Преобразователь напряжения со звеном повышенной частоты

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК в 13 фГГ 0 1,ьство ССС 13/14, 19 Авторское свидУ 754635, кл. Н 0 ц ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ИСАНИЕ ИЗОБ ТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Научно-исследовательский институт автоматики и электромеханики приТомском институте автоматизированныхсистем управления и радиоэлектроники(56) Авторское свидетельство СССРУ 811443, кл. Н 02 М 3/335, 1981.Кобзев А.В, Многозонная импульснамодуляция. - Новосибирск,: Наука,1979. 02 М 5/2//Н 02 М 7/48(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ СО ЗВЕНОМ ПОВЫШЕННОЙ ЧАСТОТЫ (57) Изобретение относится к преобразовательной технике, Цель изобретения - повышение качества выходного напряжения за счет уменьшения параэитных индуктивностей, а также расширение области использования по динамическому и мощностному диапазонам. Преобразователь содержит ячейку 1 с первичными обмотками 3-5 трансформаторов 6-8. Секции вторичных обмоток 9-11 включены между собой параллельно и через демодулятор 12 подсоединены к нагрузке 13. Такая компоновка трансс форматоров значительно снижает общую щ индуктивность рассеяния, которая затягивает коммутацию демодулятора. 1 з,п, ф-лы, 4 ил.Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразователям и регуляторам с промежуточным звеном повышенной частоты, и может найти применение при регулировании напряжения в широком диапазоне с сохранением высоких энергетических и ка чественных показателей.Цель изобретения - повышение качества выходного напряжения за счет уменьшения паразитных индуктивностей, а также расширение области использования по динамическому и мощностному диапазонам.На фиг. 1 приведена структурная схема одноячейкового устройства; на фиг. 2 - то же, многоячейкового устройства; на фиг. 3 - диаграммы работы одноячейкового устройства; на фиг. 4 - то же, многоячейкового устройства.Преобразователь напряжения со звеном повышенной частоты (фиг. 1) содержит преобразовательную ячейку 1, выполненную по одной из инверторных схем, например мостовой, и нагруженную на трансформаторньй узел 2, выполненньй в виде М последовательно соединенных первичными обмотками 3-5 трансформаторов 6-8, секциями вторичных обмоток 9-11, включенными между собой параллельно, и через демодулятор 12 подсоединенных к нагрузке 3, а также блок 14 управления.Преобразователь напряжения со звеном повышенной частоты (фиг, 2) содержит и преобразовательных ячеек 15- 17, каждая из которых нагружена на свой трансформаторный узел 18-20, причем одноименные секции вторичных обмоток 21-29 всех и трансформаторных узлов соединены в последовательные цепи, которые в свою очередь включены между собой параллельно.Блок 30 управления преобразовательными ячейками 15-17 и демодулятором 31 состоит из задающего генератора 32 и и модуляторов 33-35 длительности импульсов с последовательно нарастающими уровнями сравнения, выходы которых соединены с управляющими входами преобразовательных ячеек 15- 17, Выход задающего генератора 32 соединен с управляющим входом демодулятора 31 и с входами синхронизации модуляторов 33-35 длительности, вторые входы которых объединены и образуют вход 36 управления.5 10 15 20 Кроме того, позициями (фиг. 3) обозначены: 37 - напряжение на выходепреобразовательной ячейки 1, 38 - напряжение на ие 1 вичной обмотке одногоиз трансформаторов 6 (7, 8) трансформаторного узла 2; 39 - напряжениена выходе демодулятора 12.Также обозначены (фиг. 4) позициями: 40 - импульсное напряжение навыходе задающего генератора 32; 41управляющее напряжение, 42 - уровнисравнения модуляторов 33-35 длительности, 43 - пилообразное напряжение,44-46 - напряжение на вторичных обмотках трансформаторных узлов 18-20,47 - напряжение на выходе демодулятора 31.Преобразователь напряжения со звеном повышенной частоты работает следующим образом,Постоянное напряжение У - впреобразовательной ячейке 1 преобразуется в напряжение повышенной час 3035 404550 тоты 37 (фиг. 3) с нулевыми паузами С , необходимыми для исключения к,офсквозных токов в стойках ячейки. Управление ключами обеспечивается блоком 14 управления. Переменное напряжение 37 прикладывается к первичным обмоткам 3-5 трансформаторов 6-8 трансформаторного узла 2 и делится между ними равномерно, т.е. к первичной обмотке каждого из трансформаторов 6-8прикладывается напряжение 38 меньше в И раз. Это напряжение трансформируется во вторичные обмотки 9-11 и че. рез демодулятор 12 поступает на нагрузку 13 Б , Работа демодулятора синхронизируется блоком управления.Из условия равенства магнитных потоков, например, нагруженного трансформатора 6 можно записать ,И =3 1 9 Это справедливо и для всех другихтрансформаторов последовательной цепи. Ток нагрузки автоматически равномерно делится по всем вторичным обмоткам 9-11, так как первичные и вторичные обмотки всех трансформаторов 6-8 идентичны и первичные обмотки 3-5 обтекаются общим токомФ д =М; М - число витков соответствующей обмотки.Параллельное включение вторичныхобмоток последовательных трансформаторов 6-8 приводит к снижению паразитных параметров трансформаторного узла 2. Такая компоновка трансформаторов значительно снижает общую индук510 15 20 30 35 40 тивцость рассеяния Ь , которая затягинает коммутацию демодулятора, Приреактивной нагрузке время коммутациидемодулятора С определяется формулой5 1 ндч,Эгде 1- то к нагрузки ;н ап р яж е ци е тр ан с форма то р цо 2го узла 2.Время коммутации демодулятора нафиг. 3 обозначено ьС. Для предлагаемого типа преобразователей общеевремя коммутации Ск определяетсясуммой коммутаций преобразонательнойячейки (инвертора) Си демодулятора ьС,Ск Ск о СкВремя коммутации преобразовательнойячейки на совремеггцых транзисторахне более 1-3 мкс, а время коммутациидемодулятора, особенно при значитель.ных токах (сотни и тысячи ампер) инизком выходном напряжении (5-15 В),остигает 10-30 мкс.Снижение Ьз приводит к уменьшениювремени коммутации преобразователя,что, в свою очередь, уменьшает длительность нулевых пауз в выходном напряжении 39 демодулятора 12, улучшаятем самым качество выходной энергии.Кроме того, уменьшаются масса и габариты необходимого фильтра.С целью расширения области использования по динамическому и мощностному диапазонам преобразователь можетбыть выполцец регулируемым и с несколькими параллельными по питаниюпреобразовательными ячейками 15-17(фиг. 2), нагруженными на аналогичныетрансформаторные узлы 18-20. Одноименные секции вторичных обмоток 21 -29 соединены н посчедонательные цепи,которые между собой включены параллельно и образуют общий контур суммирования, Деление токов и напряженийна обмотках согласующих трансформаторон трансформаторных узлов 18-20 аналогично кдк и в преобразователе пофиг. 1,Задающий генератор 32 формируетимпульсное напряжение 40 (фиг, 4) высокой частоты, которое подается на управление демодулятором 31 и на входысинхронизации модуляторов 33-35 длительности, Нарастающее (спадающее)напряжение 41 с управляющего входа 36поступает ца угравляющие входы модуляторов 33-35 длительности с последовдтельцо нарастающими уровнями сравнения 42, суммируется с пилообразным напряжением 43 и преобразуется в импульсы, модулированные по длительности,которые поступают на соответствующиеуправляющие входы преобразовательныхячеек 15-17, поочередно подключая необходимое число ячеек. Выходное напряжение трех преобразовательных ячеек показано ца соответствующих диаграммах 44-46. Напряжение 44-46 преобразовательных ячеек 15-17 суммируется нд вторичной стороне в общем контуре суммирования и через демодулятор 31 поступает на нагрузку. Форма выходного напряжения 47 демодулятора 31 показана на фиг. 4.По сравнению с известными предлагаемые преобразователь с разветвленной магцитцой системой согласующего трансформаторного узла и последовательно-параллельным включением первичных и вторичных обмоток соответстненно позволяет в несколько рдэ снизить общую индуктивность рассеяниявсего трансформаторного уэлд в целом,Это особенно важно для многоячейковыхпреобразователей с общим контуром суммцровдция при значительных токахи низком выходном напряжении.За счетснижения иц,Гуктивности рассеяния согласующего трансформатора уменьшаетсявремя коммутации демодулятора, что улучшает качество выходной энергии,повышает быстродействие и динамические свойства преобразователей. Последовательно-параллельное вкпючецие вторичных обмоток трансформаторных узлов нескольких преобразовательных ячеекпозволяет расширять мощцостцой и динамический диапазоны преобразователей в широких пределах. Кроме того, 45 упрощается пРоектиРование трансфор,маторных узлов, так как зачастую припроектировании не удается подобратьнеобходимый магнитопровод из типовогоряда, поэтому приходится выбирать 50 больший магнитопровод, При разветвлении магнитной системы появляетсявозможность выбора сердечников из типового ряда, варьируя сечением и ихчислом.55 Формула изобретения1. Преобразователь напряжения созвеном повышенной частоты, содержащий преобразовательную ячейку, выполненную по одной из инверторных схем1332479 и нагруженную на трансформаторныйузел, выход которой через демодулятор связан с выходными выводами преобразователя, а также блок управления, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повышения качества выходного напряжения за счет уменьшенияпараэитных Фщуктивностей, трансформатораюй узел выполнен в виде И последовательно соединенных по первичной стороне трансформаторов, секциивторичных обмоток которых выполненыодинаковыми, включены между собой параллельно.вФ2. Преобразователь по п. 1, о, т -л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения области использования 5по динамическому и мощностному диапазонам, ох снабжен идополнительными преобразовательными ячейками,каждая из которых нагружена на свойаналогично выполненный трансформатбр ный узел, причем одноименные секциивторичных обмоток всех и трансформаторных узлов соединены в последовательные цепи, которые, в .свою оче"введь, включены между собой параллельно./53 Тирам 659 П ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 13035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5