Преобразователь напряжения

Преобразователь напряжения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в источниках вторичного электропитания. Целью изобретений является улучшение массогабаритных характеристик и динамических свойств в широком диапазоне изменения пстоянного тока на выходе путем обеспечения работы в режиме непрерывных токов. Преобразователь содержит-многообмоточные дроссели 1.1-1.N, силовой коммутатор 2, конденсаторы 3.1-3. М, при этом одноименные обмотки дросселей соединены последовательно и согласно. При работе преобразователя ток нагрузки является током подмагничивания последовательно соединенных дросселей 1.1-1.N, выполненных таким образом, что ток намагничивания, при котором наступает насыщение магнитопровода каждого последующего дросселя, меньше предыдущего. Это позволяет при снижении тока нагрузки увеличивать суммарную индуктивность дросселей, что обеспечивает работу преобразователя в режиме непрерывных токов . 1 ил. fe

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (ю1)5 H 02 M 3/335

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4628793/07 (22) 29.12.88 (46) 15.02,91. Бюл. М 6 (72) А.Г.Поликарпов и А.Н,Фролов (53) 621.314.58(088.8) (56) Моин В.С. Стабилизированные транзисторные преобразователи. — M. Энергоатомиэдат, 1986, с. 13-14, рис. 1.4, Смольников Л.E. Транзисторные преобразователи напряжения. — M.: МЭИ, 1983, с.

110, рис. 5.1 (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в источниках вторичного электропитания. Целью изобретения является улучшение массогабаритных характеристик и динамических свойств в широком диапазоне изменения пстоянного. Ы, 1628167 А1 тока на выходе путем обеспечения работы в режиме непрерывных токов. Преобразователь содержит. многообмоточные дроссели

1.1 — 1.N, силовой коммутатор 2, конденсаторы 3.1 — 3.М, при этом одноименные обмотки дросселей соединены последовательно и согласно, При работе преобразователя ток нагрузки является током подмагничивания последовательно соединенных дросселей

1.1-1.N, выполненных таким образом, что ток намагничивания, при котором наступает насыщение магнитопровода каждого последующего дросселя, меньше предыдущего.

Это позволяет при снижении тока нагрузки увеличивать суммарную индуктивность дросселей, что обеспечивает работу преобразователя в режиме непрерывных токов. 1 ил.

1628167

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в источниках вторичного электропитания.

Цель изобретения — улучшение массогабаритных характеристик и динамических свойств устройства в широком диапазоне изменения постоянного тока на выходе путем обеспечения работы устройства в режиме непрерывных токов.

На чертеже представлена обобщенная схема преобразователя напряжения.

Устройство содержит многообмоточные дроссели 1.1-1. N, силовой коммутатор 2, конденсаторы 3.1 — 3.М, одноименные обмотки дросселей соединены последовательно и согласно. Источник питания подключается к выводам 4.1 и 4.2, промежуточные выводы

5.1-5.К используются при необходимости в схеме преобразователя, выводы 6.1 и 6.2 явnяются выходными и используются для подключения нагрузки 7.

Устройство работает следующим образом, Индуктивность первого дросселя 1.1 выбрана таким образом, что при максимальном токе нагрузки и в некотором диапазоне около этого значения его магнитный поток непрерывен. При этом магнитопровод первого дросселя ненасыщен, а магнитопроводы остальных дросселей насыщены.

Поэтому индуктивность намагничивания определяется магнитным элементом 1.1.

При уменьшении тока нагрузки происходит уменьшение тока подмагничивания.

При определенном значении тока подмагничивания магнитопровод дросселя 1.2 выходит из насыщения. Таким образом, магнитопроводы дросселей 1.1 и 1.2 оказываются ненасыщенными, а остальных дросселей — насыщенными. При этом и дуктивность намагничивания определяется суммой индуктивностей намагничивания дросселей 1.1 и 1.2, т.е. происходит ее возрастание. Это позволяет обеспечить режим непрерывного тока намагничивания при меньшем токе нагрузки за счет автоматического возрастания индуктивности. При дальнейшем уменьшении тока нагрузки происходит также уменьшение тока намагничивания и выход из насыщения магнитопровода следующего дросселя и его индуктивность намагничивания добавляется к индуктивности намагничивания уже вышедших иэ насыщения магнитопроводов.

Так как каждый следующий дроссель работает при меньшем токе подмагничивания, то появляется воэможность значительного увеличения его индуктивности намагничивания. Таким образом суммарная индуктивность намагничивания оказывается при

55 большом числе дросселей обратно пропорциональной току намагничивания, т.е. току нагрузки, что позволяет иметь для каждого значения тока нагрузки минимально необходимую величину индуктивности для обеспечения непрерывности тока, а следовательно, улучшить динамические свойства преобразователя.

Допустим, преобразователь напряжения содержит два дросселя.

При использовании в известных устройствах одного дросселя максимальную индукцию в его магнитопроводе выбирают несколько меньшей, чем индукция насыщения Вз, исходя иэ обеспечения безопасной работы силового коммутатора, так как при достижении Вз ток через обмотки дросселя начинает быстро возрастать. При использовании предлагаемого устройства максимальную индукцию первого дросселя выбирают из тех же соображений. Однако для дополнительных дросселей можно принять максимальную индукцию в магнитопроводе равной Вз.

Допустим, что объем магнитопровода дросселя связан с током нагрузки следующим соотношением:

V = A I- I н.макс, (1) где А — некоторая постоянная;

L — индуктивность дросселя; ! н.макс максимальный ток нагрузки; что все элементы преобразователя напряжения идеальны; что пульсации напряжения на конденсаторах и тока намагничивания малы; что критическая индуктивность для обеспечения режима непрерывного тока обратно пропорциональна току нагрузки и определяется для «аждой конкретной схемы преобразователя.

Минимальный ток нагрузки IH. ин, при котором наступает режим прерывистого тока исходя из заданного суммарного объема магнитопроводов Vg обоих дросселей, с учетом того, что магнитопровод второго дросселя выходит из насыщения при токе нагрузки IH.MHH.

IH,ìèí + lH.èèí + I н.макс. (2)

Индуктивность первого магнитного элемента

1 1 = 1-кр н.макс/IH.мино (3) где кр — критическая индуктивность для обеспечения режима непрерывного тока при максимальном токе нагрузки 4.макс, так как он должен обеспечить режим непрерывного тока при токе нагрузки от 1нмин до о (н.макс

Исходя иэ (1) и с учетом (3) для объема магнитопровода первого дросселя можно записать, 1628167

Ч1 A 1-1 I н,макс A Lap I н.макс() г 2 н.макс н.ммн (4) При этом критический объем

5 (5) .2

Чкр A 1-крч н.макс, тогда

Ч .I.. а с . Ч

Ч1 = Чкр °

1н.мино

Обозначим (6) 10

Преобразуем (11) к виду

Ч F ×êð

1нмвкс11нмин = Р+О кр (12) 40

Определим экстремум выражения по переменной F (""" )p =1+ (Чг .-2 Чкр F); (13) нмин Чкр (нмвкс) 20 в (14)

1нмин

Выражение (14) всегда отрицательно, следовательно, (12) имеет максимум, который находят, приравняв (13). к нулю. Таким 50 образом получают оптимальное значение переменной

F()m Ч ; /2Чкр + 1/20. (15)

Подставляя (15) в (11) и преобразуя, получают

1нмин = 1нмвкс/Fom 0 ° (16)

При использовании в устройстве одного дросселя с объемом магнитопровода Ч рии1нмакс (7)

1нмино

Выразим индуктивность второго дросселя через объем его магнитопровода с уче- 15 том того, что он работает при меньшем токе намагничивания и с большей MBKGMMBëüíîé индукцией, чем первый дроссель

L2 L1 Ч2/Ч1 FD, (8) где 0 — величина, равная квадрату отноше- 20 ния максимальной индукции второго дросселя к максимальной индукции первого дросселя.

Определим минимальный ток нагрузки в предложенном устройстве, при котором 25 наступает режим прерывистого тока

1н.мин 1нмин L1/L1+L2 (9)

Объем магнитопровода второго дроссеV2- Ч -Ч1 (10)

Подставляя в (9) выражения (3) и (8), а затем (10), (6) и (7), получают

V " — Чкр F

1ммин Iwsgc /F843 ) (11) кр

Величина F может быть переменной, так 35 как 1н.М Не определен. нимальный ток нагрузки при переходе от непрерывного тока к прерывистому определяется как нмин =(!н.макс Vrp)/V g (17)

Определим из (16), (17) и (15) отношение минимального тока устройства с одним дросселем к минимальному току предложенного устройства (Ч D+V ) тъ т уПроведем конкретный численный расчет по формуле (18). Пусть имеется в распоряжении общий объем магнитопроводов

Н;г = 10 Чкр. Допустим, что 0 - 1 (т.е. не используется возможность увеличения допустимой индукции во втором дросселе).

Тогда имеем

1 г г (н (10 Чкр 1 -1; 121 V„ð

1нмин 4 Чкр Г1 кр

40 ч»„ (19)

Отсюда видно, что минимальный ток нагрузки, до которого в предпоженном устройстве обеспечивается режим непрерывного тока, примерно в 3 раза меньше, чем в устройстве с одним дросселем.

Решим обратную задачу, т.е. определим для заданного перепада тока нагрузки объем магнитопровода в устройстве с одним дросселем и суммарный объем в предложенномм устройстве нмакс

Пусть "" " - = 10, 1нмин тогда иэ (17) имеем

Ч = 10 Чкр. (20)

С другой стороны, для предложенного устройства из (16) с учетом D -" имеем

FoïT =@О = 3,16 (21)

Используя (15), находим объем магнитопровода в предложенном устройстве

V g = (Гоп -1/2D) 2Чкр=2чкрРоптйlкр/0

=5,3Чкр (22)

Сравнивая (20) и (22), получают, что общий объем магнитопроводов в изобретении меньше, чем в устройстве с одним дросселем примерно в 2 раза при одинаковом (десятикратном) диапазоне изменения тока нагрузки. Отсюда можно сделать вывод об улучшении массогабаритных показателей преобразователя в целом, При использовании нескольких дросселей, соединенных последовательно, и с разными токами насыщения возможно получение большего выигрыша, но это может быть технологически нецелесообразно.

Величина тока, при котором наступает на1628167 массогэбаритных характеристик и динамических свойств устройства в широком диапазоне изменения постоянного тока на выходе путем обеспечения работы устрой5 ства в режиме непрерывных токов, одноименные обмотки всех дросселей соединены последовательно и согласно, причем дроссели выполнены таким образом, что ток намагничивания, при котором

10 наступает насыщение магнитопровода каждого последующего дросселя, меньше, /т чем предыдущего, а при максимальном токе нагрузки магнитопровод первого дросселя не насыщен.

15 сыщение магнитопровода, может устанавливаться величиной немэгнитного зазора в магнитопроводе и/NIIM числом витков обмоток, при этом коэффициенты трансформации одноименных обмоток разных дросселей, включенных последовательно, должны быть одинаковы для всех дросселей.

Формула изобретения

Преобразователь напряжения, содер жащий магнитный элемент, выполненный в виде по крайней мере одного многообмоточного дросселя с соответствующими кондей саторами, и силовой коммутатор, о т л и ч ею шийся тем, что, с целью улучшения

Составитель И.8ойтович

Техред М.Моргентал Корректор Л.Бескид

Редактор Л.Пчолинская

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 347 Тираж 380 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5