подключена к дополнительному тиристору 17, так,, что если начало первичной обмотки 5 связано с катодом силового тиристора 2, то начало дополнительной вторичной обмотки 20 связано с катодом дополнительного тиристора 17. Коммутирующий дроссель 1 соединен с положительным полюсом, а коммутирующий конденсатор 3 с отрицательным полюсом и.сточника питания 21, К выходным выводам 22 преобразователя подключен накопительный конденсатор 11. Входные выводы 23 каждого формирователя импульсов под-ключены к последовательно соединенным порогово-ключевому элементу, например динистору 2k, с встречно-параллельно подключенным диодом 25, конденсатору 26, зашунтированному ре зистором 27, и первичной обмотке 28 импульсного трансформатора 29 вторичная х бмотка 30 которого связана с выходными выводами 31 формирователя. Выход генератора импульсов 12 через разделительный диод 32 соединен с цепью управления силойого тиристора 2. Формирователи Ik и 15 по входу подключены к накопительному конденсатору 11, а по выходу сЬответственно к цепи управ;1ения дополни тельного тиристора 17 через разделительный диод 33) и к цепи управления силового тиристора 2 через разделительный диод 35 подключен также и вы ход формирователя 13, вход которого согласно и последовательно через дат чик выходного напряжения 1б подключен к источнику питания 21. Датчик выходного напряжения 16 выполнен На вторичной обмотке Зб дросселя-трансформатора 6, соединенной через выпря митель 37 с конденсатором 38, зашунтированным резистором 39- Цепь управ ления силового тиристора 2 через раз делительный диод 0 подключена параллельно дополнительному тиристору 17. Напряжение порога срабатывани динистора 2k в формирователе 13 выбирается несколько ниже минимальнфго напряжения источника питания 21. Порог срабатывания динистора 2k в формирователе 14 выбирается равным вели чине максимально допустимого значени напряжения на выходных выводах 22,а порог срабатывания этого динистора в формирователе 15 выбирается равным раз ности величины максимально допустимо го значения напряжения на выходных выводах 22 и минимально допустимого значения этого напряжения. Преобразователь работает следующи образом. В исходном состоянии конденсаторы 3 и 11 и конденсатор 38 датчика напряжения разряжены. При подаче от источника питания 2V постоянного напряжения на преобразователь срабатывает формирователь импульсов 13, что приводит к формированию на его выход импульса и последующему запуску чере разделительный диод 35 силового тиристора 2, При отпирании этого тирис тора начинает заряжаться конденсатор 3. Заряд указанного кондансатоSlk 6 pa носит колебательный характер, так как проходит через дроссель 1, образующий с конденсатором 3 последова- тельный колебательный контур, В результате колебательного процесса конденсатор заряжается до напряжения, превышающего напряжение источника питания 21, то1 в цепи тиристора 2 прекращается, и он запирается. Одновременно конденсатор 3 начинает разряжаться через первичную обмотку 5 нагрузочного контура k, которая с конденсатором 3 образует параллельный колебательньй контур. Трансформированные во вторичную обмотку 7 колебания чере выпрямитель 8 и накопительный конденсатор 11 поступают на выходные выводы 22. При этом до величины напряжения на выходных выходах 22 происходит заряд конденсатора 2б формирователя 15через первичную обмотку 28 трансформатора 29 и диод 25. Подкачка энергии в параллельный колебательный контур осуществляется путем периодического включения тиристора-2 генератором импульсов 12 через разделительный диод 32 ( в соответствии с Лазой тока в параллельном контуре. При напряжении на выходных выводах преобразователя 22, равном максимально допустимому значению, срабатывает формирователь и через диод 33 включает подсоединенный к дополнительной вторичной обмотке 20 дополнительный тиристор 17, нагруженный на резистор 19 через диод 18. Это приводит к прекращению колебаний в параллельном контуре практически менее, чем за 1 период его частоты {колебательный режим в контуре переходит в апериодический ), чем обусловливается прекращение работы генератора 12 и шунтирование цепи управления тиристора 2 включившимся дополнительным тиристором 17 через разделительный диод kO. Подключение дополнительной вторичной обмотки 20 с резистором 19 к дополнительному тиристору 17 в противофазе с первичной обмоткой 5 обеспечивает при включении последнего исключение срыва работы силового тиристора 2. После включения дополнительного тиристора 17 и прекращения работы тиристора 2 накопительнь1 й конденсатор начинает разряжаться через нагрузку, подключенную к выходным выводам преобразователя 22. При этом на конденсаторе 2б формирователя 15 вви7ду значительной величины резистора 2 напряжение остается практически неизменным, а на динисторе 2 повышается до значения напряжения его поро га срабатывания. При срабатывании фо мирователя 15 через разделительный диод З запускается силовой тиристор 2, что приводит к возобновлению работы преобразователя в соответстви с описанным. Таким образом, обеспечи вается стабилизация напряжения на вы ходных выводах преобразователя в заданных пределах. Работа формирователей импульсов 1 и 1 происходит следующим обравом, При напряжении на входных выводах 23 превышающем напряжение срабатывания динистора 2k, последний отпирается и через первичную обмотку 28 трансфо матора 29 заряжается конденсатор 26. Во вторичной обмотке 30 указанного трансформатора формируется выходной импульс, поступающий на выходные выводы 31. Запирание динистора 2 происходит в результате колебательного процесса в последовательном контуре, образованном конденсатором 2б и первичной обмоткой 28 трансформатора 29 Диод 25 служит дли снятия обратного напряжения с динистора 2,, а также для создания цепи заряда конденсатора 26. Резистор 27 предназначен для разряда конденсатора 26 после формирования импульса. В формирователе 13 напряжение на входных выводах 33 опр деляется разностью напряжений источника питания 21 и конденсатора 38 датчика напряжения 16 (резистор 39 датчика предназначен для обеспечения режима, при котором выходное напряже ние датчика 1б пропорционально напря жению на выходных выводах 22), Преобразователь позволяет обеспечить стабилизацию выходного напряжения не только при значительных колебаниях н грузки, но и при колебании питающего напряжения. Формула изобретения 1. Одноконтактный резонансный преобразователь постоянного напряжения в постоянное, содержащий коммути рующий дроссель, силовой тиристор и коммутирующий конденсатор, соединенные последовательно и включенные меж ду входными выводами, генератор импульсов, выход которого связан с управляющим переходом силового тиристора, и выходной дроссель-трансформатор, первичная обмотка которого связана параллельно с коммутирующим конденсатором, а вторичная через выпрямитель подключена к выходным выводам, зашунтированным накопительным конденсатором, отличающийся ; тем, что, с целью повышения КПД и улучшения стабилизации выходного напряжения при изменении сопротивления нагрузки и входного напряжения в :ШИ роком диапазоне, в него введены три формирователя импульсов, датчик выходного напряжения, резистор, раздели- тельный диод и дополнительный тиристор, дроссель-трансформатор снабжен дополнительной обмоткой, причем вход первого формирователя соединен последовательно с выходом датчика выходного напряжения и подключен к входным выводам, выход связан с управляющим переходом силового тиристора, входы второго и третьего формирователей подключены встречно-параллельно к выходным выводам, выход второго формирователя связан с управляющим переходом дополнительного тиристора, а третьего - с управляющим переходом силового тиристора, разделительный диод, дополнительный тиристор и резистор соединены последовательно и подключены к дополнительной обмотке дросселя-трансформатора, дополнительный тиристор связан параллельно с управляющим переходом силового тиристора, а вход генератора импульсов включен последовательно в цепь первичной обмотки дросселя-трансформатора. 2, Преобразователь по п, 1, о тли чающийся тем, что каждый формирователь выполнен в виде включенных на входе и соединенных последовательно порогово-ключевого элемента, зашунтированного обратным диодом, конденсатора, зашунтированного резистором, и первичной обмотки импульсного трансформатора, вторичная обмотка которого связана с выходом формирователя. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 150160, кл. Н 02 М 1/08, 1962. 2.Заявка Японии № 50-39308, кл. Н 02 М 3/10, опублик. 1975. 3.Авторское свидетельство СССР .f 652668, кл. Н 02м 7/515, 1972.