Полупроводниковый конвертор

ОП ИСАНИЕИЗОБЕИТИНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалнстическихРеспубликпо делам иаооретеннй и открытий(72) Авторы изобретеиия Н. В, Антоневич, А. Д. Артым и Б, 3. Курчик Ленинградский электротехнический институт связи им, проф. М. А. Бонч-Бруевича(54) ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ КОНВЕРТОР1" " " "Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при преобразовании постоянного тока с одним уровнем напряжения в постоянный ток с другим уровнем напряжения с промежуточным высокочастотным преобразованием, например, в источниках питания радиотехнической аппаратуры, которая предъявляет требование гальванической развязки нагрузки и первичной сети. Известны схемы тиристорных конверто ров со звеном повышенной частоты, например преобразователь постоянного тока в постоянный, содержащий двухобмоточный дроссель, подключенный к источнику питания постоянного тока, и несколью тиристоров, включенных последовательно с дросселем и образующих вместе с ним цепь заряда и разряда конденсатора. Вторичная обмотка дросселя через выпрямительный диод соединена с цепью заряда-разряда и нагрузкой. В результате такого соединения элементов 20 и узлов преобразователя энергия, накопленная дросселем в течение интервала проводимости тиристоров, передается в цепь нагрузки через выпрямительный элемент в течение интервала времени, когда тиристоры заперты 111.Данное преобразовательное устройство обладает тем недостатком, что частота инвертирования в режиме стабилизации напряжения прямо пропорциональна выходной мощности, что приводит к ухудшению динамических характеристик конвертора и появлению значительных акустических шумов при сбросе нагрузки,Наиболее близким к изобретению является конвертор, схема которого содержит последовательный полумостовой инвертор, последовательно с тиристорами которого включена первичная обмотка дросселя (трансформагора), имеющая среднюю точку, соединенную с емкостями, а одна их его вторичных обмоток подключена через неуправляемый вентиль параллельно источнику питания, К другой вторичной обмотке упомянутого трансформатора подключен однополупериодный управляемый выпрямитель с емкостным фильтром. Принцип работы известного устройства заключается в том, что управляемый выпрямитель тока нагрузки обеспечивает стабилизацию выходного напряжения, а избыток запасенной в764059 10 15 20 3дросселе энергии при сбросе нагрузки возвраФа 4 тсй"вйсочйик "пйтания через неуправляемый выпрямитель, Данный конверторможет работать на фиксированной частотеи обеспечивать стабилизацию напряженияна нагрузке при изменении ее сопротивленияот номинального значения до бесконечности 2.При необходимости одновременной ста-.билизациинапряжения на нескольких нагрузках необходимо либо выполнение нескольких подобных конверторов, что связанос увеличением габаритов и массы источника,либо подключение каждой нагрузки черезсвой управляемый выпрямитель, что приво" "дй К увеличению числа тиристоров и зна"чительному усложнению схемы управления.Цель изобретения - расширение функциональных возможностей конвертора путемцентрализованной стабилизации несколькихвыходных напряжений конвертора, работающего на фиксированной частоте, при произвольном изменении нагрузок,Для достижения поставленной цели полупроводниковый конвертор, состоящий из работающего на фиксированной частоте ти рйсторйого инвертора с коммутирующейрезонансной последовательной .С-цепью, отделенной от нагрузки, и накопительным ин" дуКтивным элементом, цепи рекуперации избыточной энергии этото элемента и и полу" " проводниковых однополупериодных выпрямителей с емкостными фильтрами, снабжентиристором, установленным в цепи рекуперации избыточной энергии накопительногоийдуктивного элемента, управление кото рым осуществляет введенный формирователь импульсов, который через дополнительно включенные логический элемент И и пороговые устройства соединен с выходом одно "полупериодных выпрямителей, которые выполняются неуправляемыми. При этом напряжение в цепи рекупера ции при открытых вентилях выпрямителейи запертом тиристоре, установленном в цепи рекуперации, больше, чем напряжение источника питания. Тиристорный инвертор может строиться по любой известной схеме, содержащей коммутирующую резонансную последовательную С-цепь и накопительный индуктивный элемент, например дроссель (трансформатор), . и обеспечивающей на"копление энергии в магнитном поле этогодросселя (трансформатора) на интервалевременй" проводящего состоянйя тиристораййвертора"и"ее передачу в нагрузку на интеВале" непроводящего состояния тиристоров инвертора. Такое построение преобразователя позволяет при сбросе нагрузки либо "прй увеличении напряжения источника питанйя"-возвращать в источник питания избыточную энергию из дросселя (трансформатора).На фиг. 1 изображена схема полупровод" "ййкового конвертора для случая 3-х каналь 4ного выхода; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие принцип ее действия.Конвертор содержит тиристорный инвертор 1 с коммутирующей резонансной последовательной .С-цепью и накопительный дроссель (трансформатор) 2, первичная обмотка 3 которого является составной частью тйристорного инвертора 1, и имеющего три вторичные обмотки 4 - 6 и обмотку 7 рекуперации, которая через тиристор 8 подключена к источнику питания. Управление тиристором 8 осуществляет формирователь 9 импульсов, подключенный к выходу логического элемента 10 И, входы которого через пороговые устройства 11 - 13 соединены с выходами однополупериодных неуправляемых выпрямителей 14 - 16, с емкостными фильтрами, к которым также подключаются нагрузки 17 - 19. Выпрямители подключаются к соответствующим выводам вторичных обмоток 4 - 6 дросселя (трансформатор) 2. Числа витков вторичных обмоток 4 - 6 выбираются пропорциональными соответствующим стабилизируемым напряжениям. При работе устройства в режиме максимальной мощности нагрузок и минимального напряжения источника питания энергия, передаваемая инвертором 1 в дроссель (трансформатор) 2 за один цикл инвертирования, равна энергии, рассеиваемой на нагрузках за тот же интервал времени, т.е. необходимости в рекуперации энергии обратно в источник нет, вследствие чего тиристор 8, установленный в цепи рекуперации, не включается и принцип действия устройства не отличается. от известных преобразователей, использующих тиристорные инверторы, выполненные по той же схеме, что и инвертор 1.При сбросе нагрузки либо при возрастании напряжения источника питания порция энергии; передаваемая инвертором 1 в дроссель (трансформатор) 2 за один цикл инвертирования, оказывается больше, чем энергия, необходимая для поддержания стабильного напряжения на нагрузках за тот же интервал времени. Вследствие этого напряжения на емкостных фильтрах выпрямителей 14 - 16 нарастают быстрее и через некоторый промежуток времени оказываются равными верхним пороговым значениям, определяемым пороговыми устройствами 11 - 13. При превышении этого порогового значения пороговые устройства 11 - 13 вырабатывают командные сигналы, которые поступают на входы логического элемента 10 При наличии на всех входах логического элемента 10 командных сигналов на его выходе появляется сигнал, запускающий формирователь 9 импульсов, который включает тиристор 8. При этом напряжение на виток дросселя (трансформатора) 2 скачкообразно уменьшится и будет определяться только напряжением источника питания и числом витков обмотки 7 рекуперации, вследствие чего вентили выпрямителей 14 - 16 23 30 35 40 4550 И5закроются, а вся избыточная энергия через обмотку 7 рекуперации и тиристор 8 поступит обратно в источник. К началу следующего цикла инвертирования этот процесс заканчивается, вследствие чего все процессы в инверторе 1 происходят с неизменными начальными условиями.В случае неравномерного сброса нагрузок одной относительно другой происходит перераспределение передаваемых в нагрузки энергий в соответствии с изменениями нагрузок. Это происходит в результате того, что вентиль выпрямителя, нагрузка которого меньше уменьшилась, открывается раньше из-за большего спада напряжения на емкостном фильтре. Таким образом, предложенный преобразователь на каждом цикле переключения тнристоров инвертора 1 передает в каждую из нагрузок только такую порцию энергии, которая в этот момент там необходима,На фиг. 2 изображены временные диаграммы, поясняющие принцип действия устройства в режиме сброса нагрузок. На первой изображено напряжение на 1 виток обмотки дросселя (трансформатор) 11, на второй - выходное напряжение одного из выпрямителей, на третьей - ток через вентиль этого же выпрямителя, на четвертой - ток через тиристор 8 в цепи рекуперации и на пятой - напряжение на тиристоре в цепи рекуперации.На интервале времени 1 о - 1 дроссеАь (трансформатор) 2 запасает энергию в магнитном поле, на интервале 1- 1передает ее в нагрузки и емкостные фильтры выпрямителей, при этом напряжение на последних возрастает. В момент 1 г включается тиристор 8 в цепи рекуперации и дроссель (трансформатор) возвращает избыточную энергию обратно в источник. В момент 1 з включается тиристор инвертора 1 и весь процесс повторяется.Предлагаемый конвертор позволяет централизованно стабилизировать ряд выходных напряжений при фиксированной частоте инвертирования. При этом максимальные значения напряжений на тиристорах инвертора 1 так же, как и скорость нарастания прямого тока в , в " и прямого напряжения ф 4 ЦсЛ- на этих тиристорах не зависят от то)ка нагрузки. Фиксирование частоты инвертирования приводят к уменьшению спектра излучаемых конвертором частот, т.е. позволяет упростить устройства подавления помех, создаваемых конвертором, а также уменьшает акустические шумы, так как частота инвертирования выбирается максимально возможной для данного типа инвертора 1.Выполнение выпрямителей неуправляемыми позволяет повысить КПД устройства при низковольтном, т. е. сильноточном, выходе конвертора, за счет разности уровней токов, протекающих в нагрузочной и рекуперационной обмотках, и разности падений напряжений на управляемом и неуправляемом диодах. При высоковольтном выходе выполнение выпрямителей неуправляемыми позволяет избежать установки большого количества тиристоров последовательно и, как следствие того, большой сложности схемы управления этими тиристорами,Формула изобретенияПолупроводниковый конвертор, состоящий из работающего на фиксированной частоте тиристорного инвертора с коммутирующей резонансной последовательной1.С-цепью, отделенной от нагрузки, и накопительным индуктивным элементом, цепирекуперации избыточной энергии этого элемента и и полупроводниковых однополупериодных выпрямителей с емкостнымифильтрами, отличающийся тем, что, с цельюрасширения функциональных возможностейпутем централизованной стабилизации выходных напряжений при произвольном изменении нагрузок, он снабжен тиристором,включенным в цепь рекуперации избыточнойзз энергии индуктивного элемента, причем цепьуправления тиристора подключена к введенному формирователю импульсов, который через дополнительно введенные логический элемент И и пороговые элементы соединен с выходами однополупериодных выпрямителей, выполненных неуправляемыми.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент Японии50 в 398, серия4. 1975.4 2. Авторское свидетельство СССР по заявке191054/07, 28.04.73.764059 Составитель Г. Мыцыкехред К. Шуфрич Корректор Л. Ив ираж 783 Подписное фактор С. Лыжоказ 6608/18 арственного изобретений Ж - 35, Рау т, г. Ужго ВНИИПИ Госу по делам 13035, Москва,илиал ППП Пате