Регулируемый конвертор

Союз ьоеетскик Социалистических Республик(23) ПриоритетОпубликовано 30.01.76. БюллетеньГосуаарстеенныи комитет Совета Мнннстрое СССР.05.7 а опубликования описания 2) Лвторы изобретения мольников и Н. Н. Лапте 71) Заявитель осковский ордена Ленина энергетический инстит РУЕМЪ 1 Й КОН ВЕРТ 54) РЕ вестны р ие основ рторных тки выхо инены по ямитель усилптел ан с общ и выход шествую егулируе ную и нес транзист дных тра следовате с цепью ь, управл им опорн ных транс щих ячсе жащ инве обмо соед выпр ный связ мотк пред С целью упрощениверторе предварителв виде включенногоячейки ключа, входфиксирующие диодымотками упомянутых В качестве ук использован тран транзистором яче обеспечивает уме чества обмоток в возможность исп элемента непосре ми вспомогательн мые конверторы, содерсолько вспомогательных орных ячеек, вторичные нсформаторов которых льно и связаны через 5 нагрузки, предваритель яющий вход которого ым элементом через обформаторов основной и Известные конверторы относительно сложны, так как содержат значительное количество элементов. я в предлагаемом конный усилитель выполнен общую цепь управления соторого соединен через с дополнительными об трансформаторов. азанного ключа может быть зистор с противоположным ек типом проводимости, что 25 ньшение необходимого колиыходных трансформаторов и ользования одного опорного дственно для управления всеыми ячейками. 30 На чертеже представлена схема предлагаемого регулируемого конвертора для случая трех вспомогательных ячеек,Конвертор содержит: 1 - источник питания; 2 - задающий генератор; 3 - трансформатор задающего генератора; 4 - основная инверторная ячейка; 5 - 7 - первая, вторая и третья вспомогательные ячейки; 8 - 15 - первичные обмотки трансформаторов ячеек; 16 - 19 - выходные обмотки трансформаторов ячеек; 20 - 25 - дополнительные обмотки трансформаторов ячеек; 26 - опорный элемент;27 - 29 - фиксиру 1 ощие диоды; 30 - 32 - управляющие ключевые элементы (транзисторы) соответственно первой, второй и третьей вспомогательных ячеек; 33 - 38 - возвратные диоды; 39 - выпрямители; 40 - нагрузка; 41 - шунтирующий конденсатор.Для нормального функционирования схемы необходимо, чтобы выходное напряжение основной пнверторной ячейки превышало по абсолютнои величине выходное папря;кение любой вспомогательной инвсрторной ячейки. Предполагая для простоты, что все элементы схемы являются идеальными, рассмотрим ее работу в режиме стабилизации выходного напряжения преобразователя на некотором относительном уровне 1,00 и изменении напряжения питания в диапазоне 0,80 в : 1,20, например, при следующем соотношении коэффициенточ501454 Выходные напряжения вспомогательных инверторных ячеекОтносительная нестабильность выходного напряжения преобразоватеяя О,Выходное напряжение основной инверторной ячейкивторой третьей первой 0,800+2,5- 1,4 трансформации для основной и вспомогательных инверторных ячеек Кв.11. 12, Кз=1: 0,143: 0,071: 0,036 (К - отношение числа витков выходной обмотки трансформатора соотНезависимо от напряжения источника питания 1 подключенный к нему задающий генератор 2 с трансформатором 3 (первичная обмотка 42, вторичные обмотки 43 - 50) вырабатывает симметричные знакопеременные прямоугольные импульсы, используемые для управления как основной 4, так и вспомогательными5 - 7 инверторными ячейками,При минимальном напряжении питания, равном в относительных единицах 0,80, суммарные напряжения опорного элемента 26 и соответствующих дополнительных обмоток 20 - 25таковы, что к диодам 27 - 29 фиксирующихвыпрямителей приложены обратные напряжения, этп диоды закрыты и, следовательно, вбазы угравляющих транзисторов 30 - 32 от об 20моток 43 и 44 задающего генератора и соответственно в базы коммутирующих транзистороввсех вспомогательных инверторных ячеекот обмоток 45 - 50 задающего генератора поступают токи, и выходные напряжения этих 25ячеек изменяются в фазе с выходным напряжением основной ячейки. При этом нн черезодин из возвратных диодов 33 - 38 ток не протекает, и выходное напряжение конвертораравно арифметической сумме выходных напряжений всех ячеек.При напряжении питания равном 0,85 состояния фиксирующих диодов 27, 28 и, соответственно, состояния вспомогательных инверторных ячеек 5, 6 не именяются, в то время как 35через фиксирующий диод 29 протекают попеременно токи, что обусловливает запнраниеуправляющего транзистора 32 и коммутиру 1 ощих транзисторов вспомогательной ячейки ,переходящей из инверторного в выпрямительный режим, в котором через возвратные диоды 37, 38 осугцествлястся рекуперация энергии из внешней цепи в источник питания,встствующей ячейки к числу витков его первичной обмотки)Процесс стабилизации при сделанных допущениях отображается следующей таблицей Для этого случая выходное напряжение данной ячейки изменяется в противофазе по отношению к выходным напряжениям всех остальных ячеек и, следовательно, вычитается из их суммы (см, таблицу). Отсутствие отпирающих токов в цепи баз транзисторов этой ячейки повышает к,п.д. конвертора.При дальнейшем увеличении напряжения питания в зависимости от состояний фиксирующих диодов 27 - 29 каждая из вспомогательных ячеек может давать как положительную, так и отрицательную составляющую выходного напряжения конвертора, причем знак этой составляющей автоматически определяется соотношением между напряжением опорного элемента и суммой напряжений соответствующих измерительных обмоток так, что выходное напряжение конвертора стабилизируется на заданном уровне,Из представленной таблицы следует, что при выбранных коэффициентах трансформации относительная нестабильность выходного напряжения преобразователя для заданного диапазона изменения напряжения питания не превышает -+3,6%, Так как длительности фронтов прямоугольных напряжений на обмотках трансформаторов ячеек отличны от нуля, то для усцранения коммутационных выбросов к включенной через выпрямитель 39 нагрузке 40 преобразователя подключен шунтирующий конденсатор 41 относительно небольшой емкости. За счет отсутствия фильтра и небольшой суммарной мощности вспомогательных ячеек (для рассмотренного примера -20% от всей мощности устройства) схема имеет высокий к.п.д., близкий к к.п.д, нестабилизированного прсобразоватсля.Возможны различные модификации устройства. Так, например, в качестве опорного элемента 26 можно использовать кремниевый стабилитрон с питанием его через вспомогательные резистор и двухполупериодный выпрямитель от дополнительных обмоток трансформатора задающего генератора или трансформатора основной инверторной ячейки. Сам задающий генератор по цепп питания может быть подключен к обмоткам трансформатора основной инверторной ячейки или на выход конвертора, При использовании основной инверторной ячейки, работающей в автогенераторном режиме, необходимость в задающем генераторе отпадает, и управление транзисторами вспомогательных инверторных ячеек может быть осуществлено непосредственно от обмотки т 1 рансформатора основной ячйки.Для надежного обеспечения ключевого режима работы коммутирующих транзисторов целесообразно применение во входных цепях вспомогательных ячеек в качестве управляющего ключевого элемента составных транзисторов, двухоперационных тиристоров, релейных элементов типа триггера Шмитта и т. д.Одно из важных применений предлагаемое усцройство найдет для получения стабилизированного постоянного напряжения при использовании в качестве источника энергии нестабилизированной трехфазной сети переменного тока промышленной частоты, В этом случае, как следует из описанного выше принципа работы, в качестве источника 1 можно использовать трехфазную сеть с включенным на ее выход мостовым выпрямителем без какого-либо дополнительного фильтра.Наличие общих электродов у различныхтранзисторов конвертора упрощает задачу его 5 миниатюризации путем выполнения в интегральном виде схемы управления.Для регулирования выходного напряженияустройства необходимо изменять напряжениена опорном элементе 2 б,10Формула изобретения1. Регулируемый конвертор, содержащийосновную и несколько вспомогательных инвер торных транзисторных ячеек, вторичные обмотки выходных трансформаторов которых соединены последовательно и связаны через выпрямитель с цепью нагрузки, предварительный усилитель, управляющий вход которого 20 связан с общим опорным элементом через обмотки выходных трансформаторов основной и предшествующих ячеек, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью упрощения, предварительный усилитель выполнен в виде включенного в об щую цепь управления ячейки ключа, вход которого соединен через фиксирующие диоды с дополнительными обмотками упомянутых трансформаторов.2. Конвертор по п. 1, отличающийся 30 тем, что в качестве указанного ключа использован транзистор с противоположным транзистором ячеек типом проводимости,Составитель Г, Бейдер Редактор Н. Спиридонова Техред М, Семенов Корректоры: В. Петрова и О. Данишева Заказ 7049 Изд,1091 Тираж 882 11 одписно ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений н открытии 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Типография, ир. Сапунова, 2