Преобразователь постоянногонапряжения

 

Q П И С А Н И Е )828339

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советскик

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (51) М. К.

Н 02М 3/335

G 05F 1/56 (22) Заявлено 28.06.79 (21) 2786742/24-07 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 07.05.81. Бюллетень № 17

Государстееннмй комитет (53) УДК 621.314.57 (088.8) -.,. - ",;

t пю делам нзюбретений и открытий (45) Дата опубликования описания 07.05.81 (72) Авторы изобретения

E. Б. Измайлов и Б. П. Соустин .:;

Красноярский политехнический институт (71) Заявитель (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в регулируемых преобразователях постоянного напряжения в переменное или в постоянное, в частности для заряда высоковольтных на- 5 копительных конденсаторов.

Известны преобразователи напряжения, содержащие накопительный конденсатор, дроссель, транзисторный ключ и схему управления (1). Недостатком известного 10 устройства является невозможность получения напряжения на накопительном конденсаторе, превышающем напряжение первичного источника питания или предельно допустимое напряжения полупроводниковых 15 приборов.

Известен преобразователь, содержащий накопительный конденсатор, дроссель, выпрямитель, инвертор с повышающим трансформатором и схему управления (2) .. 2о

Недостатками данного устройства является низкий КПД и надежность из-за подмагничивания выходного трансформатора в процессе работы.

Наиболее близким решением по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является преобразователь напряжения, содержащий инвертор на силовых транзисторах, узел управления которых выполнен на двух логических элементах И, 30

К-триггере и счетном триггере, а также генератор тактовых импульсов, выходной выпрямитель с фильтром и связанное с ним и схемой управления электронное реле (3).

Вследствие непрерывного нарастания напряжения на накопительном конденсаторе в процессе его заряда скважность работы ключей инвертора изменяется в большом диапазоне, что приводит к несимметрии по полупериодам его выходного напряжения.

В спектре выходного напряжения инвертора появляются субгармоники, которые вызывают насыщение магнитопровода выходного трансформатора, резкое возрастание его первичного тока, увеличение потерь в нем и транзисторах инвертора, что приводит к снижению КПД и надежности устройства.

Цель изобретения — повышение КПД и надежности устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователе постоянного напряжения, содержащем инвертор на силовых транзисторах, управляющие входы которых связаны с выходами двух логических элементов

И, генератор тактовых импульсов, выходной выпрямитель с дросселем, накопительным конденсатором и датчиком тока, подключенным к входу электронного реле, выход которого связан с первыми входами упомяну828339 тых логических элементов И и 1-входам

1 — К-триггера, выходами подключенным к вторым входам логических элементов И, а также счетный триггер, введены реверсивный счетчик и третий логический элемент

И, при этом один из входов последнего подключен к генератору тактовых импульсов, 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 введенного логического элемента И, а выход связан с К-входом упомянутого 1 †Ктриггера.

На. фиг. 1 показана принципиальная схема преобразователя постоянного напряжения для заряда высоковольтного накопительного конденсатора с двухпозиционной стабилизацией тока заряда; на фиг. 2 — временные диаграммы, поясняющие его работу.

Преобразователь содержит инвертор 1 на силовых транзисторах 2 и 3, управляющие переходы которых через предварительные усилители 4 и 5 связаны с выходами логических элементов И 6, 7, генератор 8 тактовых импульсов, выходной трансформатор

9, вторичная обмотка которого 10 подключена к выходному выпрямителю 11 с дросселем 12, накопительным конденсатором 13 и датчиком 14 тока, подключенным к входу электронного реле 15, выход которого связан с первыми входами упомянутых логических элементов И и через формирователь

16 импульса с 1-входом 1 — К-триггера 17, выходы которого подключены к вторым входам логических элементов И, счетный триггер 18, третий логический элемент 19, реверсивный счетчик 20, выход которого через формирователь 21 связан с входом триггера 17. Выходы счетного триггера 18 подключены к управляющим входам счетчика

20, счетный вход которого подключен к выходу элемента 19, а один из входов последнего подключен к выходу генератора 8, другой вход — к выходу электронных реле.

Преобразователь работает следующим образом.

Преобразователь напряжения охвачен отрицательной обратной связью по току заряда накопительного конденсатора 13.

Напряжение обратной связи U, ñ датчика

14 поступает на первый вход реле 15, а на

его второй вход подается опорное напряжение U,. Выходной сигнал реле 15 (фиг.

2, а) разрешает или запрещает работу инвертора 1 в зависимости от величины тока заряда накопительного конденсатора 13 (фиг. 2, и). Вследствие того, что выходная характеристика реле 15 обладает гистерезисом, ток заряда конденсатора 13 пульсирует в зоне, определяемой шириной петли гистерезиса реле 15, причем его среднее значение задается величиной опорного на10 пряжения U<. Если напряжение обратной связи У,с меньше величины верхнего порога срабатывания реле 15, то на его выходе (фиг. 2, а) появляется логическая «1» (ti на фиг. 2). Она поступает на входы логических элементов И 6, 7, 19. В зависимости от состояния 1 — К-триггера 17 на выходе одного из элементов И 6, (7), например на выходе элемента И 7 появляется логическая

«1» (фиг, 2, е). В результате предварительный усилитель 5 открывает транзистор 3 и начинается формирование положительной полуволны выходного напряжения инвертора 1 (фиг. 2,з). Напряжение вторичной обмотки 10 трансформатора 19 через вы15 прямитель 11 и дроссель 12 прикладывается к конденсатору 13. Ток дросселя 12 нарастает со скоростью, определяемой величиной его индуктивности, величиной емкор сти и напряжением на конденсаторе 13.

Одновременно, начиная с момента 4ь импульсы генератора 8 (фиг, 2, г) через логический элемент И 19 поступают на счетный вход счетчика 20. В зависимости от состояния триггера 18 (фиг. 2, в) счетчик 20 работает в режиме суммирования или вычитания. На фиг. 2 показан случай, когда с момента t< счетчик 20 работает в режиме суммирования импульсов генератора 8. В момент 4 величина напряжения обратной связи У„достигает верхнего порога срабатывания реле 1 и на его выходе появляется логический «О», который поступает на первые входы элементов И, 6, 7, 19. В результате транзистор 3 закрывается, выходное напряжение инвертора 1 становится равным нулю, а ток дросселя 12, уменьшаясь по величине, замыкается через конденсатор

13, датчик 14 и выпрямитель 11. Одновре4О менно в момент 4 задний фронт сигнала с выхода реле 15 переключает в противоположное состояние триггер 18 (фиг. 2, в) и через формирователь 16 (фиг. 2, б), 1 — К. триггер 17. Начиная с момента 4, поступле4Б ние импульсов генератора 8 на вход счетчика 20 прекращается, Таким образом, на интервале t> — t> счетчик 20 подсчитывал импульсы генератора 8 и число, содержащееся в нем, представляет в двоичном коде длительность полуволны выходного напряжения инвертора 1. Число, содержащееся в реверсивном счетчике, равно:

>, = f,.tè (1) где Уi — число, зафиксированное в реверсивном счетчике 20; f, — частота генератора

8; tv< — длительность полуволны выходного напряжения инвертора 1.

В момент 4 напряжение обратной связи

U„äîñòèгает величины нижнего порога срабатывания реле 15 и на его выходе появляется «I». Поскольку триггеры 17 и 18 в момент 4 изменили свое состояние на противоположное, то «I» появляется на выходе элемента И 6 (фиг. 2,ж), а счетчик

828339 ш = tm.

20 начинает производить вычитание импульсов тактового генератора 8. ПредварительHbIl усилитель 4 открывает транзистор 2 и на выходе инвертора 1 формируется отрицательная полуволна выходного напряжения. В момент t4 число, содержащееся в счетчике 20, становится равным нулю и на его выходе появляется сигнал заема, который через формирователь 21 (фиг. 2, д) переключает триггер 17 в противоположное состояние. В результате транзистор 2 закрывается, а транзистор 3 открывается и напряжение на выходе инвертора 1 изменяет полярность. Поскольку частота тактового генератора неизменна, длительность интервала tm может быть определена из выражения

1 (2) Ут

Сравнение (1) и (2) позволяет сделать вывод, что

В момент t5 напряжение обратной связи

У„достигает верхнего порога срабатывания реле 15, на его выходе появляется «О».

Триггеры 17 и 18 переключаются в противоположное состояние и прекращается поступление импульсов генератора 8 на счетчик 20. Транзистор 3 закрывается и наступает пауза в работе инвертора 1. В реверсивном счетчике содержится двоичное число Ма=4.tva, которое представляет собой длительность полуволны выходного напряжения инвертора 1 длительностью tos.

В момент 4 на выходе реле 15 вновь появляется «I», открывается транзистор 2 и на выходе инвертора 1 формируется полуволна напряжения отрицательной полярности. На интервале t 4 счетчик 20 работает в режиме суммирования. В момент tT происходит переполнение счетчика 20 и на его выходе появляется сигнал переноса, который через формирователь 21 (фиг. 2, д) переключает триггер 17, что приводит к изменению полярности выходного напряжения инвертора 1. Длительность интервала tTT< определяется выражением

tU4 — °

Ут

Следовательно, 1уз = tv4.

Если длительность сигнала «1» на выходе реле 15 велика, то происходит периодическое переполнение счетчика 20, переключение триггера 17 и изменение полярности выходного напряжения инвертора 1. На его выходе формируется прямоугольное напряжение, длительность полупериода которого определяется выражением

Nmax 2л

Ьб: Ьб— т т где N,„ — емкость реверсивного счетчика

20; и — число разрядов счетчика 20.

6

В момент t«Ha TTTTxo e e 15 появляется «О», и в счетчике 20 запоминается в виде двоичного числа длительность интервала tm. В дальнейшем работа преобразователя напряжения происходит аналогично.

Рассмотрение работы преобразователя напряжения позволяет сделать вывод, что каждые два соседних полупериода выходного напряжения инвертора 1 имеют противоположную полярность и равную длительность (фиг. 2, и). Поэтому постоянная составляющая и субгармоники всего спектра отсутствуют. Пер емагничивание магнитопровода трансформатора 9 происходит по симметричной петле гистерезиса и не происходит его насыщения. Исключаются выбросы первичного тока трансформатора 9, возникающие вследствие насыщения магнитопровода, что позволяет уменьшить установленную мощность и снизить потери в трансформаторе 9 и транзисторах 2, 3 инвертора 1. Возможно также работа преобразователя напряжения в режиме широтноимпульсной стабилизации тока заряда конденсатора 13. В этом случае реле 15 заменяется широтно-импульсным модулятором.

Работа преобразователя напряжения в этом случае происходит аналогично описанному выше.

Изобретение позволяет полностью устранить насыщение магнитопровода трансформатора преобразователя, что уменьшает установленную мощность выходного трансформатора и полупроводниковых приборов инвертора, снижает потери в них и повышает надежность и КПД.

Формула изобретения

Преобразователь постоянного напряжения, содержаший инвертор на силовых транзисторах, управляющие входы которых связаны с выходами двух логических элементов И, генератор тактовых импульсов, выходной выпрямитель с дросселем, накопительным конденсатором и датчиком сигнала, подключенным к входу электронного реле, выход которого связан с пеовичными входами логических элементов И и 1-входом I — К-триггера, выходами подключенным к вторым входам логических элементов И, а также счетный триггер, отличаю шийся тем, что, с целью повышения

КПД и надежности, введены ревеосивный счетчик и третий логический элемент И, при этом один из входов последнего подключен к выходч тактового генеоатооа. а дрчгой—

К ВЫХОДУ ЭЛЕКтРОННОгО РЕЛЕ И ВХОЛч VTTOмянчтого счетного тоиггера. выходы которого подключены к упоавляющим выходам оевеосивного счетчика. причем счетный вход последнего подключен к выходу логического элемента И, а выход связан с

К-входом упомянутого 1 —.К-триггера, 828339

7Источники информации, : принятые во внимание при экспертизе

l. Авторское свидетельство СССР № 453681, кл. G 05F 1/56, 1975.

2. Проектирование устройств электропи8 тания и электропривода, т. 1, Электронные устройства. Динамика систем электропривода, М., 1973, с. 102 — 107.

3. Авторское свидетельство СССР по заявке № 255605?/24-07, кл. С 051 1/56, 1977.

828339

p,Редактор Г. Петрова

Заказ 1003/3 Изд. № 343 Тираж 749 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Типография, пр. Сапунова, 2

ll

Jg о и, Р

Составитель И. Никитин

Техред И. Пенчко

Корректоры: О. Силуянова и Н. Федорова