Преобразователь напряжения

)5 Н 02 РЕТЕН САНИ ЕТЕЛЬСТВУ ВТОРСКОМУ 2 ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в источниках вторичного электропитания. Целью изобретения является улучшение массогабаритных характеристик и динамических свойств в широком диапазоне изменения пстоянного тока на выходе путем обеспечения работы в режиме непрерывных токов. Преобразователь содержит многообмоточные дроссели 1.1 - 1.й, силовой коммутатор 2, конденсаторы 3.1 - З.М, при этом одноименные обмотки дросселей соединены последовательно и согласно, При работе преобразователя ток нагрузки является током подмагничивания последовательно соединенных дросселей 1.1-1,Й, выполненных таким образом, что ток намагничивания, при котором наступает насыщение магнитопровода каждого последующего дросселя, меньше предыдущего. Это позволяет при снижении тока нагрузки увеличивать суммарную индуктивность дросселей, что обеспечивает работу преобразователя в режиме непрерывных токов, 1 ил.Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в источниках вторичного электропитания.Цель изобретения - улучшение массогабаритных характеристик и динамических свойств устройства в широком диапазоне изменения постоянного тока на выходе путем обеспечения работы устройства в режиме непрерывных токов.На чертеже представлена обобщенная схема преобразователя напряжения.Устройство содержит многообмоточные дроссели 1.1-1. ч, силовой коммутатор 2, конденсаторы 3,1 - З.М, одноименные обмотки дросселей соединены последовательно и согласно. Источник питания подключается к выводам 4.1 и 4.2, промежуточные выводы 5.1-5,К используются при необходимости в схеме преобразователя, выводы 6,1 и 6.2 являются выходными и используются для подключения нагрузки 7,Устройство работает следующим образом,Индуктивность первого дросселя 1.1 выбрана таким образом, что при максимальном токе нагрузки и в некотором диапазоне около этого значения его магнитный поток непрерывен. При этом магнитопровод первого дросселя ненасыщен, а магнитопроводы остальных дросселей насыщены. Поэтому индуктивность намагничивания определяется магнитным элементом 1.1.При уменьшении тока нагрузки происходит уменьшение тока подмагничивания. При определенном значении тока подмагничивания магнитопровод дросселя 1.2 выходит из насыщения. Таким образом, магнитопроводы дросселей 1.1 и 1.2 оказываются ненасыщенными, а остальных дросселей - насыщенными. При этом идуктивность намагничивания определяется суммой индуктивностей намагничивания дросселей 1.1 и 1.2, т.е. происходит ее возрастание, Это позволяет обеспечить режим непрерывного тока намагничивания при меньшем токе нагрузки за счет автоматического возрастания индуктивности. При дальнейшем уменьшении тока нагрузки происходит также уменьшение тока намагничивания и выход из насыщения магнитопровода следующего дросселя и его индуктивность намагничивания добавляется к индуктивности намагничивания уже вышедших иэ насыщения магнитопроводов. Так как каждый следующий дроссель работает при меньшем токе подмагничивания, то появляется воэможность значительного увеличения его индуктивности намагничивания. Таким образом суммарная индуктивность намагничивания оказывается при 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 большом числе дросселей обратно пропорциональной току намагничивания, т.е. токунагрузки, что позволяет иметь для каждогозначения тока нагрузки минимально необходимую величину индуктивности для обеспечения непрерывности тока, а следовательно,улучшить динамические свойства преобразователя.Допустим, преобразователь напряжения содержит два дросселя.При использовании в известных устройствах одного дросселя максимальную индукцию в его магнитопроводе выбираютнесколько меньшей, чем индукция насыщения Вз, исходя иэ обеспечения безопаснойработы силового коммутатора, так как придостижении Вз ток через обмотки дросселяначинает быстро возрастать, При использовании предлагаемого устройства максимальную индукцию первого дросселя выбирают изтех же соображений. Однако для дополнительных дросселей можно принять максимальнуюиндукцию в магнитопроводе равной Вз.Допустим, что объем магнитопроводадросселя связан с током нагрузки следующим соотношением:Ч = Ан.макс, (1)где А - некоторая постоянная;- индуктивность дросселя;н,макс максимальный ток нагрузки;что все элементы преобразователя напряжения идеальны;что пульсации напряжения на конденсаторах и тока намагничивания малы;что критическая индуктивность дляобеспечения режима непрерывного тока обратно пропорциональна току нагрузки и определяется для аждой конкретной схемыпреобразователя,Минимальный ток нагрузки н,мин, прикотором наступает режим прерывистого тока исходя из заданного суммарного объемамагнитопроводов Ч обоих дросселей, сучетом того, что магнитопровод второгодросселя выходит из насыщения при токенагрузки н,мин,н, минн,минн,макс. (2)Индуктивность первого магнитного элемента.1 =кр н.макс/н.мино (3)гдекр - критическая индуктивность дляобеспечения режима непрерывного токапри максимальном токе нагрузки н.макс, таккак он должен обеспечить режим непрерывного тока при токе нагрузки от нмин доон.максИсходя иэ (1) и с учетом (3) для объемамагнитопровода первого дросселя можнозаписать(4) При этом критический объем 5(7)1 нминоВыразим индуктивность второго дросселя через объем его магнитопровода с уче том того, что он работает при меньшем токе намагничивания и с большей максимальной индукцией, чем первый дроссель.г.1 ЧЫЧ РО, (8) где О - величина, равная квадрату отноше ния максимальной индукции второго дросселя к максимальной индукции первого дросселя.Определим минимальный ток нагрузки в предложенном устройстве, при котором 25 наступает режим прерывистого тока1 н,мин 1 нмино 1/1 1+1 2. (9)Объем магнитопровода второго дроссеЧг- ЧХ -Ч 1 (10)Подставляя в (9) выражения (3) и (8), а затем (10), (6) и (7), получаютЧ "р- ЧкрР 1 мин 1 ас /РИЕГО- д -- ), (11)крВеличина Р может быть переменной, так как н.мин,не определен,реобразуем (11) нмвкснмин = Р 40ЧР); (13(14) всегда отри (12) имеет макси иравняв (13). к ну ают оптимальное ательно, м, котою. Таким начение уйЧ +1 ЛО.яя (15) в (11) и прео( нмвкс)а1 нминВыражениеследовательно,рый находят,пробразом получпеременнойРоптЧПодставлполучают к виду Ч Р-ЧкрР Чкр экстремум выражения инимальный ток нагрузки при переходе от непрерывного тока к прерывистому определяется как нцин ( 1 н макс Чкр)/Ч(17) Определим из (16), (17) и (15) отношение минимального тока устройства с одним дросселем к минимальному току предложенного устройства,4 П 7Проведем конкретный численный расчет по формуле (18). Пусть имеется в распоряжении общий объем магнитопроводов Н;р = 10 Чкр. Допустим, что О - 1 (т,е. не используется возможность увеличения допустимой индукции во втором дросселе). Тогда имеем 1 нм (10 р 1 Ч 12 У1 г 1 нмин 4 Чкр Г 1 кр 40 Ч(19)Отсюда видно, что минимальный ток нагрузки, до которого в предпоженном устройстве обеспечивается режим непрерывного тока, примерно в 3 раза меньше, чем в устройстве с одним дросселем.Решим обратную задачу, т.е. определим для заданного перепада тока нагрузки объем магнитопровода в устройстве с одним дросселем и суммарный объем в предложенномм устройственмакс Пусть1 нмин тогда иэ (17) имеемЧ = 10 Чкр, (20)С другой стороны, для предложенного устройства из (16) с учетом О - 1 имеемЕопт =410 = 3,16, (21) Используя (15), находим объем магнитопровода в предложенном устройстве Ч Х = (аоот)2 Чкр=2 ЧкрРоптйlкр/О =5,3 Ч(22)Сравнивая (20) и (22), получают, что общий объем магнитопроводов в изобретении меньше, чем в устройстве с одним дросселем примерно в 2 раза при одинаковом (десятикратном) диапазоне изменения тока нагрузки. Отсюда можно сделать вывод об улучшении массогабаритных показателей преобразователя а целом,При использовании нескольких дросселей, соединенных последовательно, и с разными токами насыщения возможно получение большего выигрыша, но это может быть технологически нецелесообразно. Величина тока, при котором наступает на1628167 массогэбаритных характеристик и динамических свойств устройства в широком диапазоне изменения постоянного тока на выходе путем обеспечения работы устрой ства в режиме непрерывных токов, одноименные обмотки всех дросселей соединены последовательно и согласно, причем дроссели выполнены таким образом, что ток намагничивания, при котором 10 наступает насыщение магнитопровода каждого последующего дросселя, меньше, /т чем предыдущего, а при максимальном токе нагрузки магнитопровод первого дросселя не насыщен.15 сыщение магнитопровода, может устанавливаться величиной немэгнитного зазора в магнитопроваде и/или числом витков обмоток, при этом коэффициенты трансформации одноименных обмоток разных дросселей, включенных последовательно, должны быть одинаковы для всех дросселей,формула изобретения Преобразователь напряжения, содер жащий магнитный элемент, выполненный в виде по крайней мере одного многообмоточного дросселя с соответствующими кондей саторами, и силовой коммутатор, о т л и ч ею щ и й с я тем, что, с целью улучшения Составитель И,8 ойтовичТехред М.Моргентал Корректор Л.Бескид Редактор Л.Пчолинская Производственно-издэтельский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 Заказ 347 Тираж 380 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5