Преобразователь высокого уровня постоянного напряжения

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУбЛИК ПЮ (П) 3(50 Н 02 М 7 537 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИЛ,ЕТЕЛЬСТВУ фУГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОбРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Научно-исследовательский институт автоматики н электромеханикипри Томском институте автоматизированных систем управления и радиоэлектроники(56) 1.Авторское свидетельство СССРЮ 628596, кл. Н 02 М 7/537, 1977.2.Патент Японии 9 51-3050,кл. Н 02 М 7/537, опублик.1976.З.Патент СШ В 3843919,кл, 321-2, опублик.1975.4.Патент Японии В 52-203,кл. Й 02 М 3/335, опублик.1977.5.Патент ФРГ В 2445032;кл. Н 02 М 3/335, опублик.1976,(54)(57) 1.ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ВЫСОКОГО УРОВНЯ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий силовой усилитель мощности с выходным трансформатором, и узелуправления, причем вход питания последнего подключен к выпрямителю, соединенному с дополнительной обмоткой выходного трансформатора н через зарядный резистор и ключевой пороговый элемент к входному выводу преобразователя, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения КПД за счет уменьшения потерь мощности по цепи питания узла управления, в него введены конденсаторы и зарядные диоды, включенные поочередно последовательно между общим выводом преобразовате", 9 ля с точкой соединения упомянутых зарядного резистора и ключевого поро. гового элемента, причем одноименно заряженные обкладки конденсаторов со. едннены через разрядные диоды.1124415 2, Преобразователь по п.1, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что последовательно с зарядным резистором включены стабилитроны. Изобретение относится к области преобразовательной техники и может быть использовано во вторичных источ. никах электропитания.Известны транзисторные преобразователи, в которых при запуске первоначальное питание устройства управления осуществляется от питающей сети через различного рода пусковые цепи, переходящие в закрытое состояние пос-,10 ле запуска 11 и 2.Транзисторный инвертор содержит силовые транзисторы, электроды которых соединены с выводами коллекторной и базовой обмоток трансформатора 15 и пусковой транзистор, подключенный коллектором к зажиму питания, а эмит. тером - через стабилитрон к средней точке базовой обмотки 1) .Известно устройство, содержащее 20 силовые транзисторы, соединенные электродами с рабочей обмоткой и обмоткой обратной связи трансформатора Между зажимом питания и базой силового транзистора включен нормально 25 открытый пусковой тразистор, база и эмиттер которого через выпрямитель запирающей полярности соединены с дополнительной обмоткой трансформатора 2 . Недостатком указанных преобразователей является техническая сложность пусковой цепи на питающее напряжение в сотни и тысячи вольт и ее низкая экономичность.Известны также преобразователи постоянного тока, содержащие силовую часть, устройство управления и входной С-фильтр, дроссель которого снаб 1 жен дополнительной обмоткой, соеди. 40 неной через выпрямитель с питающим входом устройства управления 13)и 14 В укаэанных преобразователях для ударного возбуждения входного фильт ра питающее напряжение должно иметь крутой фронт нарастания. Это требование ограничивает область применения данных устройств. В частности, кРутой фронт нарастания недопустим 50 в совмещенных системах связи и питания по общему проводному каналу, кроме того, технически трудно его.обеспечить при высоковольтном пита-. З.Преобразователь по пп.1,2, о т л ич а ю щ и й с я тем,что пороговый элемент содержит Кс-генератор, выполненный на однопереходном транзисторе. 2нии преобразователя (1000 В) из-за отсутствия компактных выключателей.Наиболее близким к изобретению по технической сущности является преобразователь напряжения, содержащий силовой усилитель мощности с выходным трансформатором, выпрямителем и фильтром и узел управления, причем вход питания последнего подключен к дополнительному выпрямителю, соединенному с дополнительной обмоткой выходного трансформатора, и через зарядный резистор и ключевой пороговый элемент к входному, выводу преобразователя 5 .Недостатком устройства является большие потери мощности в зарядном резисторе, особенно при высоком уровне входного напряжения.Цель изобретения " повышение КПД за счет уменьшения потерь мощности по цепи питания узла управления.Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь, содержащий сйловой усилитель мощности с выходным трансформатором, и узел управления, причем вход питания последнего подключен к выпрямителю, сое диненному. с обмоткой выходного трансформатора, и через зарядный резистор и ключевой пороговый элемент к выходному выводу преобразователя, введены конденсаторы и зарядные диоды, включенные поочередно последовательно между общим выводом и точкой соединения зарядного резистора и ключевого порогового элемента, причем одноименно заряженные обкладки конденсаторов соединены через разрядные диоды.Последовательно с зарядным резистором включены стабилитроны.Пороговый элемент содержит ВС- генератор, выполненный на однопереходном транзисторе. На фиг.1 приведена функциональная схема преобразователя; на фиг.2,3,- варианты выполнения ключевого элемента.Преобразователь содержит силовой усилитель мощности 1,и узел управления 2, имеющие общий вывод 3 и раздельные выводы 4,5 для подключения питания. Между раздельными выводамигде включены зарядный резистор 6 и ключевой пороговый элемент 7. Последовательно с зарядным резистором могут быть установлены стабилитроны 8. Общая точка зарядного резистора и ключевого элемента соединена с общим выводом конденсаторами 9 и зарядными диодами 10, включенными поочередно-последовательно. Положительно заряженные обкладки конденсаторов соединены между собой разрядными диодами 11, отрицательно заряженные разрядными диодами 12. Ключевой пороговый элемент выполнен на транзисторе 13, у которого база и коллектор соединены через тиристор 14. Между анодом и управляющим электродом тиристора включен стабилитрон 1 5. Усилитель мощности преобразователя содержит мостовые ячейки 16, у которых диагонали постоянного тока соединены последовательно и подключены к входным выводам, а диагонали переменного тока соединены с первичными обмотками 17 выходного трансформатора 18. Вторичная обмотка 19 через выпрямитель 20 соединена с входом питания узла управления. Каждая мостовая ячейка образована силовыми транзисторами 21, базы которых соединены с вторичными обмотками транс форматора управления 22 и импульсного трансформатора 23. Первичные обмотки трансформаторов 22 всех ячеек соединены с выходом 24, а первичные обмотки трансформаторов 23 с выходом 25 узла управления.Ключевой пороговый элемент 7 может быть выполнен по схеме Фиг.2, 3. По схеме фиг.2 он содержит оптотиристор 26, выходная цепь которого включена между коллектором и базой транзистора 13, а входная церь подключена к выходу ВС-генератора 27, собранного на однопереходном транзисторе (ОПТ) 28, На схеме фиг.З использован триодный тиристор 29, .параллельно которому через стабилитрон 15 включен ВС-генератор 27, .соединенный выходом с управляющим входом тиристора 29.Устройство работает следующим образом. При подаче питающего напряжения на входные выводы 3, 4 конденсаторы начинают заряжаться, В процессе заря да конденсаторы 9 через зарядные ;диоды 10 соединеныпоследовательно и ймеют эквивалентную емкость С равнуюС, щ 1/я Сгде С - емкость одного конденсатора;0 " число конденсаторов.После увеличения напряжения на конденсаторах 9 до порогового напряжения стабилитрона 15 тиристор 14 и транзистор 13 включаются, Приэтом конденсаторы 9 через разрядныедиоды 11, 12 параллельно подключаются к входу питания 3,5 узла управления 2, обеспечивая ему началь ное питание, В процессе разряда эквивалентная емкость конденсаторовС , =и;С.После возбуждения преобразователя питание узла управления 2 осу ществляется через выпрямитель 20 от.обмотки 19 выходного трансформатора18, Для надежного включения ключевого элемента 7 его ток управления должен быть меньше зарядного тока кон денсаторов. При невыполнении этогоусловия в ключевом элементе следуетиспользовать НС-генератор 27, выполненный на основе ОПТ 28 (см.фиг.2,3).Такой генератор срабатывает при маО лом токе потребления (2-3 мА) и вы-.дает при этом мощный выходной импульсдостаточный для включения оптотиристора 26 (см.фиг,2) или триодного тиристора 29 (см.фиг,З),ПеРеключение силовых транзисторов21 осуществляется через трансформаторы 22 прямоугольным управляющимнапряжением с выхода 24 узла управления 2. Для исключения сквозныхтоков через силовые транзисторы набазы нижних 1 транзисторов 21 через трансформаторы 23 подаются короткие запирающие импульсы с выхода 25 узла управления 2, формируемыев конце каждого полупериода управляющего напряженияПри высоковольтном питании запускпреобразователя следует производитьна пониженном напряжении. Величинапускового напряжения должна быть 40 достаточной для перехода преобразователя на самопитание от обмотки 19.Если пуск преобразователя осуществляется при медленном нарастаниипитающего напряжения, уровень пус- ,45 кового напряжения задается стабилитронами 8. Если время нарастания питающего напряжения можно регулироватьи оно соизмеримо с временем заряцаконденсаторов 9, уровень пусковогонапряжения можно задать без стабилитронов 8 путем выбора определенной скорости нарастания питающегонапряжения. Вариант соединения конденсаторов 9 и диодов 10-12, показанный на фиг.2, позволяет уменьшить обратное напряжение надиодах 11,12При заряде конденсаторов величина электрического заряда Оо получаемая ими от сети, равна Я , (1)И - напряжение заряда одного4конденсатора).Розм Редактор О.Колесник ое 5/43ВНИИИ Гопо делам113035, Мо Тираж.ббб, .Цоддарственного комитета СССРизобретений и открытийва, Ж, Раушская наб., д акаэ 8 ал ППП Патент, т.ужгород, ул.Проектная И - напряжение заряда "е" конденсаторов.При разряде конденсаторов величина заряда Йр, , отрабатываемая :ими, равна9Ю . 0 ,М ,Соотношения (1, (2) показывают, чтоконденсаторы получают иэ сети в,э"раз меньший .заряд, чем отдают дляпитания узла управления. Посколькув устройстве-прототипе получаемыйи отдаваемый конденсаторами заряды.одинаковые, то предложенное устройство являЕтся более экономйчнвм,так как в нем ток заряда конденсаторов можно уменьшить. вфла раз путем увеличения сопротивления резистора 6 при неизменном времени заряда н энергии питающего импульса. При этом ввф раз уменьшаются потери мощности в зарядном резисторе б.Использование прадЛагаемого устройства позволяет значительно уменьшить потери мощности и повысить экономичности преобразователя. Достоинством предложенного устрой.ства является снижение в,н" раэнапряжения на конденСаторах послесрабатывания конденсаторов Ьф и напряжения срабатывания ключевого эле мента 7 избежать перегрузки устройства управления пусковым импульсомнапряжения.