Регулируемый преобразователь напряжения Советский патент 1982 года по МПК H02M3/10 H02M5/22 H02M7/12 H02M9/00 

, . .;: . , . ;, , :. Изобретение относится к преобраэовательной технике и предназначено для. преобразования напряжения рдмой величины и Формы в напряжение другой величины или той же формы и частоты, в частности, для преобразования нестабильных низких напряжений на бйльш е токи в регулируемое стабильное напряжение. По основному авт.св. 892610 известен преобразователь, содержащий дополнительные.преобразовательные ячейки, .кото1рые присоединены парал.лельно по отношений к источнику пита ния и нагрузке. Вторые обмотки выход ных трансформаторов образиугот сумми15ующую .цепь, присоединенную через пары прерывателей к отпайкам первичного питания и включенную последовательно с нагрузкой. Отношения напряжений подуровней первичного источника питания выбраны в. соотйетствии с рядом арифметической прогрессии, например: 1, 2, 3,...(т-1), m (1) рде m .- число отпаек источника питания (число подуровней). 1 Общее число уровней при условии 1(1) и равномерном шаге квантования , определяется в известном преобразователем по формуле q q О + mp) + m 4ds4-1)-1 . q - число урювней напряжений обмоток сушлирующей цепи, вводимых Н BUBo«HNttJX при всех возможных сочетаниях Их согласного и встречного включений между собой и при всех возможных сочетаниях одновременно вводимых обмоток на различные уровни; п - общее число дополнительных уровней напряжений; S - общее число подуровней в пределах каждого дополнительного уровня напряжений; d - число, характеризующее возможность одновременного ввода в выходную цепь дополнительных уровней и подуровней напряжений согласно и (или) встречно между собой в любых возможных сочетаниях и принимающее значение О, 1, 2; f - число, характеризующее всяможность вывода из выходной цепи одного или нескольких любых до- i полнительных уровней напряжений пи- ,

тания при любых врзможных i сочетаниях одновременно выводимых уровней напряжений и принимающее значение ОД

I - число, характеризующее возможно.сть ввода в выходную цепь дополнительных уровней напряжения при выведенном основнсяи уровне напряжения и принимающее значение ОД;

р - число, характеризующее возможность ввода в выходную цепь дополнительных уровней напряжения встречн или согласно, с каждым из m подуровней основного уровня напряжения и принимающее значения 0,1,2.

Недостатком этого преобразователя являются Повышенные потери в ключах вспомогательного преобразователя в режиме понижения, а следовательно, пониженным КПД преобразователя.

Цель изобретения - повышение КПД регулируемого преобразователя.

Поставленная цель достигается тем, что регулируемый преобразователь напряжения снабжен дополнительными управляемыми ключами, включенными между концами крайних последовательно соединенных вторичных обмоток силовых трансформаторов и концами первичных Обмоток каждого из этих трансформаторов.

Так как преобразовательные ячейки при этом оказываются присоединенными к источнику питания одним зажимом непосредственно, а другим после ключей суммирующей цепи, то в режиме вольто-вычитания клюЧи суммирующей цепи обтекаются током параллельных ячеек и, следовательно, потери в этих ключах уменьшаются. КПД преобразователя повышается.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема предлагаемого преобразователя; на фиг. 2 - диаграмма напряжений, поясняющая принцип работц преобразователя.

Регулируемый преобразователь напр жения (фиг. 1) содержит суммирующую цепь 1 на ключах 2 и 3 и имеет две цепи из последовательно соединенных обмоток силовых трансформаторов 4-6, а также преобразовательные ячейки 7-9,- присоединенные непосредственно к источнику питания с помощью основных ключей 10 и 11 этих преобразователей. С помощью дополнительных пар ключей (11 и 13) эти преобразователь ные ячейки присоединены к источнику питания после ключей 2 и 3 суммирующей цепи 1. Кроме этого устройство (фиг. 1) имеетключи 14, шунтирующие обмотки силовых трансформаторов, ключи 15 и 16, соединяющие обмотки суммирующей цепи с общей точкой соединения источника питания с нагрузкой .

На фиг. 2 в качестве примера приведена диаграмма напряжений при следующих значениях параметров преобразовательных ячеек и источника: S - i:, f 1, р 2, m 1 , 1 1, n 3. Согласно (2) и (3) q. 13, q 40. Диаграмма состоит из трех зон, из которых уровни первой и третьей зон получены с помощью ключей 10, 11, 14 при закрытых ключах 12 и 13. Уровни второй зоны получены с помощью ключей 12-14 при закрытых ключах 10 и 11, т.е. при вольтодобавке обмотки 7-9, периодически подключаются непосредственно к источник питания,а.при вольтовычитании эти же обмотки периодически подключаются к первичному источнику после ключей 2 и 3 (фиг. 1).

При вольтодобавке суммарное напряжение последовательно соединенных обмоток суммирующей цепи и напряжение источника питания направлены согласно, -а при вольтовычитании встречно.

В режиме вольтодобавки ячейки 7-9.работайт в режиме инверторов напряжения, либо некоторые из них работаг.т в инверторном, а другие в выпрямительном режимах или выключены и зашунтированы ключом 14 при периодическом переключении ключей 2 и 3 и ключей 10, 11 и i4. В. режиме вольтовьачитания ячейки 7-9 работают в режиме выпрямителей, либо некоторые из них работают инверторами или выключены и зашунтированы ключом 14 при периодическом переключении ключей 2 и 3 и ключей 12-14. Дал;ьнейшее понижение выходного напряжения осуществляется при выключенных ключах 2 и 3, периодическом переключении ключей 15, 16, 10 и 11 и работе ячеек при сочетаниях режимов инвертирования и выпрямления , а также выключенного состояния этих ячеек.

В режиме вольтовычитания суммарны ток ячеек 7-9 поступает в нагрузку, минуя ключи 2, 3 суммирующей цепи 1. Через ключи 2 и 3 протекает -суммарны ток

(М

- D

1.Ь

пр

где Зн - ток нагрузкиf

Зр,р - суммарный ток ключей 2 и 3 суммирующей .цепи 1.

В режиме вольтовычитания по известной схеме преобразователя (т.е. при отсутствии дополнительных пар ключей 12 и 13) суммарный ток ключей 2 и 3 равен

(5)

Ч-Ь н

через этиключи уменьшает

3i(.. (6)

Зи - 3

ПР

, Учитывая, что напряжение.на полупроводниковых клгоч.ах несколько i увеличивается с увеличением тока нагрузки, можно сделать вывод о том, что потери в ключах 2 и 3 уменьшаются более, чем в п раз при равных выходных мощностяхк и коэффициентах преобразования напряжения сравнивае лыx преобразователей. Это в cBoto очередь позволяет уменьшить суммарную расчетную мощность преобразовательных ячеек.7-9 в

Un

(7)

Un - Ди

где Up - напряжение на выходе преоб разователя; ди - падение напряжение на ключе

преобразователя.

Использование предлагаемого регулируемого преобразователя позволит уменьшить потери в ключах суммирующей цепи (так например, при коэффициенте преобразования равном двум и равных выходных мощностях эти потери снижаются в 2 раза), а следователь но, повышается КПД преобразователя в целой. Особенно эффективно применение преобразователей для преобразования относительно низких напряже НИИ болыггой мощности с нестабильным входным напряжением.

10

Формула изобретения

Регулируемый преобразователь напряжения по авт.ев, № 892610,

15 от л ичающ и и с я тем,

что, с целью повышения КПД, он снабжен дополйительными управляемыми ключами , включенными между концами крайних последовательно соединенных вто20 ручных обмоток ,силовь1Х транс 1)орматорюв и .концами первичных обмоток каждого, из этих трансформаторов.

.l