Стабилизированный преобразователь напряжения постоянного тока

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ и 1,767741 Союз СоеетскнкСоциалнстическикРеспублик(22) Заявлено 11.12,78 (21) 2693393/24-07с присоединением заявки Ме(5)М, Кл. 6 Об Р 1/64Н 02 М 3/335 1 Ъоударстаеииык комитет СССР во дедам изобретений и открытий(54) СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА 1Изобретение относится к области электро техники и может быть использовано в качестве источника электропитания потребителей постоянного тока,Известны преобразователи напряжения постоянного тока 111, 121 и 3.5 Наиболее близким к предложенному является стабилизированный преобразователь напряжения постоянного тока, содержащий силовую, часть, выполненную на тиристорах, аноды которых через дроссель соединены сфположительной входной клеммой, а катоды ттодключе ны к коммутирующему конденсатору, анодом обратных диодов и к крайним выводам первичной обмотки силового трансформатора, имеющей среднюю точку, соединенную с отрицательной входной клеммой, выпрямитель, вхоД которого подключен к выводам вторичной обмотки силового трансформатора, сглаживаю.20 щий фильтр, выход которого подключен к выходным клеммам, задающий генератор, первый ; выход которого соединен с управляющими : электродами тиристоров, и широтно-импульс 2ный модулятор, первый вход которого подключен к выходным клеммам,Недостатком этого преобразователя является резкое снижение КПД при уменьшении нагрузки. Этот недостаток обусловлен тем, что нагрузочная способность такого преобразователя определяется величиной коммутирутощей емкости, поэтому при уменьшении нагрузки величина коммутирующей емкости становится избыточной н энергия, запасенная в коммутирующем конденсаторе, возвращается в источник братания через обратные диоды.Цель изобретения - повышение нагрузочной июсобности и КПД.Поставленная цель достигается тем, что в известном стабилизированном преобразователе постоянного напряжения катоды обратных диодов соединены с положительной входной клеммой через ключевой транзистор, база которого через фазоинвертор подключена к вы. ходу широтно-импульсного модулятора, второй вход которого соединен со вторым выходом задающего генератора, регулирующий элемент включен между выходом выпрямителя и входом67741 3.7сглаживающего фильтра, а управляющий входрегулирующего элемента соединен с выходомширотно-импульсного модулятора,Такое построение преобразователя позволя.ет повысить нагрузочную способность приумейыцании емкости коммутирующего кон 4 енсатора и повысить КПД.На фиг. 1 приведена принципиальная схема.предлагаемого преобразователя постоянногонапряжения; на фиг. 2 а, б - графики, пояс.няющие принцип работы; на фиг, 3 - экспе.риментальио полученные значения КПД предла.гаемого (1) и известного (2) преобразователей(а - при минимальном и б - максимальномзначении входного напряжения источника питащя и соответственно максимальной и минимальной нагрузке.Стабилизированный преобразователь постоянного напряжения содержит силовую часть,вы 1 толненную на тиристорах 1 и 2, аноды этихтиристоров через дроссель 3 подключены киоложительной входной клемме 4, Катодытйристордв 1 и 2 подключены к обкладкамкоммутирующего коденсатора 5 и соответственно к анодам обратных диодов 6, 7, Первичнаяобмотка трансформатора 8 подключена к катодам тиристоров 1 и 2, а ее средняя точкасоединена с отрицательной входной клеммой 9.Катоды диодов 6 и 7 соединены через клюевой транзистор 10 с положительной вход.ной клеммой 4. Ко вторичной обмотке трансформатора 8 подключены последовательно соединенные выпрямитель 11, регулирующий элемент 12, сглаживающий фильтр 13, выходкоторого подключен к выходным клеммам.Задающий генератор 14 соединен первым выхо.дом с управляющими электродами тиристоров1 и 2 и вторым выходом со вторым входомширотно-импульсного модулятора 15. Выходмодулятора 15 подключен к управляющемувходу регулирующего элемента 12 и входуфаэоинвертора 16, Выход фазоинвертора 16подключен к базе ключевого транзистора1).Преобразователь работает следующим обра"-"-эбм,:С задающего генератора 14 на-прзвлмюциеэлектроды тиристоров 1 и 2 поступают поочередно импульсы Е 14 (фиг. 2). Такие же им.-"пульсы поступают на второй вход широтно.импульсного модулятора 15, формируя на еговходе имулусы управления Е,т регулирую.щим элементом 12. Импульсы с широтно-им.пульсного модулятора 15 поступают на входфазоинвертора 16, на выходе которого образуются импульсы управления Е 1 О ключевымтранзистором 10, Таким образом открытоесостояние ключевого транзистора 10 соответ.Ствует закрытому состоянию регулирующего 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 элемента 12 (фиг, 2, Е 1 О, Е 1 э). Стабилизациявыходного напряжения осуществляется путемизменения дпнтельностн импульсов на выходеширотно-импульсного модулятора, котораяуменьшается с увеличением напряжения источ.ника питания и с уменьшением тока нагрузки(фиг. 2 а,б), Одновременно, с увеличениемоткрытого состояния регулирующего элемента12 уменьшается длительность открытого состояния ключевого транзистора 10.При минимальном значении входного напряжения н максимальной нагрузке ключевойтранзистор.10 ыаходится в закрытом состояниив течение всего полупериода работы преобразо.вателя и силовая часть преобразователя имеетэнергетические характеристики инверторовбез обратных диодов, т, е. вся избыточнаяэнергия коммутирующего конденсатора поступает в нагрузку, При уменьшении нагрузкидо холостого хода ключевой транзистор 10находится в открытом состоянии и течениебольшей части полупериода работы преобразователя и силовая часть преобразователя видоиз.меняется а инвертор с обратными диодами,Таким образомна время отключения нагрузки происходит включение обратных диодовключевым тиристором 10, а форма напряжениявторичной обмотки трансформатора 8 плавновидоизменяется от формы напряжения кивер.тора без обратных диодов к форме напряже.ния инвертора с обратными диодами (Еафиг, 2 аб),Коммутация тиристоров 1 и 2 происходитв моменты времени, когда нагрузка отключенарегулирующим элементом 12, т. е. величинакоммутирующей емкости определяется тольковременем выключения тиристоров и практически не завйсит от нагрузки, Поэтому нагрузоч.ная способность предложенного преобразователя гораздо выше, чем известного при той жевеличине емкости коммутирующего конденсатора,Уменьшение емкости коммутирующего конденсатора и отключение обратных диодов навремя включения нагрузки обеспечивает уменьшение реактйвного тока, потребляемого от источника питания и, следовательно, повышаетКПД.Экспериментально, установлено, что по сравнению с аналогами КПД преобразователя увели.чивается" на 10.20% с уменьшением нагрузки,а нагрузочная способность преобразователя,увеличивается в два раза при той же величинеемкости коммутирующего конденсатора. Формула изобретения Стабилизированный преобразователь напряжения постоянного тока, содержащий силовую5 767741 6часть, выполненную на тиристорах, аноды кото- входной клеммой через ключевой транзистор,рых через дроссель соединены, с положительной база которого через фазоинвертор подключенавходной клеммой, а катоды подключены к к выходу широтно-импульсного модулятора,комм ру щему конденсатор, анодам обрат. Второй Вход которого соединен со вторым выных диодов и к крайним выводам первичнойходом задающего генератора, регулирующийобмотки силового трансформатора, имеющей элемент включен между выходом выпрямителясреднюю точку, соединенную с отрицательной и входом сглаживающего фильтра, а управляю.входной клеммой, выпрямитель, вход которо.,щнй вход регулирующего элемента соединен сго подключен к выводам вторичной обмотки выходом широтно-импульсного модулятора,алового трансформатора, сглаживающийОфильтр, выход которого подключен к выход. Источники информации-т-гффациинам клеммам, задающий генератор, первый принятые во внимание при экспертизевыход которого соединен с управляющими 1. Берфорд Б. и др. Теория автономныхэлектродами тиристоров, и широтно. импульс- инверторов. М., Энергия", 1960, с. 117-419.ный модулятор, первый вход которого под-, ч 2, Чнженко И. М. и др. Основы нреобраэова.ключен к выходным клеммам, о т л и ч а - тельной техники, М., "Высшая школа", 1974,ю щ и й с я тем, что, с целью повьпиения с 222-227.КПД и нагрузочной способности, катоды об. 3. Авторское свидетельство СССР Иф 24304,ратных диодов соеднены с положительной кл, Н 02 М 3/315, 1966,