Преобразователь постоянного напряжения

. ОааИВаеПЯ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРГЮ ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ ОЛИСАНИЕ Н АВТОРСКОМУ С(54) (57) ПРЕОБР НАПРЯЖЕНИЯ по а о тлич ающ целью повышения вход укаэанного введенный согла нен с введенным генератора такт ЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГОт.св.828339,и й с я тем, что, сКПД и надежности,инвертора череэующий элемент соедивходом указанноговых импульсов,08582 угольности петли гистереэиса выбросыпервичного тока ведут к резкомуувеличению потерь в транзисторахинвертора и к выходу их из строя.Недостаток известного преобразователя постоянного напряжения -низкий КПД и надежность.Цель изобретения - повышение КПДи надежности преобразователя напряжения.Поставленная цель достигаетсятем, что в преобразователе постоянного напряжения вход указанного инвертора соединен через введенныйсогласующий элемент с введенным входом указанного генератора тактовыхимпульсов.На фиг. 1 показана принципиальная схема предлагаемого преобразователя напряжения; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие его работу.Преобразователь содержит инвертор1 на силовых транзисторах 2 и 3,базы которых через предварительныеусилители 4 и 5 связаны с выходамилогических элементов И. б и 7, генератор 8 тактовых импульсов, выходнойтрансформатор 9, вторичная обмотка10 которого подключена к выпрямителю11 с дросселем 12, накопительным конденсатором 13, датчиком 14 тока, подключенным к входу электронного реле15, выход которого связан с первымивходами упомянутых логических элементов И б и 7, и через формирователь16 импульсов - с-входом Э -К-триггера 17,.;выходы которого подключенык вторым входам логических элементовб и 7 И, счетный триггер 10, третийлогический элемент 19 И, первыйвход которого связан с выходом электронного реле 15, а второй - с выходом генератора 8 тактовых импульсов,реверсивный счетчик 20, выход которого через формирователь 21 связан сК-входом триггера 17., счетный входсоединен с выходом логического элемента И 19, а входы управления - свыходами счетного триггера 18, согла"сующего элемента 22, вход которогосоединен со средней точкой первичнойобмотки трансформатора 9, а выход - свходом генератора 8 тактовых импульсов,5011Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в регулируемых преобразователях постоянного напряжения в переменное или постоянное, в частное, для заряда высоковольтных накопительных конденсаторов.По основному авт.св, Ф 828339 известен преобразователь постоянного напряжения, содержащий инвертор на силовых транзисторах, управляющие входы которых связаны с выходами двух логических элементов И, генератор тактовых импульсов, выходной выпрямитель с дросселем, накопитель-. ным конденсатором и датчиком сигнала, подключенным к входу электронного реле, выход которого связан с первыми входами логических элементов И и Э-входом З-К-триггера, выходами подключенног о к вторым входам логических элементов И, а также счетный триггер, реверсивный счетчик и третий логический элемент И, при этом один из входов последнего подключен к выходу тактового генератора, а другой - к выходу электронного реле и входу упомянутого счетного триггера, выходы которого подключены к управляющим входам реверсивного счетчика, причем счетный вход последнего подключен к выходу логического элемента И, а выход связан с К-входом упомянутого 3-К-триггера 11.При заряде накопительного конденсатора неизменным током среднее значение тока, потребляемого преобразователем от источника питания, возрастает по линейному закону. Если источник питания имеет ограни- ченную мощность, то падение напряжения на его .внутреннем сопротивлении увеличивается с увеличением потребляемого тока. Так как частота генератора тактовых импульсов постоянная, а амплитуда смежных полуволн выходного напряжения инвертора изменяется вместе с изменением величины напряжения на входе инвертора, то вольтсекундные площади смежных полуволн не равны. Вследствие этого перемагничивание магнитопровода выходного трансформатора происходит по несимметричному циклу, что ведет к его насыщЕению и значительным выбросам первичного тока, При применении магнитопроводов с высокой степенью прямоО 15 20 25 30 35 40 45 Преобразователь работает следующим образом.Напряжение обратной связи 1 ос,пропорциональное зарядному токуконденсатора 13, поступает с датчп3ка 14 тока на вход электронного реле 15, где сравнивается с опорным напряжением О . Выходной сигнал реле 15 разрешает или запрещает работу инвертора 1 в зависимости от мгновенного значения зарядного тока конденсатора.13(фиг. 2 к), Вследствие того, что. выходная, характеристика реле 15 обладает гистерезисом, зарядный ток Д пульсирует в зоне, ширина которой определяется. шириной петли гистерезиса реле 15, причем его среднее значение задается величиной опорного напрядения .1 О .В момент времени 1 напряжение обратной связидостигает порога срабатывания электронного реле 15, а на его выходе появляется логическая "1"(Фиг. 2 сг), которая поступает на входы логических элементов И 6,7,19, В зависимости от состояния 3 К-триггера 17 на выходе одного из логических элементов 6 и 7, например на выходе элемента 7, появляется логическая "1"(Фиг. 2 ж). В результате предварительный усилитель 5 открывает силовой транзистор 3, и начинается Формирование положительной полуволны выходного напряжения инвертора 1 (Фиг. 2 и), 11 апряжение вторичной обмотки 10 трансформатора 9 через выпрямитель 1 и дроссель 12 прикладывается к конденсатору 13, Ток дросселя 12 нарастает со скоростью, определяемой величиной его индуктивности и мгновенным значением напряжения на конденсаторе 13. Одновременно, начиная с моментавремени Ь., импульсы генератора 8тактовых импульсов(фиг. 2 г) черезлогический элемент И 19 начинают поступать на счетный вход реверсивного счетчика 20. В зависимости от состояния триггера 18(фиг. 2 ь) счетчик 20 работает либо в режиме суммирования импульсов генератора 8 тактовых импульсов, либо в режиме их вычитания. На Фиг, 2 показан случай, когда, начиная с момента времени, счетчик 20 работает в режиме суммирования.Б момент времени 12 величина напряжения обратной связи достигает верхнего порога срабатывания электронного реле 15, и его выходнойФ сигнал принимает значение логического "0", транзистор 3 закрывается, выходное напряжение инвертора ста 08582новится равным нулю, а, ток дросселя12 замыкается через выпрямитель 11,конденсатор 13, датчик 14 тока,В момент времени 12 прекращаетсясчет импульсов тактового генератора8. Задним Фронтом выходного сигналареле 15(фиг, 2 с 1)триггеры 17 и 18переключаются в противоположноесостояние.В момент времени 1 Напряжениеобратной связи О вновь достигаетнижнего порога срабатывания электрон.ного реле 15, и на его выходе появляется логическая "1". Посколькуранее в момент 12 триггеры 17 и 18изменили свое состояние на противоположное, то логическая "1" появляется на выходе элемента 6 И (Фиг,2 р),а счетчик 20 начинает производитьвычитание импульсов тактового генератора 8, Предварительный усилитель4 открывает силовой транзистор 2, ина выходе инвертора 1 Формируетсяотрицательная полуволна выходногонапряжения. В момент времени Ьчисло, содержащееся в счетчике 20,становится равным кулю, и на еговыходе появляется сигнал заема,которым через формирователь 21 30(Фиг. 23)переключает триггер 17 впротивоположное состояние, В результате полярность вшходного напряжения инвертора 1 изменяется.Поскольку вход генератора 8 тактовых импульсов через согласующий З 5 элемент 22 соединен с входом инвертора 1, частота повторения импульсовна его выходе пропорциональна напряжению питания Е(фиг. 2)и можетбыть определена из выраженияУ=к,к, еЮгде Кс - коэффициент передачи согласующего элемента 22;К - крутизна генератора 8 45 тактовых импульсов (с, вПри линейно возрастающем токена входе инвертора 1 мгновенное значение напряжения питания определяется следующим образом:ефимыд(дг,(21/ где а 0 - величина падения напряженияна внутреннем сопротивлении источни 55 ка питания в конце цикла зарядкинакопительного конденсатора 13;г - длительность цикла зарядкиконденсатора 13;5 1108582ъ - момент времени, соответствующий началу Ъ-той полуволны и выходного напряжения инвертора 1;нЕ - напряжение холостого хода . 5 иисточника питания. иОбычно в преобразователях напря- и жения, предназначенных дпя заряда э накопительных конденсаторов, выпол" и1 1 О няется условие,Учитывая1 ффт это, можно найти число импульсов, в подсчитанное счетчиком 20 за интер- и вал времени, равный длительностиполуволны выходного напряжения ин и вертора 1ий=)сИиа 3еПодставляя в выражение .3) выраже- т ния (1) и ,2), получают 20 ц Из выражения(4) следует, что число, зафиксированное в счетчике 20 в кон це 1, -той полуволны выходного напряжения инвертора 1, пропорционально ее нольтсекундной площади, Выражение 4) справедливо и для интервала времени ф+-Ь 1, так как в этом30 случае происходит вычитание импульсов генератора 8 из числа )1, зафик сированного в счетчике 20 до получения нулевого результата, Таким образом, из выражения 4 следует, что вольтсекундные площади смежных полуволн выходного напряжения инвертора 1, имеющие противоположнуюполярность, оказываются равными,ыражение 141 остается справедливымв том случае, если при большой лительности сигнала логической а выходе электронного реле 15 просходит переполнение счетчика 20 ри суммировании или вычитании имульсов тактового генератора 8.При том на выходе инвертора формируется рямоугольное напряжение 1 фиг. 2 и).Рассматривая работу преобразоваеля напряжения, можно сделать выод, что ири ограниченной мощности сточника питания обеспечивается формирование выходного напряжения нвертора с равными вольтсекундными лощадями смежных полуволн противооложной полярности, что обеспечиват перемагничивание магнитоировода рансформатора 9 по симметричному иклу. Исключаются выбросы его первичного тока, что позволяет уменьшить установленную мощность трансформатора 9 и транзисторов 2 и 3 и уменьшить в них потери.Возможна также работа преобразователя напряжения в режиме широтно- импульсной модуляции. В этом случае электронное реле 5 заменяется широтно-импульсным модулятором.Таким образом, изобретение позво. ляет устранить насыщение магнитопро вода трансформатора, возникающее при питании преобразователя напряжения от источника ограниченной мощности, что уменьшает установленную мощность выходного трансформатора и полупроводниковых приборов инвертора, снижает в них потери и повышает надежность и КЦЦ,