Симметричный преобразователь напряжения постоянного тока

Симметричный преобразователь напряжения постоянного тока

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Реснублик

О П И С А Н И Е 95?195

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. саид-ву— (22) Заявлено 02. 03. 81 (21) 3254136/24-07 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет

Опубликовано 07.09.82. Бюллетень №33

Дата опубликования описания 08. 09. 82 (51)М. Кл.

С 05 F 1/64

Н 02 М 3/335

fllc$48$cTIEllllblll комитат

СССР ао аеааи нзобретеннй и открытий (53) УЙК 621. 316. .722.1(088.8) (72) Автор изобретения

А. В. Гусев (71) Заявитель (54) СИММЕТРИЧНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ

ПОСТОЯННОГО ТОКА

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах электропитания и электропривода для двустороннего преобразования и регулирования напряжения по5 стоянного тока постоянной или изменя ющейся полярности.

Известен стабилизированный источ" ник напряжения постоянного тока, со-< держащий силовой трансформатор с выходной обмоткой со средней точкой, к концам которой подключены регулирующие транзисторы, объединенные коллектора которых через фильтр и нагрузку соединены со средней точкой выходной обмотки и узел управления 11).

Недостаток преобразователя состоит в невозможности. получения выходного напряжения изменяющейся поляр- 2о ности, а также двустороннего (входвыход и выход-вход) преобразования.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является симметричный. преобразователь напряжения постоянного тока, содержащий основные транзисторные ключевые эле" менты, соединенные по однофазной двухполупериодной схеме выпрямления, выход которой соединен с выходными клеммами, и подключенные к концам вторичной обмотки силового трансформатора с отводом оТ средней точки, и блок управления, выходом связанный через узлы согласования с управляющими входами транзисторных ключевых элементов (2 j.

Недостатки известного преобразователя - ограниченные функциональные возможности, обусловленные жесткими требованиями к питающему напряжению, оно должно быть обязательно переменным и определенной частоты, и невозможностью двустороннего преобразования энергии.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей путем обеспечения двустороннего преобразовавыводом подключена к точке объедииения эмиттеров транзисторов соответствующего ключевого элемента, а вторым выводом через базовые ре5 зисторы 10 и 11 подключена к базам указанных транзисторов (фиг. 1),èëè на усилителе 8 мощности, управляющем трансформаторе 9, две вторичные обмотки которого через базовые резисторы 10-13 подключены к управляющим входам ключевых элементов (фиг. 2).

При наличии дополнительного выходного канала (фиг. 3), вводятся дополнительные ключевые элементы 14 и 15, подключенные к концам вновь введенной дополнительной обмотки. (Для определенности на фиг. 3 рассмотрен случай двух выходных каналов)

Устройство (фиг. 1) работает слепо дующим образом.

Каждый из транзисторных ключевых элементов (ключей) 1-4 может находиться в двух состояниях: включенном и выключенном, в зависимости от поляр25 ности напряжения на вторичных обмотках трансформаторов 9. Если напряжение на вторичной обмотке имеет полярность, укаэанную без скобок, то через обмотку протекает ток, проходящий зо через резисторы 10 и 11 и отпирающий транзисторы ключа. При этом, один ! из транзисторов ключа работает в нор" мальном, а другой - в инверсном режиме. Если напряжение на вторичной

35 обмотке имеет полярность, указанную в скобках, то к эмиттер-базовому переходу нормально-включенного транзистора прикладывается напряжение, запирающее его. Так как для любой

4 полярности приложенного к ключу напряжения один иэ трайзисторов оказывается включен нормально, то при указанной (в скобках) полярности напряжения на вторичной обмотке трансформатора 9 ключ будет выключен.

Допустим пусть напряжение на входе преобразователя имеет полярность, указанную без скобок..блок 6 управления через узлы 7 согласования поочередно отпирает ключевые эле5В менты 1 и 2. для получения на выходе полярности напряжения, указанной беэ скобок, включенному состоянию ключа

1 должно соответствовать включенное состояние ключа 3 (и выключенное» ключа 4), а включенному состоян ю ключа 2 - включенное состояние ключа

4 (и выключенное состояние ключа 3), Уровень выходного напряжения (напри3 957195 ния напряжения как постоянной, так и изменяющейся на любой из сторон (входе и выходе) полярности, при., высоком КПД в любом из режимов.

Указанная цель достигается тем, что в симметричный преобразователь напряжения постоянного тока введена по крайней мере одна дополнительная обмотка силового трансформатора со средней точкой, к концам которой подсоединены дополнительные ключевые элементы, соединенные по однофазной двухполупериодной схеме выпрямления, выход которой соединен с входными клеммами, и управляющими входами соединенные через дополнительные узлы согласования с выходом блока управления, основные и дополнительные транзисторные ключевые элементы выполнены на двух транзисторах, соединенных между собой встречнопоследовательно и объединенных эмиттерами в общую точку, а каждый узел согласования выполнен на усилителе мощности с выходным трансформатором, вторичная обмотка которого одним выводом подключена к точке соединения эмиттеров транзисторов соответствующего транзисторного ключевого элемента, а вторым выводом через базовые резисторы подключена к базам указанных транзисторов, при этом количество узлов согласования равно двум, а каждый из них выполнен на усилителе мощности с выходным трансформатором, имеющим две вторичные обмотки, связанные с управляющими входами одного из основных и одного из дополнительных транзисторных ключевых элементов.

На фиг. 1-3 приведены варианты схем симметричного преобразователя напряжения постоянного тока.

Симметричный преобразователь содержит основные 1 и 2 и до- полнительные 3 и 4 транзисторные ключевые элементы, соединенные с концами обмоток силового трансформатора 5, блок 6 управления, узлы 7 согласования ° Ключевые элементы 1-4 могут быть выполнены на двух встречно-последовательно соединенных транзисторах, эмиттера которых объединены в общую точку.

Узлы согласования 7 могут быть выполнены на усилителе мощности 8, выходом подключенном к первичной .об-, мотке управляющего трансформатора

9, вторичная обмотка которого одним !

957195 мер, действующее значение) можно регулировать или стабилизировать путем использования ШИМ-метода.

Для пОлучения на выхОде напряже ния с полярностью, указанной в скобках„ включение ключа 1 должно произВОДИТЬСЯ СИНХРОННО С ВКЛ1ОИЕНИЕМ КЛЮча 4, а ключа 2 - с ключом

Если напряжение на входе изменит погярность, то для сохранения прежней полярности на выходе, импульсы правления ключами 1 и -т должны быть сдвинуты по фаэе на 180 .

Так как схема имеет полностью симметричную структуру, то очевидно, что аналогично может передаваться энергия с выхода устройства на его вход. При этом, поочередно должны отпираться ключи 3 и 4, а управление ключами 1 и 2 (для получения

or,per.;åëåHroé полярности на входе) производится аналогично рассмотренному управлению ключами 3 и 4.

На фи -,. 2 приведена схема, позВОляющая получить напряжение на вхО= де и выходе Одинаковой полярности.

В этой схеме две вторичные обмотки трансформатора 9, управля,ощие через реэисторь; l0-11 транзисторами клочей 1 и 3,, обеспечивают синхронну, о работу ключей 1 и $. HHaflo гично обеспе- e :-,à синхронность работы ключей 2 и 4. Такая схема может например, использоваться для преобразования низкочастотного переменного входного напряжения в выходное переменное той же частоты, т.е. выполнять функцию низкочастотного трансформатора при значительно лучших массо-габаритных показателях, так как частота промежуточного пре образования может в 100-1000 раз превышать входную.

На фиг. 3 приведена схема, имеющая два выходных канала. В этой схеме возможна передача энергии не ,только со входа на выход и с выхода на вход, но и обмен энергией между выходами. Например, при передаче энергии с первого выхода на второй выход, ключи l и 2 запираются. а блок управления б синхронно отпирает ключи 4 и 15 и ключи 3 и 14.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет расширить функциОнальньге вОэмОжнОсти известных устройств путем обеспечения двустороннего преобразования стабилизации (регулирования) напряжения как постоянной, так и изменяющейся на любой иэ сторон (входе и выходе) полярности.

Получение в едином устройстве рассмотренной совокупности свойств позволяет распространить его область применения на те случаи, когда для обеспечения требуемых функций используется набор разнородных функционально-законченных устройств, что приводит к усложнению схемы и конструкции. формула изобретения

1. Симметричный преобразователь . Напряжения постоянного тока, содержащий основные транзисторные ключевые элементы, соединенные по однофазной двухполупериодной схеме выпрямления, выход которой соединен с выходными клеммами, и подключенные к концам вторичной обмотки силового трансформатора с отводом от средней точки, и блок управления, выходом связанный через узлы согласования с управляющими входами транзисторных ключевых элементов, о т л ич а ю щ и " c я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения двухстороннего преобразования напряжения постоянной и изменяющейся на любой стороне полярности, введена по крайней мере одна дополнительная обмотка силового трансформатора со средней точкой, к концам которой подсоединены дополнительные ключевые элементы, соединенные по однофазной двухполупериодной схеме выпрямления, выход которой соединен с входными клеммами, и управляющими входами связанные через дополнительные узлы согласования с выходом блока управления.

2. Преобразователь по и. 1, о т— л и ч а ю шийся тем, что основные и дополнительные транзисторные ключевые элементы выполнены на двух транзисторах, соединенных между собой встречно-последовательно и объединенных эмиттерами в общую точку, а каждый узел согласования выполнен на усилителе мощности с выходным трансформатором, вторичная Обмотке которого одним выводом подключена к точке соединения эмиттеров транзисторов соответствующего транзисторного ключе7 957195 8 вого элемента, а вторым выводом через нительных транзисторных ключевых элебазовые. резисторы подключена к базам . ментов. указанных транзисторов.

3. Преобразователь по и. l,.о т- Источники информации л и ч а,ю щ и " с я тем,,что коли- з принятые во внимание при экспертизе честно узлов согласования равно двум, 1. Авторское свидетельство СССР причем каждый из них .выполнен на уси- по заявке Р 2841277/07, кл. G 05 G 1/64, лителе мощности с выходным трансфор- 1979. матором, имеющим две вторичные обмот-. 2. Авторское свидетельство СССР ки, связанные с управляющими входами 1о по заявке 2858496/07, кл. G 05 F. 1/64, одного из основных и одного из допол- 1959.