Симметричный преобразователь напряжения постоянного тока Советский патент 1982 года по МПК G05F1/64 H02M3/335 

(5) СИММЕТРИЧНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах электропитания и электро привода для двустороннего преобразования и регулирования напряжения постоянного тока постоянной или изменя ющейся полярности. Известен стабилизированный источник напряжения постоянного тока, сог держащий силовой трансформатор с выходной обмоткой со средней точкой, к концам которой подключены регулирующие транзисторы, объединенные коллектора которых через фильтр и нагрузку соединены со средней точкой выходной обмотки и узел управления tl. Недостаток преобразователя состоит в невозможностиполучения выход ного напряжения изменяющейся полярности, а также двустороннего (входвыход и выход-вход) преобразования. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является симметричный, преобразователь напряженияпостоянного тока, содержащий основные транзисторные ключевые элементы, соединенные по однофазной двухполупериодной схеме выпрямления , выход которой соединен с выходными клеммами, и подключенные к концам вторичной обмотки силового трансформатора с отводом от средней точки, и блок управления, выходом связанный через узлы согласования с управляющими входами транзисторных ключевых элементов С 2. Недостатки известного преобразователя - ограниченные функциональные возможности, обусловленные жесткими требованиями к питающему напряжению, оно должно быть обязательно переменным и определенной частоты, и невозможностью двустороннего преобразования энергии. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем обеспечения двустороннего преобразования напряжения как постоянной, так и изменяющейся на любой из сторон (входе и выходе) полярности, при. высоком КПД в любом из режимов. Указанная цель достигается тем, что в симметричный преобразователь напряжения постоянного тока введена по крайней мере одна дополнительная обмотка силового трансформатора со средней точкой, к концам которой подсоединены дополнительные ключевы элементы, соединенные по однофазной двухполупериодной схеме выпрямления, выход которой соединен с входными клеммами, и управляющими входами соединенные через дополните ные узлы согласования с выходом бло ка управления, основные и дополните ные транзисторные ключевые элементы выполнены на. двух транзисторах,соединенных между собой встречнопоследовательно и объединенных эмит терами в общую точку, а каждый узел согласования выполнен на усилителе мощности с выходным трансформатором вторичная обмотка которого одним выводом подключена к точке соединения эмиттеров транзисторов соответствующего транзисторного ключевого элемента, а вторым выводом через базовые резисторы подключена к базам указанных транзисторов, при это количество узлов согласования равно двум, а каждый из них выполнен на усилителе мощности с выходным транс форматором, имеющим две вторичные обмотки, связанные с управляющими входами одного из основных и одного из дополнительных транзисторных клю чевых элементов. На фиг. 1-3 приведены варианты схем симметричного преобразователя напряжения постоянного тока. Симметричный преобразователь содержит основные 1 и 2 и дополнительные 3 и k транзисторные ключевые элементы, соединенные с концами обмоток силового трансформатора 5 блок 6 управ ления, узлы 7 согласования. Ключевы элементы 1- могут быть выполнены на двух встречно-последовательно соединенных транзисторах, эмиттера которых объединены в общую точку. Узлы согласования 7 могут быть выполнены на усилителе мощности 8, выходом подключенном к первичной .об мотке управляющего трансформатора 9, вторичная обмотка которого одни 4 выводом подключена к точке объединения эмиттеров транзисторов соответствующего ключевого элемента, а вторым выводом через базовые резисторы 10 и 11 подключена к базам указанных транзисторов (фиг. 1),или на усилителе 8 мощности, управляющем трансформаторе 9. две вторичные обмотки которого через базовые резисторы 10-13 подключены к управляющим входам ключевых элементов (фиг. 2). При наличии дополнительного выходного канала (фиг. 3), вводятся дополнительные ключевые элементы И и 15 подключенные к концам вновь введенной дополнительной обмотки. (Для определенности на фиг. 3 рассмотрен случай двух выходных каналов) Устройство (фиг. 1) работает следующим образом. Каждый из транзисторных ключевых элементов (ключей) I- может находиться в двух состояниях: включенном и выключенном, а зависимости от полирности напряжения на вторичных обмотках трансформаторов 9- Если напряжение на вторичной обмотке имеет полярность, указанную без скобок, то через обмотку протекает ток, проходящий через резисторы 10 и 11 и отпирающий транзисторы ключа. При этом, один из транзисторов ключа работает в нормальном, а другой - в инверсном режиме. Если напряжение на вторичной обмотке имеет полярность, указанную в скобках, то к эмиттер-базовому переходу нормально-включенного транзистора прикладывается напряжение, запирающее его. Так как для любой полярности приложенного к ключу напряжения один из транзисторов оказывается включен нормально, то при указанной (в скобках) полярности напряжения на вторичной обмотке трансформатора 9 ключ будет выключен. Допустим пусть напряжение на входе преобразователя имеет полярность, указанную без скобок..Блок 6 управления через узлы 7 согласования поочередно отпирает ключевые элементы 1 и 2. Для получения на выходе полярности напряжения, указанной без скобок, включенному состоянию ключа 1 должно соответствовать включенное состояние ключа 3 (и выключенное ключа k), а включенному состоянц Ю ключа 2 - включенное состояние ключа 4 (и выключенное состояние ключа 3). Уровень выходного напряжения (напри5мер, действующее значение) можно ре гулировать или стабилизировать путе использования ШИМ-метода. Для получения на выходе напряжения с полярностью, указанной в скоб ках, включение ключа 1 должно произ водиться синхронно с включением клю ча i, а ключа 2 с ключом 3Если напряжение на входе изменит полярность, то для сохранения прежней полярности на выходе, импульсы управления ключами 3 и k должны быть сдвинуты по фазе на 180°, Так как схема имеет полностью симметричную структуру, то очевидно, что аналогично может передавать ся энерги1я с выхода устройства на его вход. При этом, поочередно долж ны отпираться ключи 3 и А, а управление ключами 1.И 2 (для получения определенной полярности на входе) производится аналогично рассмотрен. ному управлению ключами 3 и Д. На фиг,, 2 приведена схема, позаоляю дая получить напряжение на вхо де и выходе одинаковой полярности. В этой схеме две вторичные обмотки трансформатора 9 управляющие через резисторы транзисторами ключей V и 3J обеспечивают синхронную г аботу ключей 1 и 3- Аналогично обеспечена синхронность работы ключей 2 и 4. Такая схема может, например, использоваться для преоб.разования низкочастотного переменного входного напряжения в выходное ;переменное той же частотыs , вы:полнять функцию низкочастотного трансформатора при значительно лучших массо-габаритных показателях, так как частота промежуточного преобразования может в 100-1000 раз превышать входную. На фиг, 3 приведена схема, имеющая два выходных канала. В этой схеме возможна передача энергии не I только со входа на выход и с выхода на вход, но и обмен энергией между выходами. Например, при передаче энергии с первого выхода на второй выход, ключи 1 и Z запираются, а блок управления 6 синхронно отпирэет ключи и 15 и ключи 3 и 14. Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет рэс ширить функциональные возможности известных устройств путем обеспечения двустороннего преобразования м стабилизации (регулирования) на5пряжения как постоянной, так и изменяющейся на любой из сторон (входе и выходе) полярности. Получение в едином устройстве рассмотренной совокупности свойств позволяет распространить его область применения на те случаи, когда для обеспечения требуемых функций используется набор-разнородных функционально-законченных устройств, что приводит к усложнению схемы и конструкции. Формула изобретения 1, Симметричный преобразователь напряжения постоянного тока, содержащий основные транзисторные ключевые элементы, соединенные по однофазной двухполупериодной схеме выпрямления, выход которой соединен с выходными клеммами, и подключенные к концам вторичной обмотки силового трансформатора с отводом от средней точки, и блок управления, выходом связанный через узлы согласования с управляющими входами транзисторных ключевых элементов, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения двухстороннего преобразования напряжения постоянной и изменяющейся на любой стороне полярности, введена по крайней мере одна дополнительная обмотка силового трансформатора со средней точкой, к концам которой подсоединены дополнительные ключевые элементы, соединенные по однофазной двухполупериодной схеме выпрямления, выход которой соединен с входными клеммами, и управляющими входами связанные через дополнительные узлы согласования с выходом блока управления.. 2. Преобразователь по п. 1, о т лимающийся тем, что основные и дополнительные транзисторные ключевые элементы выполнены на двух транзисторах, соединенных между собой встречно-последовательно и объединенных эмиттерами в общую точку, а каждый узел согласования выполнен на усилителе мощности с выходным трансформатором, вторичная обмотка которого одним выводом подключена к точке соединения эмиттеров транзисторов соответствующего транзисторного ключеBoro элемента, a вторым выводом через базовые резисторы подключена к базам указанных транзисторов. 3. Преобразователь по п. 1,.о т лича,ющийся тем, что количество узлов согласования равно двум, причем каждый из них выполнен на усилителе мощности с выходным трансформатором, имеющим две вторичные обмотг ки, связанные с управляющими входами одного из основных и одного из дополнительныхтранзисторных ключевых элементов, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР по заявке № 28 И277/07, кл. G 05 G Т/б, 1979. 2.Авторское свидетельство СССР по заявке N2858it96/07, кл. G 05 F 1/6, 1959.

4i

«м

« Л

145

ч- I

-

Т

J -

-f

4 ,