Преобразователь постоянного напряжения

 

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ по авт.св. № 828339, отличающийся тем, что, с целью повьшения КПД и надежности, вход указанного инвертора через введенный согласующий элемент соединен с введенным входом указанного генератора тактовых импульсов.

СОЮЭ СОВЕТСНИХ

INVNO

РЕСПУБЛИН

091 (И):

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

re ДЕ 1А@ ИЗСБРЕТЕНИЙ е ОТНР1.1ТИЙ олисдние изоБретения 3

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) 828339 (21) 3587721/24-07 (22) 05.05.83 (46) 15.08.84. Бюл. Ф 30 .(72) Е.Б.Измайлов и Б.П.Соустин (71) Красноярский политехнический институт (53) 62!.314.57(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

У 828339, кл. Н 02 M 3/335, С 05 F 1/56, 1979. (д) Н OZ И 3/335; G 05 F 1/56 (54) (57) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО

НАПРЯЖЕНИЯ по авт.св. Ф 828339, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД и надежности, вход указанного инвертора через введенный согласующий элемент соединен с введенным входом указанного генератора тактовых импульсов.

08582

4 ll

Ъ

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в регулируемых преобразователях постоянного напряжения в переменное или постоянное, в частное, для заряда высоковольтных накопительных конденсаторов.

По основному авт.св, Ф 828339 известен преобразователь постоянного напряжения, содержащий инвертор на силовых транзисторах, управляющие входы которых связаны с выходами двух логических элементов И, генератор тактовых импульсов, выходной выпрямитель с дросселем, накопитель-. ным конденсатором и датчиком сигнала, подключенным к входу электронного реле, выход которого связан с первыми входами логических элементов И и 3-входом 3 К-триггера, выходами подключенног о к вторым входам логических элементов И, а также счетный триггер, реверсивный счетчик и третий логический элемент

И, при этом один из входов последнего подключен к выходу тактового генератора, а другой — к выходу электронного реле и входу упомянутого счетного триггера, выходы которого подключены к управляющим входам реверсивного счетчика, причем счетный вход последнего подключен к выходу логического элемента И, а выход связан с К-входом упомянутого

3-К-триггера f11.

При заряде накопительного конденсатора неизменным током среднее значение тока, потребляемого преобразователем от источника питания, возрастает по линейному закону.

Если источник питания имеет ограни- ченную мощность, то падение напряжения на его .внутреннем сопротивлении увеличивается с увеличением потребляемого тока.

Так как частота генератора тактовых импульсов постоянная, а амплитуда смежных полуволн выходного напряжения инвертора изменяется вместе с изменением величины напряжения на входе инвертора, то вольтсекундные площади смежных полуволн не равны. Вследствие этого перемагничивание магнитопровода выходного трансформатора происходит по несимметричному циклу, что ведет к его насыщению и значительным выбросам первичного тока. При применении магнитопроводов с высокой степенью прямо!

О

45 угольности петли гистереэиса выбросы первичного тока ведут к резкому увеличению потерь в транзисторах инвертора и к выходу их из строя.

Недостаток известного преобразователя постоянного напряжения— низкий КПД и надежность.

Цель изобретения — повышение КПД и надежности преобразователя напряжения.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователе постоянного напряжения вход указанного инвертора соединен через введенный согласующий элемент с введенным входом указанного генератора тактовых импульсов.

На фиг. 1 показана принципиальная схема предлагаемого преобразователя напряжения; на фиг. 2 — временные диаграммы, поясняющие его работу.

Преобразователь содержит инвертор

1 на силовых транзисторах 2 и 3, базы которых через предварительные усилители 4 и 5 связаны с выходами логических элементов И- 6 и 7, генератор 8 тактовых импульсов, выходной трансформатор 9, вторичная обмотка

10 которого подключена к выпрямителю

11 с дросселем 12, накопительным конденсатором 13, датчиком 14 тока, подключенным к входу электронного реле

15 выход которого связан с первыми входами упомянутых логических элементов И 6 и 7, и через формирователь

16 импульсов — с -входом 3 -К-триггера 17,.;âûõoäû которого подключены к вторым входам логических элементов

6 и 7 И, счетный триггер 10, третий логический элемент 19 И, первый вход которого связан с выходом электронного реле 15, а второй — с выходом генератора 8 тактовых импульсов, реверсивный счетчик 20, выход которого через формирователь 21 связан с

К-входом триггера 17., счетный вход соединен с выходом логического элемента И 19, а входы управления — с выходами счетного триггера 18, согласующего элемента 22, вход которого соединен со средней точкой первичной обмотки трансформатора 9, а выход — с входом генератора 8 тактовых импульсов, Преобразователь работает следующим образом.

Напряжение обратной связи 11о, пропорциональное зарядному току конденсатора 13, поступает с датчп3 ка 14 тока на вход электронного реле 15, где сравнивается с опорным напряжением О» . Выходной сигнал реле 15 разрешает или запрещает работу инвертора 1 в зависимости от мгновенного значения зарядного тока конденсатора 13(фиг. 21»). Вследствие того, что. выходная, характеристика реле 15 обладает гистерезисом, зарядный ток Д„ пульсирует в зоне, ширина которой определяется. шириной петли гистерезиса реле 1 5, причем его среднее значение задается величиной опорного напрядения Llo .

В момент времени 1» напряжение обратной связи U достигает порога срабатывания электронного реле 15, а на его выходе появляется логическая "1"(фиг. 2с ), которая поступает на входы логических элементов И

6,7,19. В зависимости от состояния

3 К-триггера 17 на выходе одного из лог ических элементов 6 и 7, например на выходе элемента 7, появляется логическая "1"(фиг. 2ж). В результате предварительный усилитель 5 от— крывает силовой транзистор 3, и начинается формирование положительной полуволны выходного напряжения инвертора 1 (фиг. 2и) . llапряжение вторичной обмотки 10 трансформатора

9 через выпрямитель ll и дроссель

12 прикладывается к конденсатору

13. Ток дросселя 12 нарастает со скоростью, определяемой величиной. его индуктивности и мгновенным значением напряжения на конденсаторе

13.

Одновременно, начиная с момента времени », импульсы генератора 8 тактовых импульсов(фиг. 2г) через логический элемент И 19 начинают поступать на счетный вход реверсивного счетчика 20. В зависимости от состояния триггера 18(фиг. 2ь) счетчик

20 работает либо в режиме суммирования импульсов генератора 8 тактовых импульсов, либо в режиме их вычитания. На фиг. 2 показан случай, когда начиная с момента времени, счетчик 20 работает в режиме суммирования.

Б момент времени 12величина напряжения обратной связи достигает верхнего порога срабатывания электронного реле 15, и его выходной

1 сигнал принимает значение логического "0" транзистор 3 закрывается, выходное напряжение инвертора ста50

Еф=Е (t tAlo tgt „ (2l

/ где а U — величина падения напряжения на внутреннем сопротивлении источника питания в конце цикла зарядки накопительного конденсатора 13; — длительность цикла зарядки конденсатора 13;

08582 новится равным нулю, а, ток дросселя

l2 замыкается через выпрямитель 11, конденсатор 13, датчик 14 тока, В момент времени 12 прекращается счет импульсов тактового генератора

8. Задним фронтом выходного сигнала реле 15(фиг. 2d )триггеры 17 и 18 переключаются в противоположное состояние.

В момент времени 1 Напряжение обратной связи 0 вновь достигает нижнего порога срабатывания электронного реле 15, и на его выходе появляется логическая "1". Поскольку ранее в момент 2 триггеры 17 и 18 изменили свое состояние на противоположное, то логическая "l" появляется на выходе элемента 6 И (фиг,2р), а счетчик 20 начинает производить вычитание импульсов тактового генератора 8. Предварительный усилитель

4 открывает силовой транзистор 2, и на выходе инвертора 1 формируется отрицательная полуволна выходного напряжения. В момент времени »» число, содержащееся в счетчике 20, становится равным кулю, и на его выходе появляется сигнал заема, которым через формирователь 21

30 (фиг. 23)переключает триггер 17 в противоположное состояние. В результате полярность B_#_xopHoFo напряжения инвертора 1 изменяется.

Поскольку вход генератора 8 тактовых импульсов через согласующий элемент 22 соединен с входом инвертора 1, частота повторения импульсов на его выходе пропорциональна напряжению питания Е (фиг . 2y) H может быть определена из выражения ®=к,к, еЯ где Кс — коэффициент передачи согласующего элемента 22;

К». — крутизна генератора 8

45 тактовых импульсов (с, в

При линейно возрастающем токе на входе инвертора 1 мгновенное значение напряжения питания определяется следующим образом:

5 1108582

4i, — момент времени, соответствующий началу 1-той полуволны и выходного напряжения инвертора 1; н

Š— напряжение холостого хода . 5 и источника питания. и

Обычно в преобразователях напря- и жения, предназначенных пя заряда э накопительных конденсаторов, выпол- и

1 10 няется условие „.,>> . .. Учитывая

1 ".М т это, можно найти число импульсов, в подсчитанное счетчиком 20 за интер- и вал времени, равный длительности полуволны выходного напряжения ин- 15 и вертора 1 и н,=1 y

Подставляя в выражение (3) выраже- т ния (1) и,2), получают 20 ц

М = Р - — Иш- — ТО1 ьО . дМ Я. (4

0 t9 F79

Из выражения(4) следует, что число, зафиксированное в счетчике 20 в кон- 25 це 1, -той полуволны выходного напряжения инвертора 1, пропорционально ее нольтсекундной площади. Выражение 4) справедливо и для интервала времени ф -Ь1, так как в этом

30 случае происходит вычитание импульсов генератора 8 из числа 1.1, зафик сированного в счетчике 20 до получения нулевого результата. Таким образом, из выражения 4 следует, что вольтсекундные площади смежных полуволн выходного напряжения инвертора 1, имеющие противоположную полярность, оказываются равными.

ыражение C4) остается справедливым в том случае, если при большой лительности сигнала логической а выходе электронного реле 15 просходит переполнение счетчика 20 ри суммировании или вычитании имульсов тактового генератора 8.При том на выходе инвертора формируется рямоугольное напряжение(фиг. 2g).

Рассматривая работу преобразоваеля напряжения, можно сделать выод, что ири ограниченной мощности сточника питания обеспечивается формирование выходного напряжения нвертора с равными вольтсекундными лощадями смежных полуволн противооложной полярности, что обеспечиват перемагничивание магнитоировода рансформатора 9 по симметричному иклу. Исключаются выбросы его первичного тока, что позволяет уменьшить установленную мощность трансформатора 9 и транзисторов 2 и 3 и уменьшить в них потери.

Возможна также работа преобразователя напряжения в режиме широтноимпульсной модуляции. В этом случае электронное реле !5 заменяется широтно-импульсным модулятором.

Таким образом, изобретение позволяет устранить насыщение магнитопро вода трансформатора, возникающее при питании преобразователя напряжения от источника ограниченной мощности, что уменьшает установленную мощность выходного трансформатора и полупроводниковых приборов инвертора, снижает в них потери и повышает надежность и КЦЦ.!

108582

71

Фиг. 1

1108582

Составитель В.Цишевский

Редактор С.Лисина Техред M.Tenep КОРРектоР О.Тигор . Заказ 5882/42 Тираж 667 Подписное

ВПИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4