Регулируемый преобразователь напряжения

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕВЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик 1 в 955522(22) Заявлено 0501,78 (21) 2567217/24-07с присоединением заявки Мо(1 М КлН 03 М 3/10 Н 02 М 5/22 Н 02 М 7/12 Н 02 М 9/00 Государственный иомитет СССР по делам изобретений и открытий(541 РЕГУЛИРУЕМЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ 10 15 20 ЗО Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и предназначено для преобразования напряжения источника питания, имеющего отпайки, например, аккумуляторной батареи, батареи топливных элементов и т.п,По основному авт.св. 9 892610 известен преобразователь "1, который содержит дополнительные преобразовательные ячейки, подключеннные параллельно источнику питания и нагрузке,.причем вторичные обмотки силовых трансформаторов образуют суммирующую цепь, присоединенную через пары прерывателей к отпайкам первичного источника питания и включенную последовательно с нагрузкой. Отношения напряжений подуровней первичного источника питания выбраны в соответствии с рядом арифметической прогрессии, например 1,2,3, (а),тп (1 )где 1 п - число отпаек источника питания (число подуровней),Общее число уровней при условии1) и равномерном шаге кванто вания определяется в известномпреобразователе по формуле, тс ,1(3)где дс- число уровней напряжений навыходных зажимах суммирующейцепи, получаемых путем вводаи вывода напряжений обмотоксуммирующей цепи при всехвозможных сочетаниях.их согласного и встречного включений между собой и при всехвозможных сочетаниях одновре.менно вводимых обмоток наразличные уровни,и - общее число дополнительныхуровней напряжений,Я - общее число подуровней в пределах каждого дополнительного уровня напряжения,с 1 - число, характеризующее воэможность одновременного ввода в выходную цепь дополнительных уровней и подуровнейнапряжений согласно и (или)встречно между собой в любыхвозможных сочетаниях и принимающее значения 0,1,2, 9555222 - число, характеризующее возможность ввода в выходнуюцепь дополнительных уровнейнапряжения при выведенномосновном уровне напряжения и принимающее значениячисло, характеризующее воз"можность ввода в выходнуюцепь дополнительных, уровнейнапряжений встречно илисогласно, либо встречно исогласно с каждым из щ под"уровней основного уровнянапряжений и принимающеезначения 0,1,2,Число Е характеризует возможностьвывода иэ выходной цепи одного илинескольких любых дополнительных уровней напряжений питания при любых воэОможйыхсочетаниях одновременно выводимых уровней напряжений и принимаетзначения 0,1.Однако в известном преобразовате"ле при ограниченном числе обмоток суммирующей цепи, точность получения выходного напряжения ограничена числомсостояний преобразовательной ячейки:Это объясняется тем, что число устойчивых состояний ячейки задано толькопараметрами самой ячейкиа именно па-З 0раметрами Й,Б,Х. При этом Б определяется числом отпаек на обмотках вы-.ходных трансформаторов преобразовательных ячеек. Таким образом, числоподуровней ячейки равно числу отпаек 35на обмотках трансформатора, которыедля. реализации соответствующего подуровня снабжаются управляемыми ключами. Шаг квантования связан с общимчислом уровней соотношением 40Ов,хЯЧгде Б ц - верхний предел выходногонапряжения. 45Кроме того, увеличена масса силовых трансформаторов.Цель изобретения - повышение точности получения заданной величины иформы выходного напряжения при ограниченном числе преобразовательных ячеек, а также уменьшение массы.Поставленная цель достигается тем,что преобразователь, содержащий преобразовательные ячейки и суммирующуюцепь, связанную через переключатели 55с отпайками первичного источника пита"ния, снабжен дополнительными парамиключей, которые соединяют обмотку каждого силового трансформатора с отпайками первичного источника питания,69На чертеже дана схема преобразователя напряжения,Преобразователь содержит суммирующую цепь 1 с последовательно соедиНенными обмотками 2 и 3 силовых транс 65 форматоров 4 и 5, связанных с вспомогательными преобразовательными ячейками 6 и 7, которые присоединены параллельно источнику питаний. Об мотки 2 и 3, образующие суммирующую цепь, присоединены к отпайкам источ. ника питания с помощью ключей 8 и 9, 10 и 11, 12 и 13, 14 и 15. Преобразовательные ячейки 6 и 7 выполнены на основных 16 и 17 и дополнительных 18 и 19, 20 и 21 ключах, которые присоединены к обмоткам 22 и 23 трансформаторов 4 и 5 и к отпайкам источника питания. Ключ 24 предназначен для шунтирования обмоток 22 и 23.Возможность (К=1) вывода из суммирующей цепи одной или нескольких любых обмоток при любых возможных сочетаниях одновременно выводимых обмоток осуществляется периодическим отпиранием ключа 24 при запертых остальных ключах 16-24.Возможность (Й=1) согласного или встречного включения обмоток суммирующей цепи при различных числах одновременно вводимых обмоток обеспечивается одновремейным переводом вводимых обмоток только в режим ввода или только в режим отдачи энергии.Воэможность (Й=2) согласного или встречного включения обмоток суммирующей цепив различных сочетаниях при различных числах одновременно вводимых обмоток осуществляется переводом некоторых из них в режим отдачи энергии, а других - в режим приема энергии при любых возможных сочетаниях.Ввод и вывод энергии из суммирующей цепи осуществляют при периодическом переключении одной из пар ключей 8-9,10-11, 12-13, 14-15 и выключенных остальных.Так, при периодическом переключении ключей 8-9 ключи 10-15 выключены ввод энергии в суммирующую цепь производят по циклу (8-20)- 9-21) на первой ступени первичного источника питания, по циклу (8-18) в (9-19) - на второй ступени и по циклу (8-16) -(9-17) - на . третьей ступени. Отдача энергии иэ суммирующейцепи производится по циклу (8-21) в (9- 20) аа первой ступени, (8-19)-(9-18) - на второй ступени и по циклу (8-17) в (9-16)- на третьей ступени.Возможность 1=1 ввода выходного напряжения суммирующей цепи в цепь нагрузки при выведенном напряжении источника питания осуществляется ключами 14-15. Ввод выходного напряжения суммирующей цепи в выходную цепь осуществляется при периодической. работе одной из пар ключей 8-19, 10-11, 12-13 привыключенных остальных ключах и выключенной паре ключей 14-15.Число р принимается равным единице, если напряжения суммирующей цепи вводятся только встречно или только согласно с напряжением первичного,источника. Если же напряжения суммирующей цепи вводятся согласно и встречно с напряжением питания, то р=2.При наличии дополнительных пар ключей общее число уровней выходного напряжения увеличивается и определяется по формуле 10(6) 20 При т=1 в известном преобразователе можно получить п) ЫБ 1) -1 25 а в предлагаемомЯп 5 -127уровней выходного напряжения, при этом если шаг квантования равномерен во всем диапазоне и равен 1, то общее число уровней квантования равно и,:ЕСа( В-)1 Уагде з - число отпаек на обмоткахтрансформатора преобразовательной ячейки, которое связано с числом подуровней Бячейки соотношением 30 40 Я = П+5 - 1 (10)Из анализа соотношений (1-10) можно сделать вывод, что комбинированием вводимых и выводимых уровней и подуровней напряжений, получаемых с помощью управляемых ключей из напряжений основного источника напряжения и преобразовательных ячеек, имеющих различные отпайки, можно получить существенно большее число подуровней в пределах каждой ячейки. Поочередное подключение преобразовательных ячеек к отпайкам первичного источника эквивалентно введению ступеней силовых трансформаторов, т.е. увеличение числа ступеней первичного источника питания так же, как и увеличение числа ступеней трансформаторов, приводит к увеличению числа подуровней. Если число ячеек большое, б 0 то упрощается конструкция преобразователя при наличии источника питания с отпайками. При заданном числе ячеек увеличивается число реализуемых уровней выходного напряжения, Возмож- б 5 ны различные варианты исполнения преобразователя.Возможно равномерное увеличение шага квантования выходного напряжения от интервала к интервалу с максимальным числом уровней, малый шаг квантования при низких выходных напряжениях с увеличением шага квантования по мере увеличения выходного напряжения, что достигается подключением ко всем отпайкам выходного напряжения не только первой ступени. трансформатора, но и последующих.Возможно равномерное квантование выходного напряжения во всем диапазоне, что достигается подключением только первой ступени обмотки трансформатора к отпайкам первичного источника питания, а все последующие ступени подключают к одной из отпаек (наприлер, к отпайке с максимальным уровнем при низких напряжениях), Можно огранчться одной ступеньюпри зтом напряжение на обмотках трансфорМаторов при э=1 выбирают в соответствии с рядом геометрической прогрессиии-Ц;= Ц, з, (с 1 в+1)Наприлер, при 1=1, п=3 р=2 э=1, т=1, Й=2 общее число уровней выходного напряжения, вычисленных по Формулам (5-9),в известном устройстве равно 31,а в предлагаемом 171, т.е. увеличилось в 5,5 раз. Другими словами, шаг квантования в предлагаемом устройстве уменьшается в 5,5 раз, по сравнению с известным, а точность получения выходного напряжения увеличивается без введения дополнительных преобразовательных ячеек. При этом масса силовх трансФорматоров, а также масса вспомогательных преобразовательных ячеек снижается в значительной степени, и практически вся сосредоточена в первом силовом трансформаторе (в первой преобразовательной ячейке), чтос в свою очередь позволяет уменьшить массу преобразователя, В приведенном выше примере отношения масс трансформаторов 4 и 5 (Фиг.2) равны 1 и 7 (в известном 1 и 3) при условии постоянства токов нагрузки.Можно не только повысить точность получения выходного напряжения, но в ряде практических случаев уменьшить число преобразовательных ячеек до двух. При заданном числе уровней выходного напряжения число преобразовательных ячеек в предлагаемом преобразователе определяется по формулеРп(ап 5 1Число же преобразовательных ячеек в известном устройстве при том же955522 Формула изобретения СоставителЬ Г.Мыцыкедактор А.Огар Техред М. Гергель Корректор Ю.Макаренк 75/77ВНИИПИпо113035 ираж 959Государственного ком елам изобретений и о Москва, Ж, Раушс одписноетета СССРкрытийая наб д. 4 а ПП "Патент", г. Ужгород, УЛ. Проектная, 4 илиал числе уровней выходного напряжения и других равных условиях сравнения. определяется изЬ 1+ (12)иФОьЦз 1Например, при в 4 число преобразовательных ячеек может быть уменьшено вдвое. Таким образом, в предлагаемом преобразователе повыШается точность получения выходного напряжения при ограниченном числе преобразовательных ячеек, уменьшается число ячеек и суммарная масса трансформаторов, кроме того, расширяются функциональные возможности. Регулируемый преобразователь на-.пряжения по авт.св. 9 892 б 10; о т -л и ч а ю щ и й с я тем, что, с це,лью повышения точности получения заспанной величины и формы выходногонапряжения и уменьшения массы, дополнительные входные силовые выводы,предназначенные для подключения их10 к отпайкам первичного источника питания, через дополнительно введенныеуправляемые ключи соединены с концами первичной обмотки каждого силового трансформатора.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Авторское свидетельство СССР9 892610, кл. Н 02 М 3/10, 19,12,77,