RU2394345C1 - Регулируемый повышающий преобразователь постоянного напряжения - Google Patents
Регулируемый повышающий преобразователь постоянного напряжения Download PDFInfo
- Publication number
- RU2394345C1 RU2394345C1 RU2009114014/09A RU2009114014A RU2394345C1 RU 2394345 C1 RU2394345 C1 RU 2394345C1 RU 2009114014/09 A RU2009114014/09 A RU 2009114014/09A RU 2009114014 A RU2009114014 A RU 2009114014A RU 2394345 C1 RU2394345 C1 RU 2394345C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- keys
- converter
- capacitor
- charging
- additional
- Prior art date
Links
Landscapes
- Dc-Dc Converters (AREA)
Abstract
Предлагаемое устройство относится к области преобразовательной техники и может быть использовано при создании многоуровневых инверторов, а также в источниках и системах вторичного электропитания. Регулируемый повышающий преобразователь постоянного напряжения содержит входной (4), выходной и общий (5) выводы для подключения соответственно источника постоянного напряжения и нагрузки, n соединенных параллельно цепочек, включенных между входным и общим выводами. Каждая цепочка состоит из последовательно соединенных зарядного диода (3), конденсатора (2) и зарядного ключа (1). Преобразователь содержит также (n-1) разрядных ключей (6-10), каждый из которых включен между разноименными выводами конденсаторов соответствующих смежных цепочек, разрядный ключ (16), включенный между входным выводом и точкой соединения конденсатора и зарядного ключа последней цепочки. В преобразователь введены (n-1) дополнительных разрядных ключей и дополнительных групп из m ключей и (m-1) выходных выводов для подключения дополнительных нагрузок. Технический результат - преобразователь обладает более широкими функциональными возможностями, т.к. способен работать на несколько нагрузок и имеет при этом значительно лучшие массогабаритные показатели. 1 ил.
Description
Предлагаемое изобретение относится к области преобразовательной техники и может быть использовано в источниках и системах вторичного электропитания, а также при создании многоуровневых инверторов напряжения.
Известен повышающий преобразователь постоянного напряжения (Электричество, №7, 1969, с.82-84, рис.3), содержащий входной, выходной и общий выводы для подключения соответственно источника постоянного напряжения и нагрузки, зарядный ключ, n соединеных параллельно цепочек, включенных между входным выводом преобразователя и первым выводом зарядного ключа, второй вывод которого соединен с его общим выводом, состоящих каждая из последовательно соединенных конденсатора и двух разрядных диодов, (n-1) разрядных ключей, каждый из которых включен между разноименными выводами конденсаторов соответствующих смежных цепочек, разрядный ключ, включенный между входным выводом и точкой соединения конденсатора и зарядного диода первой цепочки.
Регулировка выходного напряжения в данном преобразователе может быть осуществлена изменением числа последовательно соединенных конденсаторов, разряжающихся на нагрузку, путем управления коммутацией разрядных ключей.
К недостаткам данного повышающего преобразователя следует отнести неполное использование установленной емкости и связанное с ним ухудшение массогабаритных показателей, низкий к.п.д. вследствие завышенных потерь при заряде конденсаторов от источника постоянного напряжения через зарядные два диода и ключ, а также невозможность его работы на несколько нагрузок.
Кроме того, известен регулируемый повышающий преобразователь постоянного напряжения (Электротехника, № 10, 2007, с.34-40, рис.1 - блок - A1.1), являющийся прототипом предлагаемого изобретения и содержащий входной, выходной и общий выводы для подключения соответственно источника постоянного напряжения и нагрузки, n соединенных параллельно цепочек, включенных между входным и общим выводами, состоящих каждая из последовательно соединенных зарядного диода, конденсатора и зарядного ключа, (n-1) разрядных ключей, каждый из которых включен между разноименными выводами конденсаторов соответствующих смежных цепочек, разрядный ключ, включенный между входным выводом и точкой соединения конденсатора и зарядного ключа последней цепочки.
В прототипе регулирование выходного напряжения осуществляется изменением числа последовательно соединенных конденсаторов, разряжающихся на нагрузку путем коммутации разрядных ключей. При этом часть конденсаторов вообще не участвует в процессе преобразования. Это ведет к увеличению величины емкости конденсаторов цепочек, необходимой для обеспечения заданного тока в нагрузке, и, следовательно, ухудшению массогабаритных показателей преобразователя.
Кроме того, указанное устройство способно работать только на одну нагрузку, что существенно снижает его функциональные возможности. Устранение этого недостатка путем применения отдельного преобразователя на каждую из нагрузок также приводит к значительному ухудшению массогабаритных показателей.
Задачей предлагаемого изобретения является расширение функциональных возможностей преобразователя и улучшение его массогабаритных показателей.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в регулируемый повышающий преобразователь постоянного напряжения, содержащий входной, выходной и общий выводы для подключения соответственно источника постоянного напряжения и нагрузки, n соединенных параллельно цепочек, включенных между входным и общим выводами, состоящих каждая из последовательно соединенных зарядного диода, конденсатора и зарядного ключа, (n-1) разрядных ключей, каждый из которых включен между разноименными выводами конденсаторов соответствующих смежных цепочек, разрядный ключ, включенный между входным выводом и точкой соединения конденсатора и зарядного ключа последней цепочки, введены (n-1) дополнительных разрядных ключей, n дополнительных групп из m ключей и (m-1) выходных выводов для подключения дополнительных нагрузок, причем дополнительные разрядные ключи включены между входным выводом и точкой соединения конденсатора и зарядного ключа соответствующей цепочки, а в каждой дополнительной группе первые выводы ключей соединены друг с другом и точкой соединения конденсатора и зарядного диода соответствующей цепочки, а их вторые выводы соединены с соответствующими выходными выводами преобразователя.
На чертеже приведена структурная схема предлагаемого устройства.
Предлагаемое устройство содержит n цепочек, состоящих из последовательно соединенных зарядного ключа 1, конденсатора 2 и зарядного диода 3. Цепочки соединены параллельно и включены между входным 4 и общим выводом 5 преобразователя. Отрицательный вывод конденсатора 2 предыдущей цепочки через разрядный ключ 6 соединен с положительным выводом конденсатора 2 последующей цепочки. Разрядные ключи (6-10) соединяют разноименные выводы конденсаторов смежных цепочек. Дополнительные разрядные ключи (11-15) соединяют входной вывод 4 преобразователя с точкой соединения конденсатора и зарядного ключа соответствующей цепочки. Разрядный ключ 16 соединяет аналогичные точки в последней цепочке. Точки соединения конденсатора и зарядного диода каждой цепочки подключены к выходным выводам 17 и 18 преобразователя, предназначенным для подключения нагрузок, через группы дополнительных ключей (19,20), (21,22), (23,24), (25,2б), (27,28), (29,30).
Преобразователь, имеющий две нагрузки, работает следующим образом.
В исходном состоянии часть цепочек работает на первую нагрузку, подключенную к выводам (5,17), а другая часть - на вторую нагрузку, подключенную к выводам (5,18). При этом благодаря определенному порядку коммутации ключей (6-10), (11-16) и (19-30) происходит изменение структуры преобразователя, при котором он оказывается состоящим из k1 и k2 (целые числа) одинаковых повышающих преобразователей, содержащих каждый по n1 и n2 цепочек и работающих в параллель на соответствующие нагрузки. Принцип действия отдельного повышающего преобразователя заключается в периодическом параллельном подзаряде конденсаторов его цепочек от входного источника постоянного напряжения Е через зарядные ключи 1 с их последующим последовательным разрядом на нагрузку через соответствующие данному состоянию разрядные ключи. Поскольку разряд конденсаторов на нагрузку происходит через последовательно соединенный источник Е, то силовая цепь отдельного повышающего преобразователя упрощается за счет уменьшения числа цепочек на единицу. В результате выходные напряжения преобразователя оказываются равными
U1=(n1+1)E, U2=(n2+1)Е,
а процесс регулирования осуществляется изменением n1, n2 и k1, k2 путем управления коммутацией ключей, входящих в его состав. Изменение n1 и n2 позволяет регулировать величины выходных напряжений, а увеличение k1 и k2 приводит к пропорциональному увеличению токов соответствующих нагрузок. При этом цепочки могут отключаться от слаботочной нагрузки и подключаться к нагрузке, ток в которой увеличился и наоборот. Это позволяет более полно использовать установленную емкость силовой цепи преобразователя и, следовательно, улучшить его массогабаритные показатели. Выражение, связывающее k1, n1 и k2, n2 с общим числом цепочек n, имеет вид
(k1n1+k2n2)<n.
Рассмотрим работу преобразователя при n1=1, n2=2, общем числе цепочек n=6 и условии, что все они задействованы в процессе преобразования. В данном случае возможны следующие значения k1 и k2, пропорционально определяющие величины токов в соответствующих нагрузках
(k1=2, k2=2), (k1=4, k2=l).
Например, состояние (k1=2, k2=2) имеет 4 варианта реализации, которые достигаются соответственно периодической коммутацией и отсечкой следующих групп разрядных ключей
[6, 8, 12, 14, 15, 16, 20, 24, 27, 29] и [7, 9, 10, 11, 13, 19, 21, 22, 23, 25, 26, 28, 30],
[8, 10, 11, 12, 14, 16, 19, 21, 24, 28] и [6, 7, 9, 13, 15, 20, 22, 23, 25, 26, 27, 29, 30],
[7, 9, 11, 13, 15, 16, 19, 22, 26, 29] и [6, 8, 10, 12, 14, 20, 21, 23, 24, 25, 27, 28, 30],
[6, 10, 12, 13, 14, 16, 20, 23, 25, 28] и [7, 8, 9, 11, 15, 19, 21, 22, 24, 26, 27, 29, 30].
Периодическая коммутация зарядных 1 и указанных групп разрядных ключей осуществляется в противофазе, т.е. они работают без перекрытий. При этом напряжение на первой нагрузке, подключенной к выводам (5,17), будет равно 2Е, а на второй нагрузке, подключенной к выводам (5,18), ЗЕ. Далее возможны состояния, при которых все цепочки перегруппировываются и работают на каждую из нагрузок в отдельности, обеспечивая в них наибольшие значения токов. Эти состояния (k1=6, k2=0), (k1=0, k2=3) достигаются соответственно периодической коммутацией и отсечкой следующих групп разрядных ключей
[(11-16), 19, 21, 23, 25, 27, 29] и [(6-10), 20, 22, 24, 26, 28, 30],
[6, 8, 10, 12, 14, 16, 20, 24, 28] и [7, 9, 11, 13, 15, 19, 21, 22, 23, 25, 26, 27, 29, 30].
Введение в схему преобразователя дополнительных разрядных ключей (11-16) и дополнительных групп разрядных ключей (19-30) не только обеспечивает его работу на нагрузки с разными уровнями напряжений, но и дает возможность перегруппировки цепочек с одной нагрузки на другую при изменении их токов. Последнее обстоятельство позволяет существенно улучшить массогабаритные показатели преобразователя за счет более полного использования его установленной емкости.
Так, например, для обеспечения рассмотренных выше состояний (k1=6, n1=1) и (k2=3, n2=2) c помощью двух отдельных преобразователей потребуется k1·n1+k2·n2=12 конденсаторно диодных цепочек, а в случае противофазно изменяющихся токов нагрузок, благодаря перегруппировке всех цепочек с одной нагрузки на другую, предлагаемый преобразователь содержит всего лишь k1·n1=k2·n2=6 конденсаторно диодных цепочек.
Таким образом, предлагаемый преобразователь обладает не только более широкими возможностями т.к. способен работать на несколько нагрузок, но и имеет значительно лучшие массогабаритные показатели благодаря сокращению числа конденсаторно-диодных цепочек и более полному использованию его установленной емкости.
Claims (1)
- Регулируемый повышающий преобразователь постоянного напряжения, содержащий входной, выходной и общий выводы для подключения соответственно источника постоянного напряжения и нагрузки, и соединенных параллельно цепочек, включенных между входным и общим выводами, состоящих каждая из последовательно соединенных зарядного диода, конденсатора и зарядного ключа, (n-1) разрядных ключей, каждый из которых включен между разноименными выводами конденсаторов соответствующих смежных цепочек, разрядный ключ, включенный между входным выводом и точкой соединения конденсатора и зарядного ключа последней цепочки, отличающийся тем, что в него введены (n-1) дополнительных разрядных ключей, n дополнительных групп из m ключей и (m-1) выходных выводов для подключения дополнительных нагрузок, причем дополнительные разрядные ключи включены между входным выводом и точкой соединения конденсатора и зарядного ключа соответствующей цепочки, а в каждой дополнительной группе первые выводы ключей соединены друг с другом и точкой соединения конденсатора и зарядного диода соответствующей цепочки, а их вторые выводы соединены с соответствующими выходными выводами преобразователя.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009114014/09A RU2394345C1 (ru) | 2009-04-13 | 2009-04-13 | Регулируемый повышающий преобразователь постоянного напряжения |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009114014/09A RU2394345C1 (ru) | 2009-04-13 | 2009-04-13 | Регулируемый повышающий преобразователь постоянного напряжения |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2394345C1 true RU2394345C1 (ru) | 2010-07-10 |
Family
ID=42684776
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009114014/09A RU2394345C1 (ru) | 2009-04-13 | 2009-04-13 | Регулируемый повышающий преобразователь постоянного напряжения |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2394345C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2734101C1 (ru) * | 2020-05-26 | 2020-10-13 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования «Новосибирский Государственный Технический Университет» | Регулируемый повышающий преобразователь постоянного напряжения |
RU2796260C1 (ru) * | 2022-11-29 | 2023-05-18 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный технический университет" | Регулируемый повышающий преобразователь постоянного напряжения |
-
2009
- 2009-04-13 RU RU2009114014/09A patent/RU2394345C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2734101C1 (ru) * | 2020-05-26 | 2020-10-13 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования «Новосибирский Государственный Технический Университет» | Регулируемый повышающий преобразователь постоянного напряжения |
RU2797908C1 (ru) * | 2022-05-06 | 2023-06-13 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный технический университет" | Регулируемый повышающий преобразователь постоянного напряжения |
RU2796260C1 (ru) * | 2022-11-29 | 2023-05-18 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный технический университет" | Регулируемый повышающий преобразователь постоянного напряжения |
RU2806898C1 (ru) * | 2023-03-15 | 2023-11-08 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Новосибирский Государственный Технический Университет" | Регулируемый повышающий преобразователь постоянного напряжения |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9166501B2 (en) | Power supply unit for converting power between DC and AC and operating method of the same | |
KR101723094B1 (ko) | Mmc 컨버터의 서브모듈 제어기용 전원장치 | |
KR101350532B1 (ko) | 멀티 레벨 컨버터, 이를 갖는 인버터 및 이를 갖는 태양광 전원 공급 장치 | |
CA2910047A1 (en) | Voltage source converter | |
Ranjana et al. | Non-isolated dual output hybrid DC-DC multilevel converter for photovoltaic applications | |
JP2017184608A (ja) | 充電装置、システム、および方法 | |
Athikkal et al. | A voltage multiplier based non isolated high gain DC-DC converter for DC bus application | |
US6958924B2 (en) | Multi-cell energy conversion device | |
KR20150026335A (ko) | 태양광 인버터 | |
WO2014162591A1 (ja) | 電力変換装置 | |
JP2014204457A (ja) | 電力変換装置 | |
RU2394345C1 (ru) | Регулируемый повышающий преобразователь постоянного напряжения | |
US9774256B2 (en) | Dual source DC to DC converter | |
KR102028254B1 (ko) | 차량, 특히 전기 차량 또는 하이브리드 차량, 및 차량의 에너지 저장 셀을 충전하는 방법 | |
RU2505914C2 (ru) | Преобразователь постоянного напряжения | |
JP2016046836A (ja) | 非絶縁型セルバランス回路 | |
RU2453030C1 (ru) | Бестрансформаторный источник питания | |
CN113261189B (zh) | 混合功率转换器与方法 | |
RU2284633C1 (ru) | Регулируемый понижающий преобразователь постоянного напряжения | |
RU2820214C1 (ru) | Суммирующий мощность повышающий преобразователь постоянного напряжения | |
RU2323515C1 (ru) | Регулируемый понижающий преобразователь постоянного напряжения | |
RU2543529C1 (ru) | Высоковольтный преобразователь постоянного напряжения | |
RU2415506C1 (ru) | Регулируемый понижающий преобразователь постоянного напряжения | |
RU2734101C1 (ru) | Регулируемый повышающий преобразователь постоянного напряжения | |
RU224201U1 (ru) | Преобразователь постоянного тока на коммутируемом конденсаторе |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160414 |