RU2566687C2 - Обратимый инвертирующий преобразователь постоянного напряжения - Google Patents
Обратимый инвертирующий преобразователь постоянного напряжения Download PDFInfo
- Publication number
- RU2566687C2 RU2566687C2 RU2013151024/07A RU2013151024A RU2566687C2 RU 2566687 C2 RU2566687 C2 RU 2566687C2 RU 2013151024/07 A RU2013151024/07 A RU 2013151024/07A RU 2013151024 A RU2013151024 A RU 2013151024A RU 2566687 C2 RU2566687 C2 RU 2566687C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- voltage
- transistor
- input
- output
- power supply
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Изобретение относится к системам электропитания, в частности к электрическим преобразователям постоянного напряжения в постоянное напряжение иной полярности заданного уровня как выше, так и ниже уровня напряжения источника питания, и может быть использовано для электроснабжения активной нагрузки с возможностью рекуперации энергии. Технический результат заключается в реализации электрического преобразователя постоянного напряжения в постоянное напряжение иной полярности заданного уровня как выше, так и ниже уровня напряжения источника питания, а также возможности осуществления рекуперации электрической энергии от активной нагрузки в источник питания для его подзарядки. Для этого заявленное устройство снабжено дополнительным диодом, транзистором и конденсатором. Изменяя скважность работы транзисторов, можно осуществлять изменение или стабилизацию уровня выходного напряжения с изменением полярности напряжения относительно входного, а также осуществлять регулирование тока заряда источника питания от энергии накопленной активной нагрузкой. Таким образом, обратимый инвертирующий преобразователь постоянного напряжения имеет симметричную схему построения относительно входа и выхода и обладает возможностью пропускать электрическую энергию в обе стороны. 2 ил.
Description
Предложение относится к системам электропитания, в частности к электрическим преобразователям постоянного напряжения в постоянное напряжение иной полярности заданного уровня как выше, так и ниже уровня напряжения источника питания, и может быть использовано для электроснабжения активной нагрузки с возможностью рекуперации энергии. Рекуперация энергии от активной нагрузки в источник питания может быть использована для подзарядки химического источника питания.
Известно устройство инвертирующего преобразователя постоянного напряжения [Моин B.C. Стабилизированные транзисторные преобразователи. - М.: Энергоатомиздат, 1986. с.13 и с.121 или Семенов Б.Ю. Силовая электроника от простого к сложному. - М.: СОЛОН-Пресс, 2005, с.257], содержащее входной и выходной накопительные конденсаторы, транзистор, накопительный дроссель и диод. Недостатком известного устройства является то, что в зависимости от скважности и нагрузки он может работать в режимах прерывистого и непрерывного тока индуктивности. В этих режимах статические и динамические свойства преобразователя различаются, поэтому работа преобразователя будет происходить с разной эффективностью.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является выбранное в качестве прототипа устройство инвертирующего преобразователя постоянного напряжения [МПК H02M 3/10, патент RU 2214673 C2, заявка: 2000127778/09, 04.11.2000, Исхаков В.А. Инвертирующий преобразователь постоянного напряжения], содержащее два входных и два выходных зажима, два управляемых ключа, катушку индуктивности, диод и конденсатор. Известное устройство исключено недостатков, отмеченных ранее. К недостаткам заявленного устройства можно отнести то, что при такой схемной реализации невозможно осуществить рекуперацию энергии от активной нагрузки в источник питания.
Предлагаемый инвертирующий преобразователь постоянного напряжения в постоянное, позволяет изменять полярность и уровень выходного напряжения как выше, так и ниже уровня входного напряжения, а также осуществлять рекуперацию электрической энергии от активной нагрузки в источник питания. К достоинствам предлагаемого электрического преобразователя можно также отнести возможность осуществлять регулирование потока рекуперируемой энергии.
Описанные преимущества достигаются тем, что электрический преобразователь снабжен дополнительным диодом, транзистором и входным конденсатором. Изменяя скважность работы транзисторов, можно осуществлять изменение или стабилизацию уровня выходного напряжения относительно входного, а также осуществлять регулирование тока заряда источника питания от энергии, запасенной в активной нагрузке.
Обратимый инвертирующий преобразователь постоянного напряжения, схема которого представлена на Фиг. 1, состоит из двух входных 1, 2 и двух выходных 3, 4 зажимов, предназначенных для соединения с источником питания 5 и нагрузкой 6 соответственно, содержащий транзистор 7, накопительный дроссель 8, диод 9 и выходной конденсатор 10. Коллектор транзистора 7 соединен с положительным входным зажимом 1, эмиттер транзистора 7 соединен с катодом диода 9 и первым выводом накопительного дросселя 8. Отрицательный вывод 2 входного и положительный вывод 4 выходного зажимов соединены между собой и соединены с положительным выводом выходного конденсатора 10 и вторым выводом накопительного дросселя 8, а отрицательный вывод конденсатора 10 соединен с анодом диода 9. Обратимый инвертирующий преобразователь снабжен дополнительным диодом 11, транзистором 12 и входным конденсатором 13. Эмиттер введенного транзистора 12 соединен с анодом первого диода 9 и отрицательным выходным зажимом 3, а коллектор этого транзистора 12 соединен с эмиттером первого транзистора 7, катодом первого диода 9, первым выводом накопительного дросселя 8 и анодом вновь введенного диода 11. Катод введенного диода 11 соединен с положительным выводом входного зажима 1 и положительным выводом входного конденсатора 13, отрицательный вывод которого соединен с отрицательным выводом входного зажима 2.
Работа схемы электрического преобразователя происходит следующим образом. В режиме, когда энергия идет от источника питания 5 в нагрузку 6, при необходимости регулирования или стабилизации уровня выходного напряжения (напряжения на нагрузке) относительно входного транзистор 7 работает в ключевом режиме со скважностью γ7
γ7=t7/T;
при этом напряжение на выходе преобразователя определяется согласно
где t7 - время замкнутого состояния транзистора 7, T - период повторяемости импульсов, Uвых - требуемый уровень выходного напряжения, Uвх - уровень входного напряжения.
При этом транзистор 12 закрыт. В тот момент времени, когда транзистор 7 включен, происходит накопление энергии в дросселе 8. Ток заряда течет по цепи "плюс" источника питания 5 и входного конденсатора 13 через транзистор 7 накопительный дроссель 8 и на "минус" источника питания 5 и входного конденсатора 13. При этом ток через дроссель 8 нарастает по линейному закону. После закрытия транзистора 7 энергия, накопленная в дросселе 8, передается в нагрузку 6 и на заряд выходного конденсатора 10. С учетом первого закона коммутации о том, что ток через индуктивность дросселя 8 не может измениться скачком, то цепь для протекания тока накопительного дросселя образуется через нагрузку 6 и параллельно подключенный выходной конденсатор 10, диод 9 и обратно на дроссель 8. В результате чего происходит заряд накопительного конденсатора 10 и нарастание напряжения на нагрузке 6. При этом при γ7<0,5 схема работает с понижением уровня выходного напряжения относительно входного, при γ7>0,5 - с повышением, и при γ7=0,5 с равенством уровня выходного напряжения входному.
Таким образом, происходит передача энергии от источника в нагрузку, осуществляемая через промежуточный накопитель электрической энергии - накопительный дроссель 8.
В случае, когда нагрузка носит активный характер и может работать в генераторном режиме работы можно использовать этот режим работы для отдачи энергии в химический источник питания 5, тем самым повысив энергетическую эффективность всей энергоустановки, что особенно актуально для автономных систем электроснабжения. Такой тип нагрузки характерен для электромеханических преобразователей, например электрических машин постоянного тока в случае ее перехода в генераторный режим работы.
Работа схемы в таком режиме происходит следующим образом. При необходимости рекуперации энергии от нагрузки 6, работающей в генераторном режиме, в источник питания 5 транзистор 12 работает в ключевом режиме со скважностью γ12=t12/Т. При этом транзистор 7 работает со скважностью, равной 0, то есть закрыт. Таким образом, в случае рекуперации энергии от активной нагрузки 6 в источник питания 5 функции управления ключами - транзисторами 7 и 12 меняются местами. Скважность работы транзистора 12 должна быть такой, чтобы ток заряда источника питания 5 соответствовал требуемому значению.
Таким образом, используя промежуточный накопитель энергии - накопительный дроссель 8, транзисторы 7, 12 и отсекающие диоды 11 и 9 можно реализовать двунаправленный обмен энергиями с инвертированием напряжения между источником питания и активной нагрузкой. Схему, изображенную на Фиг. 1, можно перерисовать согласно Фиг. 2, при этом все процессы, происходящие на Фиг. 1, справедливы и для Фиг. 2. Схема на Фиг. 2 является абсолютно симметричной и универсальной относительно входа и выхода и более наглядно отображает смысл и физику процессов происходящих в обратимом инвертирующем преобразователе постоянного напряжения.
Таким образом, обратимый инвертирующий преобразователь постоянного напряжения имеет симметричную схему построения относительно входа и выхода и обладает возможностью пропускать электрическую энергию в обе стороны.
Claims (1)
- Обратимый инвертирующий преобразователь постоянного напряжения, имеющий два входных и два выходных зажима для соединения с источником питания и нагрузкой соответственно, содержащий транзистор, накопительный дроссель, диод и выходной конденсатор, причем коллектор транзистора соединен с положительным входным зажимом, эмиттер транзистора соединен с катодом диода и первым выводом накопительного дросселя, а отрицательный вывод входного и положительный вывод выходного зажимов соединены между собой и соединены с положительным выводом выходного конденсатора и вторым выводом накопительного дросселя, а отрицательный вывод конденсатора соединен с анодом диода, отличающийся тем, что преобразователь снабжен дополнительными диодом, транзистором и входным конденсатором, эмиттер введенного транзистора соединен с анодом первого диода и отрицательным выходным зажимом, а коллектор этого транзистора соединен с эмиттером первого транзистора, катодом первого диода, первым выводом накопительного дросселя и анодом введенного диода, катод которого соединен с положительным выводом входного зажима и положительным выводом входного конденсатора, отрицательный вывод которого соединен с отрицательным выводом входного зажима.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013151024/07A RU2566687C2 (ru) | 2013-11-15 | 2013-11-15 | Обратимый инвертирующий преобразователь постоянного напряжения |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013151024/07A RU2566687C2 (ru) | 2013-11-15 | 2013-11-15 | Обратимый инвертирующий преобразователь постоянного напряжения |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2013151024A RU2013151024A (ru) | 2015-05-20 |
RU2566687C2 true RU2566687C2 (ru) | 2015-10-27 |
Family
ID=53283914
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013151024/07A RU2566687C2 (ru) | 2013-11-15 | 2013-11-15 | Обратимый инвертирующий преобразователь постоянного напряжения |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2566687C2 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2762787C1 (ru) * | 2021-02-25 | 2021-12-22 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Устройство для форсирования переходных процессов в многофазных механизмах с дополнительной рекуперацией энергии в цепь питания |
RU2792636C1 (ru) * | 2022-03-25 | 2023-03-22 | Акционерное общество "Научно-производственная корпорация "Космические системы мониторинга, информационно-управляющие и электромеханические комплексы" имени А.Г. Иосифьяна" АО "Корпорация "ВНИИЭМ" | Инвертирующий преобразователь постоянного напряжения накопительного типа |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU6956U1 (ru) * | 1997-07-08 | 1998-06-16 | Томский политехнический университет | Преобразователь постоянного напряжения |
RU2214673C2 (ru) * | 2000-11-04 | 2003-10-20 | Исхаков Владимир Альбертович | Инвертирующий преобразователь постоянного напряжения |
EP1610450A2 (en) * | 2004-06-16 | 2005-12-28 | Hitachi, Ltd. | Power converter system for railway vehicles |
-
2013
- 2013-11-15 RU RU2013151024/07A patent/RU2566687C2/ru active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU6956U1 (ru) * | 1997-07-08 | 1998-06-16 | Томский политехнический университет | Преобразователь постоянного напряжения |
RU2214673C2 (ru) * | 2000-11-04 | 2003-10-20 | Исхаков Владимир Альбертович | Инвертирующий преобразователь постоянного напряжения |
EP1610450A2 (en) * | 2004-06-16 | 2005-12-28 | Hitachi, Ltd. | Power converter system for railway vehicles |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2762787C1 (ru) * | 2021-02-25 | 2021-12-22 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Устройство для форсирования переходных процессов в многофазных механизмах с дополнительной рекуперацией энергии в цепь питания |
RU2792636C1 (ru) * | 2022-03-25 | 2023-03-22 | Акционерное общество "Научно-производственная корпорация "Космические системы мониторинга, информационно-управляющие и электромеханические комплексы" имени А.Г. Иосифьяна" АО "Корпорация "ВНИИЭМ" | Инвертирующий преобразователь постоянного напряжения накопительного типа |
RU224981U1 (ru) * | 2023-11-30 | 2024-04-11 | Общество с ограниченной ответственностью "К-Инвертор" | Двунаправленный силовой преобразователь |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2013151024A (ru) | 2015-05-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP3002863A1 (en) | Single inductor dc-dc converter with regulated output, energy storage and energy harvesting system | |
CN205178878U (zh) | 一种含倍压单元的单开关高增益变换器 | |
JP2016140192A (ja) | 双方向dc−dcコンバータ、パワーコンディショナ及び分散型電源システム | |
CN203896186U (zh) | 一种电荷泵电路 | |
US9548657B2 (en) | Power device | |
US8384356B2 (en) | Self contained power source | |
CN101378228B (zh) | 一种电源转换控制装置及电源电路 | |
CN103718444A (zh) | 全桥电力变换装置 | |
CN102801407A (zh) | 栅极驱动电路 | |
CN101373930B (zh) | 直流电压转换电路 | |
RU2566687C2 (ru) | Обратимый инвертирующий преобразователь постоянного напряжения | |
JP5665649B2 (ja) | Dc/dc電力変換装置 | |
CN103532382A (zh) | 一种开关电源电路 | |
RU158535U1 (ru) | Преобразователь постоянного напряжения в постоянное | |
CN111800012B (zh) | 用于串联连接的多个电源单元的动作点控制电路装置 | |
JP2012239324A5 (ru) | ||
RU2601437C1 (ru) | Зарядное устройство емкостного накопителя энергии | |
RU120291U1 (ru) | Система резервного электропитания на суперконденсаторе с бустерной схемой | |
RU125787U1 (ru) | Обратимый преобразователь постоянного напряжения с инверторно-трансформаторным звеном высокой частоты | |
RU109353U1 (ru) | Обратимый импульсный преобразователь постоянных напряжений | |
RU2549194C1 (ru) | Обратимый понижающий преобразователь постоянного напряжения | |
RU115980U1 (ru) | Многофазный преобразователь напряжения (варианты) | |
Eguchi et al. | A high voltage generation using a hybrid Marx generator with Fibonacci operation | |
RU2689804C1 (ru) | Импульсный регулятор постоянного напряжения | |
RU2503113C1 (ru) | Устройство заряда накопительного конденсатора |