Преобразователь постоянного напряжения Советский патент 1983 года по МПК H02M7/10 

1

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для питания электроприводов, а также радиоэлектронной аппаратуры.

Известен преоб{5азователь постоянного напряжения, содержащий две силовые шины, первичный ключ, включенный в силовую шину, сглаживающий конденсатор, включенный между силовыми шинами, второй ключ, две шины управления ключами, соединенные с их управляющими электродами 1.

Недостатком известного преобразователя постоянного напряжения на ключах являются -низкие коэффициент полезного действия и надежность вследствие большого выделения энергии в виде тепла на ключах во время их переключения, большие размеры, вес и стоимость из-за необходимости дополнительных технических средств для охлаждения ключей, низкая устойчивость к коротким замыканиям выходных шин, так как ток, проходящий через ключи при коротком замыкании выходных шин, определяется их сопротивлением, что приводит к перегрузке ключей.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является преобразователь постоянного напряжения, содержащий цепь из последовательно соединенных первого ключа и последовательного колебательного контура, подключенную к входным выводам преобразователя, второй ключ, первым силовым электродом подключенный к точке соединения первого ключа и колебательного контура, и сглаживающий конденсатор, подключенный

10 параллельно выходным выводам, один из которых соединен с входным выводом преобразователя, подключенным к колебательному контуру 2.

Однако этот преобразователь постоян15 ного напряжения имеет низкую выходную мощность, низкий КПД, сложную схему, . большие размеры, вес и стоимость. Эти недостатки объясняются тем, что в этом преобразователе постоянного напряжения передача энергии на выход в сглаживаю20щий конденсатор осуществляется после промежуточного хранения ее в катушке индуктивности. Во время этого хранения и происходят дополнительные потери электроэнергии, снижающие КПД и. уменьшающие

передаваемую на выход мощность. Низкий КПД обуславливает большие размеры, вес и стоимость этого преобразователя напряжения.

Цель изобретения - повышение выходной мощности и КПД, упрощение и уменьшение веса и габаритов устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователе постоянного напряжения второй силовой электрод второго ключа соединен с другим выходным выводом преобразователя.

На фиг. 1 показана схема преобразователя постоянного напряжения; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие его работу.

Преобразователь постоянного напряжения содержит цепь из последовательно соединенных первого ключа 1 м последовательного колебательного контура 2, подключенную к входным выводам 3 и 4 преобразователя, а также второй ключ 5, связанный первым электродо.м с точкой 6 соединения ключа 1 и колебательного контура 2, сглаживающий (накопительный) конденсатор 7, включенный между выходными выводами 8 и 9 преобразователя, причем первый выходной вывод 8 соединен с точкой 10 соединения входного вывода 4 и колебательного контура 2. Управляющие электроды ключей 1 и 5 подключены к щинам 11 и 12 управления. Нагрузка 13 подключена к выходным выводам 8 и 9 преобразователя.

На фиг. 2 показаны импульсы 14 и 15 соответственно на управляющих входах 11 и 12, ток 16 в колебательном контуре 2, полупериоды 17 и 18 колебаний тока 16, моменты 19 и 20 времени, в которых ток 16 равен нулю. Временные диаграммы (фиг. 2) связаны со схемой (фиг. 1) буквами а, б, в.

Преобразователь, постоянного напряжения работает следующим образом.

Импульс 14, поданный на шину 11, открывает ключ 1 (момент 19 времени). Постоянное напряжение е входной щины 3 преобразователя (например, выпрямленное напряжение промышленной сети 220В) прикладывается к контуру 2. Во время открытия ключа 1 (во время переходного процесса между его закрытым состоянием и открытым) ток через него практически не проходит из-за самоиндукции индуктивности контура 2. Поэтому на ключе 1 энергия в виде тепла не выделяется. При открытом ключе 1 в контуре 2 проходит колебательный процесс. Через открытый -ключ 1 проходит полупериод 17 тока 16. Как только полностью зарядится конденсатор контура 2 (как только вся энергия, запасенная в контуре 2, сосредоточится в его конденсаторе), ток 16 становится равным нулю (момент 20 времени). В- этот момент времени оканчивается импульс 14, ключ 1 закрывается. После окончания импульса 14 и закрытия ключа 1 подают импульс 15 на управляющий вход 12. Этот импульс открывает ключ 5. В контуре 2 фодолжается колебательный процесс тока 16. Через полностью открытый ключ 5 5 проходит полупериод 18 тока 16. Энергия, запасенная в колебательном контуре 2, передается в конденсатор 7, подзаряжая его. После того, как энергия, запасенная в контуре 2, передается в конденсатор 7, ток 17 становится равным нулю (момент 19 времени). В этот момент времени закрывается ключ 5 и после его закрытия импульсо.м 14 открывается ключ 1. Энергия с входа преобразователя вновь поступает в контур 2. И так продолжается на

5 протяжении всей работы преобразователя напряжения. В течение всего времени в последовательном колебательном контуре 2 проходят вынужденные колебания тока 16, ведомые импульсами 14 и 15, подаваемыми на управляющие входы 11 и 12. Энергия

0 порциями, равными энергоемкости колебательного контура 2, передается с входа преобразователя (с шин 3 и 4) через колебательный контур 2 в сглаживающий конденсатор 7, подзаряжая его. Нагрузка 13

ц питается зарядом конденсатора 7. Емкость конденсатора 7. Емкость конденсатора 7 устанавливают больше емкости -конденсатора контура 2. В результате одна порция энергии повышает напряжение на конденсаторе 7 на величину значительно меньше

0 напряжения на шине 3. Во время переключения ключей 1 и 5 проходящий через них ток равен нулю (моменты 19 и 20 времени), он сдерживается не самими этими ключами, а реактивными элементами колебательного контура 2. Как известно, энергия в виде

5 тепла на реактивных элементах не рассеивается. Каждый из ключей 1 и 5 тоже не нагревается, потому что, когда он закрыт или находится в состоянии переключения, ток через него не проходит, а когда ток

„ проходит, ключ уже полностью открыт и его -сопротивление равно нулю. Таким образом, в предлагаемом преобразователе напряжения устранены условия для рассеивания энергии в виде тепла на ключах 1 и 5. Благодаря высокому коэффициенту полез5 него действия отпадает необходимость в дополнительных технических средствах для охлаждения ключей- и других элементов предлагаемого преобразователя напряжения (в радиаторах, вентиляторах, водя ном охлаждении, в специальном располо жении элементов для обеспечения высокой теплоотдачи и т.п.).

Предлагаемый преобразователь напряжения устойчив к коротким замыканиям выходных шин 8 и 9, так как ток через ключи 1 и 5 не может быть больше пропускной способности колебательного контура 2, а следовательно не может их перегрузить.

На основе предлагаемого преобразователя постоянного напряжения можно известными путями ,с помощью известных технических средств построить высокоэкономичный ключевой стабилизатор постоянного напряжения.

Формула изобретения

Преобразователь постоянного напряжения, содержащий цепь из последовательно .соединенных первого ключа и последовательного колебательного контура, подключенную к входным выводам преобразователя, второй ключ, первым силовым электродом подключенный к точке соединения первого ключа и колебательного контура, и сглаживающий конденсатор, подключенный параллельно выходным выводам, один из которых соединен с входным выводом преобразователя, подключенным к колебательному контуру, отличающийся тем, что с целью повыщения выходной мощности, увеличения КПД, упрощенияг и уменьщения веса и габаритов устройства-, второй силовой электрод второго ключа соединен с другим выходным выводом преобразователя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 449341, кл. G 05 F 1/56, 1973.

2.Авторское свидетельство СССР

№ 775844, кл. Н 02 М 7/10, 1978 (прототип) .

/г

0-

п

/J

0-J