RU2723565C1

RU2723565C1 - Dc/dc converter

Info

Publication number: RU2723565C1
Application number: RU2019140945A
Authority: RU
Inventors: Вагиз Александрович Кабиров; Никита Павлович Винтоняк; Валерий Дмитриевич Семенов; Роман Геннадьевич Калинин; Алмаз Омурзакович Сулайманов; Галина Дмитриевна Семенова
Priority date: 2019-12-09
Filing date: 2019-12-09
Publication date: 2020-06-16

Abstract

FIELD: electrical engineering.SUBSTANCE: direct current to direct current converter relates to electrical engineering and can be used in power conversion equipment, electrochemistry, for supplying superconducting accumulators, for fast charging of electric transport accumulators. Converter comprises a bridge inverter made on controlled keys, the control inputs of which are connected to the corresponding outputs of the control unit. Inverter has positive and negative leads, which form its input, which is input of converter, and two AC outputs of controlled keys. Converter also has N transformer-rectifier modules (TRM). Each TRM comprises two two-winding throttles and a rectifier made on two semiconductor synchronous switches, control inputs of which are connected to additional outputs of the control unit through galvanically isolated amplifiers. Beginnings of primary windings of throttles are combined, and their ends form first and second TRM outputs, which form TRM input. Beginnings of secondary windings of throttles are connected to anodes of synchronous keys. Ends of secondary windings of throttles are combined and form the second output TRM. Synchronous semiconductor switch cathodes are also combined to form a first TRM pin. First and second TRM outputs form the output of each TRM, which are connected in parallel and form the output of the converter. Inputs of all TRM are connected in series. Free leads formed by the first TRM first pin and the last TRM second pin are connected to the bridge inverter AC outputs.EFFECT: high stiffness of the output characteristic of the power supply and reduction of its installed power by reducing the transformation ratio of each two-winding throttle.1 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области электроники и электротехники и может быть использовано в силовой преобразовательной технике, электропитании, энергетике, электрохимии, гальванотехнике, в сварочных установках, в комплексах для прогрузки автоматических выключателей постоянным током, а также для заряда индуктивных сверхпроводящих накопителей и в зарядных устройствах для быстрой зарядки аккумуляторов электротранспорта.The invention relates to the field of electronics and electrical engineering and can be used in power conversion technology, power supply, energy, electrochemistry, electroplating, in welding installations, in complexes for loading circuit breakers with direct current, as well as for charging inductive superconducting drives and in chargers for fast charging electric vehicle batteries.

Во всех указанных областях применения, где реализуются вышеназванные технологии, требуется, чтобы преобразователи постоянного тока обеспечивали высокие значения токов (сотни и тысячи ампер) и малое значение выходного напряжения (до 50 вольт) при максимально возможном КПД и одновременном снижении массогабаритных показателей.In all these applications, where the above technologies are implemented, it is required that DC converters provide high currents (hundreds and thousands of amperes) and a low value of the output voltage (up to 50 volts) at the maximum possible efficiency and at the same time reduce the overall dimensions.

Известен способ плавного регулирования величины и изменения фазы напряжения перемненого тока [1. Патент РФ №2266608 на изобретение, МПК⁷ Н02М 3/22, Н02М 7/527, G05F 1/56, опубликовано 20.12.2005 г.]. В источнике [1] представлено устройство (преобразователь) для реализации этого способа, которое содержит инвертор, выполненный на ключах; трансформаторно-выпрямительный модуль, состоящий из высокочастотного трансформатора и синхронного выпрямителя и выходной LC-фильтр. Высокочастотный трансформатор выполнен трехобмоточным, имеет одну первичную и две вторичные обмотки. Конец первой вторичной обмотки соединен с началом второй вторичной обмотки и образует общий выход схемы, а начало первой вторичной обмотки и конец второй вторичной обмотки подключены соответственно к входам соответствующих ключей синхронного выпрямителя, при чем выходы этих ключей объеденены и подключены к выходному фильтру, выход которого образует выход устройства реализующего данный способ по аналогу [1]. Этот преобразователь позволяет получить необходимый ток за счет увеличения коэффициента трансформации высокочастотного трансформатора и осуществить изменение фазы за счет синхронного выпрямителя.A known method for smoothly controlling the magnitude and phase change of the voltage of the alternating current [1. RF patent No. 2266608 for the invention, IPC ⁷ Н02М 3/22, Н02М 7/527, G05F 1/56, published on December 20, 2005]. The source [1] presents a device (converter) for implementing this method, which contains an inverter made on the keys; transformer-rectifier module, consisting of a high-frequency transformer and a synchronous rectifier and an output LC filter. The high-frequency transformer is made of three-winding, has one primary and two secondary windings. The end of the first secondary winding is connected to the beginning of the second secondary winding and forms a common circuit output, and the beginning of the first secondary winding and the end of the second secondary winding are connected respectively to the inputs of the corresponding keys of the synchronous rectifier, and the outputs of these keys are connected and connected to the output filter, the output of which forms the output of the device that implements this method by analogy [1]. This converter allows you to obtain the necessary current by increasing the transformation coefficient of the high-frequency transformer and to carry out a phase change due to the synchronous rectifier.

Однако при увеличении коэффициента трансформации с целью получения низкого выходного напряжения преобразователя (до 50 вольт), увеличивается индуктивность рассеяния трансформаторов, что приводит к росту внутреннего сопротивления синхронного выпрямителя и увеличению потерь постоянной составляющей выпрямленного напряжения. Увеличение внутреннего сопротивления синхронного выпрямителя приводит к «мягкой» (падающей) выходной характеристике преобразователя, и требует повышения установленной (габаритной) мощности преобразователя, и, как следствие, к ухудшению его массогабаритных показателей. Кроме того дроссель выходного фильтра и высокочастотный трансформатор реализованы на сердечниках, имеющих не связанные между собой габаритные размеры, и плохо компонуются в готовом изделии, что приводит к недоиспользованию рабочего объема в корпусе преобразователя и ухудшению его массогабаритных показателей. При этом реализация сильноточного трехобмоточного трансформатора является сложной технологической задачей. Кроме того, использование выходного LC-фильтра, приводит к увеличению количества сильноточных электрических контактов, что в свою очередь приводит к дополнительным падениям выходного напряжения на этих контактах и в целом снижает КПД преобразователя (что особенно важно при получении больших токов, сотни и тысячи ампер, при низких выходных напряжениях до 50 вольт). Кроме того транзисторные ключи синхронного выпрямителя должны быть рассчитаны на большие токи (сотни и тысячи ампер), что в свою очередь приводит к необходимости параллельного включения транзисторов на меньшие токи, а это приводит к неравномерному делению токов между этими транзисторами и снижает надежность преобразователя.However, with an increase in the transformation coefficient in order to obtain a low output voltage of the converter (up to 50 volts), the transformer dissipation inductance increases, which leads to an increase in the internal resistance of the synchronous rectifier and an increase in the loss of the DC component of the rectified voltage. An increase in the internal resistance of a synchronous rectifier leads to a “soft” (falling) output characteristic of the converter, and requires an increase in the installed (overall) power of the converter, and, as a result, to a deterioration in its overall dimensions. In addition, the output filter choke and the high-frequency transformer are implemented on cores having unconnected overall dimensions and are poorly assembled in the finished product, which leads to underutilization of the working volume in the converter housing and deterioration of its overall dimensions. Moreover, the implementation of a high-current three-winding transformer is a complex technological task. In addition, the use of an output LC filter leads to an increase in the number of high-current electrical contacts, which in turn leads to additional drops in the output voltage at these contacts and generally reduces the efficiency of the converter (which is especially important when receiving high currents, hundreds and thousands of amperes, at low output voltages up to 50 volts). In addition, the transistor switches of a synchronous rectifier must be designed for high currents (hundreds and thousands of amperes), which in turn leads to the need for parallel switching of transistors into lower currents, and this leads to an uneven division of currents between these transistors and reduces the reliability of the converter.

Из уровня техники известен преобразователь постоянного напряжения в постоянное напряжение [2 Патент на изобретение РФ №2539560, МПК (2006.01) Н02М 3/00, Н02М 3/335, опубликовано 20.01.2015]. Это устройство содержит два параллельно включенных инвертора, выполненных на транзисторах, два трансформаторно-выпрямительных блока, каждый из которых состоит из трехобмоточных трансформаторов и двух параллельно соединенных выпрямителей, выполненных на диодах. Это устройство [2] обеспечивает коммутацию транзисторных ключей практически при нуле тока, тем самым многократно снижаются динамические потери на транзисторах преобразователя, что ведет к увеличению его КПД. По сравнению с аналогом [1] требования к ключам выпрямителя снижаются в два раза, за счет параллельного включения выходных выпрямителей, что в свою очередь позволяет использовать высокочастотные диоды на меньшие токи.A converter of direct voltage to direct voltage is known from the prior art [2 Patent for the invention of the Russian Federation No. 2539560, IPC (2006.01) Н02М 3/00, Н02М 3/335, published January 20, 2015]. This device contains two parallel-connected inverters made on transistors, two transformer-rectifier blocks, each of which consists of three-winding transformers and two parallel-connected rectifiers made on diodes. This device [2] provides switching of transistor switches almost at zero current, thereby greatly reducing the dynamic losses on the transistors of the converter, which leads to an increase in its efficiency. Compared with the analogue [1], the requirements for the rectifier keys are reduced by half due to the parallel connection of the output rectifiers, which in turn allows the use of high-frequency diodes for lower currents.

Однако при увеличении коэффициента трансформации в аналоге [2] также как и в [1] с целью получения низкого выходного напряжения (до 50 вольт) увеличивается индуктивность рассеяния, что также приводит к «мягкой» выходной характеристике преобразователя, а значит к повышенной установленной (габаритной) мощности преобразователя, и к ухудшению его массогабаритных показателей. Кроме того, использование в аналоге [2] трехобмоточных трансформаторов, также как и в [1], приводит к их сложной технологической реализации, особенно при формировании больших токов (сотни и тысячи ампер). Кроме того использование двух инверторов приводит к увеличению массогабаритных показателей преобразователя. В тоже время величина прямого падения напряжения на полупроводниковых диодах в аналоге [2], которое значительно больше падения напряжения на синхронных выпрямителях в аналоге [1], требует повышения установленной (габаритной) мощности преобразователя и снижает его КПД (особенно при низких выходных напряжениях до 50 вольт). Кроме того, в известном преобразователе [2] не обеспечивается равномерное деление выходного тока между двумя преобразователями, что приводит к их неравномерной загрузке и, как следствие, к уменьшению надежности преобразователя в целом.However, with an increase in the transformation coefficient in the analogue [2] as well as in [1] in order to obtain a low output voltage (up to 50 volts), the leakage inductance increases, which also leads to a “soft” output characteristic of the converter, and therefore to an increased installed (overall) ) the power of the converter, and to the deterioration of its overall dimensions. In addition, the use of three-winding transformers in the analogue [2], as well as in [1], leads to their complex technological implementation, especially when generating large currents (hundreds and thousands of amperes). In addition, the use of two inverters leads to an increase in the overall dimensions of the converter. At the same time, the magnitude of the direct voltage drop across the semiconductor diodes in the analogue [2], which is much larger than the voltage drop across the synchronous rectifiers in the analogue [1], requires an increase in the installed (overall) power of the converter and reduces its efficiency (especially at low output voltages up to 50 volt). In addition, in the known Converter [2] does not provide a uniform division of the output current between the two converters, which leads to their uneven loading and, as a result, to a decrease in the reliability of the converter as a whole.

Из уровня техники известен преобразователь постоянного тока в постоянный [3. Авторское свидетельство СССР №1541726, МПК⁵ Н02М 3/315, Н02М 3/337, опубликовано 07.02.1990]. Этот преобразователь [3] содержит мостовой инвертор, выполненный на управляемых ключах, трансформаторно-выпрямительный модуль (в [3] назван согласующим электромагнитным блоком), который состоит из двух трансформаторов (реакторов в терминологии [3]). Начала первичных обмоток трансформаторов соединены последовательно, а их концы подключены к выходу инвертора (диагональ переменного тока в терминологии [3]). Начала вторичных обмоток трансформаторов объеденены и образуют общий вывод преобразователя, а концы подключены соответственно к анодам диодов, катоды которых объеденены и образуют выход выпрямителя. Этот преобразователь, по мнению авторов [3], позволяет улучшить массогабаритные показатели электромагнитных элементов и снизить установленную мощность ключей. Габаритные размеры магнитных систем трансформаторов (реакторов) идентичны, что обеспечивает их плотную компановку и ведет к улучшению массогабаритных показателей. Трансформаторы выполнены двухобмоточными, что по сравнению с аналогами [1] и [2] является более технологичным. Кроме того трансформаторы (реакторы), за счет попеременной работы (в качестве фильтра всегда выступает один из реакторов), позволяют сгладить выходной ток, что в свою очередь дает возможность применять данный преобразователь без выходного фильтра, что приводит к уменьшению количества электрических контактов в выходной сильноточной цепи и соответственно к повышению КПД по сравнению с аналогами [1] и [2].The prior art known Converter DC to DC [3. USSR author's certificate No. 1541726, IPC ⁵ Н02М 3/315, Н02М 3/337, published on 02/07/1990]. This converter [3] contains a bridge inverter made on controlled keys, a transformer-rectifier module (in [3] called a matching electromagnetic unit), which consists of two transformers (reactors in terminology [3]). The beginnings of the primary windings of transformers are connected in series, and their ends are connected to the inverter output (diagonal of alternating current in terminology [3]). The beginnings of the secondary windings of the transformers are combined and form the common output of the converter, and the ends are connected respectively to the anodes of the diodes, the cathodes of which are connected and form the output of the rectifier. This converter, according to the authors of [3], can improve the overall dimensions of the electromagnetic elements and reduce the installed power of the keys. The overall dimensions of the magnetic systems of transformers (reactors) are identical, which ensures their tight arrangement and leads to an improvement in overall dimensions. The transformers are double winding, which is more technologically advanced compared to the analogs [1] and [2]. In addition, transformers (reactors), due to alternate operation (one of the reactors always acts as a filter), can smooth the output current, which in turn makes it possible to use this converter without an output filter, which reduces the number of electrical contacts in the output high-current chain and, accordingly, to increase efficiency compared to analogues [1] and [2].

Однако получение малых выходных напряжений в этом преобразователе [3] также связано с увеличением коэффициента трансформации реакторов, что ведет к увеличению их индуктивности рассеяния, а это в свою очередь приводит также как и в [1], [2] к «мягкой» выходной характеристике преобразователя и как следствие к завышению установленной (габаритной) мощности преобразователя. Кроме того, при низких напряжениях этот преобразователь имеет низкий КПД за счет прямого падения напряжения на выпрямительных диодах. Также при реализации такого преобразователя на большие токи (сотни и тысячи ампер), требуются дорогостоящие высокочастотные полупроводниковые диоды, что в свою очередь приводит к необходимости параллельного включения диодов на меньшие токи, что приводит к ухудшению массогабаритных показателей преобразователя и неравномерному делению тока между выпрямительными диодами, что также приводит к снижению надежности преобразователя.However, obtaining small output voltages in this converter [3] is also associated with an increase in the transformation coefficient of reactors, which leads to an increase in their scattering inductance, and this, in turn, leads, as in [1], [2], to a “soft” output characteristic converter and, as a consequence, to overstating the installed (overall) power of the converter. In addition, at low voltages, this converter has low efficiency due to a direct voltage drop across the rectifier diodes. Also, when such a converter is implemented for high currents (hundreds and thousands of amperes), expensive high-frequency semiconductor diodes are required, which in turn leads to the need for parallel switching of diodes to lower currents, which leads to a deterioration in the overall dimensions of the converter and uneven current division between rectifier diodes, which also reduces the reliability of the converter.

Из уровня техники известно устройство - «Источник питания сварочной дуги постоянного тока» [4. Патент на полезную модель РФ №91915, МПК (2006.01) B23K 9/00, Н02М 3/22, опубликовано 10.03.2010], которое является наиболее близким по технической сути к заявляемому устройству и взято за прототип. В известной полезной модели [4], с целью увеличения выходного тока, источник питания выполнен на параллельно включенных преобразователях M1-MN. Каждый из этих преобразователей в источнике питания [4] состоит из мостового инвертора, выполненного на управляемых ключах и трансформаторно-выпрямительного модуля ТВМ (в [4] назван согласующим электромагнитным блоком), содержащего два многообмоточных дросселя. Начала первичных обмоток многообмоточных дросселей объединены, а их концы подключены к выводам переменного тока инвертора. Концы вторичных обмоток дросселей объединены и образуют второй выход преобразователя, а начала вторичных обмоток дросселей подключены к первым входам полупроводниковых ключей выпрямителя - анодам диодов, катоды которых (вторые выводы полупроводниковых ключей выпрямителя) объединены и образуют первый выход преобразователя. Каждый из преобразователей M1-MN имеет блок управления, выходы которого соединены с управляемыми входами ключей инвертора. Этот источник питания [4] позволяет получить требуемое значение постоянного тока, за счет параллельного включения N преобразователей. Двухобмоточные дроссели в [4], также как и в аналоге [3], попеременно выполняют функцию фильтра, поэтому применение выходного фильтра не требуется. Сердечники магнитных систем двухобмоточных дросселей в [3, 4] идентичны, что обеспечивает их плотную компановку и ведет к уменьшению массогабаритных показателей. Требования к ключам выпрямителя по току в [4] снижены в N раз, за счет параллельного включения выходных выпрямителей, что в свою очередь позволяет использовать высокочастотные диоды на меньшие токи.The prior art device is known as “Power supply for a DC welding arc” [4. Utility Model Patent of the Russian Federation No. 91915, IPC (2006.01) B23K 9/00, Н02М 3/22, published March 10, 2010], which is the closest in technical essence to the claimed device and is taken as a prototype. In the known utility model [4], in order to increase the output current, the power source is made on parallel-connected M1-MN converters. Each of these converters in the power source [4] consists of a bridge inverter made on controlled keys and a transformer-rectifier module TBM (in [4] it is called a matching electromagnetic unit) containing two multi-winding chokes. The beginnings of the primary windings of multi-winding chokes are combined, and their ends are connected to the inverter's AC terminals. The ends of the secondary windings of the chokes are combined and form the second output of the converter, and the beginnings of the secondary windings of the chokes are connected to the first inputs of the rectifier semiconductor switches - the anodes of the diodes, the cathodes of which (the second conclusions of the rectifier semiconductor switches) are combined and form the first converter output. Each of the M1-MN converters has a control unit, the outputs of which are connected to the controlled inputs of the inverter keys. This power source [4] allows you to get the desired value of direct current, due to the parallel connection of N converters. The double-winding chokes in [4], as well as in the analogue [3], alternately serve as a filter, so the use of an output filter is not required. The cores of the magnetic systems of double-winding chokes in [3, 4] are identical, which ensures their tight arrangement and leads to a decrease in overall dimensions. The requirements for the rectifier current keys in [4] are reduced N times, due to the parallel connection of the output rectifiers, which in turn allows the use of high-frequency diodes for lower currents.

Однако получение большого тока (сотни и тысячи ампер) при низких значениях напряжения (до 50 вольт) в этом источнике питания [4], также как в аналогах [1], [2] и [3], достигается увеличением коэффициента трансформации двухобмоточных дросселей, что ведет к увеличению их индуктивности рассеяния, и в свою очередь приводит к «мягкой» выходной характеристике источника питания, а, следовательно, к завышению установленной (габаритной) мощности источника питания и как следствие к ухудшению его массогабаритных показателей. Кроме того падение напряжения на диодах [4] не позволяет получить максимально возможный КПД источника питания, а наличие N инвероров в N преобразователях приводит к ухудшению массогабаритных показателей источника питания в целом. В известном устройстве - прототипе [4] также как и в аналоге [2] наблюдается неравномерное распределение тока между преобразователями, но в отличии от [2] в прототипе [4] данный недостаток устранен (в статике) путем введения обратных связей по току, но это не гарантирует равномерного деления тока в переходных процессах (в динамике), а значит также снижает надежность преобразователя в целом.However, obtaining a large current (hundreds and thousands of amperes) at low voltage values (up to 50 volts) in this power source [4], as well as in analogs [1], [2] and [3], is achieved by increasing the transformation coefficient of double-winding reactors, which leads to an increase in their scattering inductance, and in turn leads to a “soft” output characteristic of the power source, and, therefore, to an overestimation of the installed (overall) power of the power source and, as a result, to a deterioration in its overall dimensions. In addition, the voltage drop across the diodes [4] does not allow to obtain the maximum possible efficiency of the power source, and the presence of N inverters in N converters leads to a deterioration in the overall dimensions of the power source. In the known device - the prototype [4] as well as in the analogue [2] there is an uneven distribution of current between the converters, but unlike [2] in the prototype [4] this drawback is eliminated (in statics) by introducing current feedback, but this does not guarantee uniform current division in transients (in dynamics), and therefore also reduces the reliability of the converter as a whole.

Таким образом отмеченные выше недостатки позволяют сформулировать техническую проблему, связанную с необходимостью создания надежного преобразователя постоянного тока в постоянный ток, обеспечивающего получение большого значения выходного тока (сотни и тысячи ампер) при низких значениях напряжения (до 50 вольт) и имеющего при этом улучшенные массогабаритные показатели и повышенное значение КПД.Thus, the disadvantages noted above make it possible to formulate a technical problem associated with the need to create a reliable DC to DC converter, which provides a large output current value (hundreds and thousands of amperes) at low voltage values (up to 50 volts) and having improved overall dimensions and increased value of efficiency.

Техническим результатом заявляемого изобретения при решении указанной выше технической проблемы является увеличение «жесткости» выходной характеристики источника питания, и снижение его установленной (габаритной) мощности, путем снижения коэффициента трансформации каждого двухобмоточного дросселя при последовательном соединении их первичных обмоток и параллельном соединении их вторичных обмоток, при одновременном обеспечении равномерного деления тока нагрузки между всеми ТВМ и их полупроводниковыми ключами, как в статике, так и динамике.The technical result of the claimed invention in solving the above technical problem is to increase the "rigidity" of the output characteristic of the power source, and to reduce its installed (overall) power, by reducing the transformation coefficient of each double-winding inductor with a series connection of their primary windings and parallel connection of their secondary windings, with at the same time ensuring uniform division of the load current between all TVMs and their semiconductor switches, both in statics and dynamics.

В заявляемом изобретении техническая проблема и технический результат достигается тем, что заявляемое устройство, как и прототип, содержит мостовой инвертор, выполненный на управляемых ключах, управляющие входы которых соединены с соответствующими выходами блока управления. Преобразователь содержит также, по крайней мере, два трансформаторно-выпрямительных модуля ТВМ, каждый из которых содержит выпрямитель и два двухобмоточных дросселя. При этом начала первичных обмоток дросселей объединены, а концы их первичных обмоток образуют первый и второй выводы, являющиеся входом ТВМ. Концы вторичных обмоток дросселей объединены и образуют второй вывод выхода ТВМ. Начала вторичных обмоток дросселей подключены к анодам соответствующих диодов выпрямителя, а катоды диодов объединены и образуют первый вывод выхода ТВМ. Выходы трансформаторно-выпрямительных модулей соединены параллельно и образуют выход преобразователя.In the claimed invention, the technical problem and the technical result is achieved by the fact that the claimed device, like the prototype, contains a bridge inverter made on controlled keys, the control inputs of which are connected to the corresponding outputs of the control unit. The converter also contains at least two transformer-rectifier modules TBM, each of which contains a rectifier and two double-winding chokes. In this case, the beginning of the primary windings of the chokes are combined, and the ends of their primary windings form the first and second conclusions, which are the input of the TBM. The ends of the secondary windings of the chokes are combined and form the second output of the TBM output. The beginning of the secondary windings of the chokes are connected to the anodes of the corresponding rectifier diodes, and the cathodes of the diodes are combined and form the first output of the TBM output. The outputs of the transformer-rectifier modules are connected in parallel and form the output of the converter.

В отличие от прототипа в заявляемом устройстве входы трансформаторно-выпрямительных модулей соединены последовательно. Первый вывод первого ТВМ и второй вывод последнего ТВМ соединены с выводами переменного тока мостового инвертора. Положительный и отрицательный выводы мостового инвертора образуют, соответственно, вход преобразователя. Выпрямители ТВМ выполнены в виде синхронных ключей, управляющие входы которых соединены с дополнительными выходами блока управления через гальванически развязанные усилители.Unlike the prototype in the inventive device, the inputs of the transformer-rectifier modules are connected in series. The first terminal of the first TBM and the second terminal of the last TVM are connected to the AC terminals of the bridge inverter. The positive and negative outputs of the bridge inverter form, respectively, the input of the converter. TVM rectifiers are made in the form of synchronous keys, the control inputs of which are connected to additional outputs of the control unit through galvanically isolated amplifiers.

Совокупность существенных признаков, характеризующая заявляемое изобретение, авторами в общедоступных источниках информации не обнаружена. Это позволяет сделать вывод, что заявляемое изобретение удовлетворяет, по мнению заявителей и авторов, требованиям критерия новизна.The set of essential features characterizing the claimed invention, the authors are not found in publicly available information sources. This allows us to conclude that the claimed invention satisfies, according to applicants and authors, the requirements of the criterion of novelty.

Изобретение явным образом для специалистов не следует из уровня техники, поскольку в известных источниках информации не обнаружены преобразователи постоянного тока в постоянный ток, которые были бы выполнены из N трансформаторно-выпрямительных модулей (по крайней мере, двух ТВМ) на основе двух двухобмоточных дросселей, причем входы ТВМ соединены последовательно, а их выходы - параллельно. В тоже время в литературе [5. Моин B.C. Стабилизированные транзисторные преобразователи. - М.: Энергоатомиздат, 1986 на стр. 259 рис 7.17] известно последовательно параллельное включение ячеек (ТВМ), однако ячейки (ТВМ) в [5] выполнены на основе трансформаторов, при этом в таком преобразователе необходим выходной фильтрующий дроссель на полный ток. Кроме того в ячейках ТВМ преобразователя [5] используется мостовой выпрямитель, что увеличивает потери на полупроводниковых элементах. Поэтому выполнение источника питания на основе преобразователя [5] не позволяет получить максимально возможный КПД и ухудшает массогабаритные показатели, особенно при низких напряжениях и больших токах.The invention clearly does not follow from the prior art for specialists, since DC-to-DC converters that are made of N transformer-rectifier modules (at least two TVMs) based on two double-winding reactors are not found in known sources of information. TVM inputs are connected in series, and their outputs are connected in parallel. At the same time in the literature [5. Moin B.C. Stabilized transistor converters. - M .: Energoatomizdat, 1986 on p. 259, Fig. 7.17], parallel switching of cells (TBM) is known, but the cells (TBM) in [5] are made on the basis of transformers, and an output filter choke for full current is required in such a converter. In addition, a bridge rectifier is used in the cells of the TBM converter [5], which increases losses on semiconductor elements. Therefore, the implementation of the power source based on the converter [5] does not allow to obtain the maximum possible efficiency and worsens the overall dimensions, especially at low voltages and high currents.

В заявляемом устройстве преобразователь содержит N ТВМ. Последовательное подключение нескольких ТВМ позволяет снизить их коэффициент трансформации равный

, при неизменном общем коэффициенте трансформации преобразователя

. Уменьшение коэффициентов трансформации ТВМ приводит к уменьшению индуктивностей рассеяния, и как следствие к снижению внутреннего сопротивления синхронных выпрямителей и снижению потерь выпрямленного напряжения. Также уменьшение индуктивности рассеивания приводит к увеличению «жесткости» выходной характеристики преобразователя и уменьшению его установленной (габаритной) мощности, что улучшает его массогабаритные показатели. Сердечники магнитных систем ТВМ идентичны, что обеспечивает их равномерную компоновку в рабочем объеме корпуса преобразователя. Последовательное подключение входов ТВМ обеспечивает равномерное деление выходного тока преобразователя между ними, т.к. в первичной цепи идентичных магнитных систем ТВМ протекает одинаковый (общий) ток, что гарантирует равные выходные токи ТВМ как в статике, так и в динамике. Использование синхронных выпрямителей в ТВМ снижает потери напряжения и увеличивает КПД преобразователя.In the inventive device, the converter contains N TBM. Serial connection of several TVMs allows to reduce their transformation coefficient equal to

, with the constant total transformation ratio of the converter

. A decrease in the TBM transformation coefficients leads to a decrease in the scattering inductances, and as a result to a decrease in the internal resistance of synchronous rectifiers and a decrease in the losses of the rectified voltage. Also, a decrease in the leakage inductance leads to an increase in the “stiffness” of the output characteristic of the converter and to a decrease in its installed (overall) power, which improves its overall dimensions. The cores of the TBM magnetic systems are identical, which ensures their uniform arrangement in the working volume of the converter housing. Serial connection of the TVM inputs ensures uniform division of the converter output current between them, since the primary (identical) current flows in the primary circuit of identical magnetic systems of the TBM, which guarantees equal output currents of the TBM in both static and dynamic. The use of synchronous rectifiers in TVM reduces voltage losses and increases the efficiency of the converter.

Таким образом, из уровня техники не известны преобразователи постоянного тока в постоянный ток, которые бы обеспечили высокие значения токов (сотни и тысячи ампер) и их равномерное деление между ТВМ и их полупроводниковыми ключами, а также максимально возможный КПД при малом значении выходного напряжения (до 50 вольт) при одновременном снижении массогабаритных показателей.Thus, from the prior art, DC to DC converters are not known, which would ensure high currents (hundreds and thousands of amperes) and their uniform division between the TVM and their semiconductor switches, as well as the maximum possible efficiency at a low output voltage (up to 50 volts) while reducing weight and size indicators.

Техническая суть изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 и фиг. 1а показаны функциональная схема преобразователя постоянного тока в постоянный ток и принципиальная схема выполнения синхронных ключей 11, 12 соответственно; на фиг. 2 показаны временные диаграммы, поясняющие работу преобразователя; на фиг. 3 приведена функциональная схема блока управления 21; на фиг. 4 приведены временные диаграммы, поясняющие работу блока управления 21.The technical essence of the invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 and FIG. 1a shows a functional diagram of a DC / DC converter and a circuit diagram of synchronous keys 11, 12, respectively; in FIG. 2 shows timing diagrams explaining the operation of the converter; in FIG. 3 shows a functional diagram of the control unit 21; in FIG. 4 is a timing chart explaining the operation of the control unit 21.

Преобразователь постоянного тока в постоянный ток фиг. 1 содержит мостовой инвертор, выполненный на управляемых ключах 1-4. Инвертор имеет положительный В1 и отрицательный В2 выводы, которые образуют его вход, являющийся входом преобразователя, и выводы 15, 16 переменного тока, соответственно первого 1 и второго 2 ключей и третьего 3 и четвертого 4 ключей. Преобразователь также имеет N одинаковых трансформаторно-выпрямительных модулей TBM1-TBMN. Каждый из ТВМ содержит первый TV1 и второй TV2 двухобмоточные дроссели, каждый из которых имеет соответственно первичную 5, 6 и вторичную 7, 8 обмотки. Начала первичных обмоток 5, 6 объединены, а их концы образуют соответственно первый 9 и второй 10 выводы ТВМ, образующие вход ТВМ. Начала вторичных обмоток 7 и 8 подключены к анодам синхронных полупроводниковых ключей 11, 12, выполненных на транзисторе VT с управляющим входом U_VT и диоде VD (фиг. 1а), образующих синхронный выпрямитель ТВМ на ключах 11, 12 (фиг. 1). Концы вторичных обмоток 7, 8 объединены и образуют второй вывод 13 ТВМ. Катоды синхронных полупроводниковых ключей 11, 12 также объединены и образуют первый вывод 14 ТВМ. Выводы 13 и 14 являются выходом каждого ТВМ. Выходы всех ТВМ, образованные выводами 13 и 14, соединены параллельно и образуют соответственно выводы В4 и В3, которые являются выходом преобразователя. Входы всех ТВМ, образованные выводами 9 и 10 соединены последовательно, а свободные выводы, образованные первым выводом 9 первого ТВМ и вторым выводом 10 последнего ТВМ, соединены с выводами переменного тока 15, 16 мостового инвертора. Управляющие входы управляемых ключей инвертора 1-4 соединены с соответствующими выходами 17-20 блока управления 21. Выпрямители ТВМ выполнены в виде синхронных ключей, управляющие входы которых соединены с дополнительными выходами 22, 23 блока управления 21 через гальванически развязанные усилители 24, 25. Кроме того на фиг. 1 использованы обозначения: I_TBM- входной ток трансформаторно-выпрямительных модулей, I_ВЫХ - выходной ток преобразователя, протекающий через нагрузку R, подключенную к выходным клеммам преобразователя В3, В4.The DC / DC converter of FIG. 1 contains a bridge inverter made on controlled keys 1-4. The inverter has positive B1 and negative B2 conclusions, which form its input, which is the input of the converter, and the terminals 15, 16 of alternating current, respectively, of the first 1 and second 2 keys and the third 3 and fourth 4 keys. The converter also has N identical TBM1-TBMN transformer-rectifier modules. Each of the TBM contains the first TV1 and second TV2 double-winding inductors, each of which has a primary 5, 6 and a secondary 7, 8 winding, respectively. The beginning of the primary windings 5, 6 are combined, and their ends form the first 9 and second 10 leads of the TBM, respectively, forming the input of the TBM. The beginnings of the secondary windings 7 and 8 are connected to the anodes of synchronous semiconductor switches 11, 12, made on a transistor VT with a control input U _VT and a diode VD (Fig. 1a), forming a TBM synchronous rectifier on keys 11, 12 (Fig. 1). The ends of the secondary windings 7, 8 are combined and form the second terminal 13 of the TBM. The cathodes of synchronous semiconductor switches 11, 12 are also combined and form the first terminal 14 of the TBM. Conclusions 13 and 14 are the output of each TBM. The outputs of all TBMs formed by the terminals 13 and 14 are connected in parallel and form respectively the terminals B4 and B3, which are the output of the converter. The inputs of all TBMs formed by the terminals 9 and 10 are connected in series, and the free terminals formed by the first terminal 9 of the first TBM and the second terminal 10 of the last TBM are connected to the AC terminals 15, 16 of the bridge inverter. The control inputs of the controlled keys of the inverter 1-4 are connected to the corresponding outputs 17-20 of the control unit 21. The rectifiers TVM are made in the form of synchronous keys, the control inputs of which are connected to additional outputs 22, 23 of the control unit 21 through galvanically isolated amplifiers 24, 25. In addition in FIG. 1 we use the notation: I _TBM - input current transformer-rectifier modules, I _OUT - output current flowing through the load R connected to the inverter output terminals B3, B4.

На фиг. 2 представлены временные диаграммы с использованием следующих обозначений:In FIG. 2 shows time diagrams using the following notation:

U₁ - U₂ - напряжения на управляющих входах управляемых ключей 1, 2 мостового инвертора;U ₁ - U ₂ - voltage at the control inputs of the controlled keys 1, 2 of the bridge inverter;

U₃ - U₄ - напряжения на управляющих входах управляемых ключей 3, 4 мостового инвертора;U ₃ - U ₄ - voltage at the control inputs of the controlled keys 3, 4 of the bridge inverter;

U₁₁ - напряжение на управляющих входах синхронных полупроводниковых ключей (выпрямителей) 11 всех ТВМ;U ₁₁ - voltage at the control inputs of synchronous semiconductor switches (rectifiers) 11 of all TBM;

U₁₂ - напряжение на управляющих входах синхронных полупроводниковых ключей (выпрямителей) 12 всех ТВМ;U ₁₂ - voltage at the control inputs of synchronous semiconductor switches (rectifiers) 12 of all TBM;

U₁₅-₁₆ - напряжение на выходе переменного тока мостового инвертора;U ₁₅ - ₁₆ - voltage at the AC output of a bridge inverter;

τ - фазовый сдвиг управляющего сигнала управляемых ключей 3-4 относительно управляющего сигнала управляемых ключей 1-2.τ is the phase shift of the control signal of the managed keys 3-4 relative to the control signal of the controlled keys 1-2.

Функциональная схема блока управления на фиг. 3 содержит задающий генератор ЗГ - 26, генератор пилообразного напряжения ГПН - 27, компаратор К - 28, на вход которого подается сигнал с генератора ГПН - 27 и сравнивается с управляющим напряжением U_y. Логический элемент =1-29 «исключающее ИЛИ» с прямым и инверсным выходом, два двухходовых логических элемента «И» - 30, 31, логический элемент «НЕ» - 32, три двухходовых логических элемента «ИЛИ» - 33, 34, 35 и шесть двухходовых логических элемента «И» 36, 37, 38, 39, 40, 41, при этом выходы этих логических элементов 36, 37, 38, 39, 40, 41, являются соответственно выходами 17, 19, 20, 22, 23, 18 блока управления 21. При этом выход ЗГ 26 соединен со входом ГПН 27, первым входом логического элемента «исключающее ИЛИ» 29, вторым входом логического элемента «И» 30, входом логического элемента «НЕ» 32 и первым входом логического элемента «И» 36. Выход ГПН 27, подключен к первому входу компаратора 28, второй вход которого образует управляющий вход U_y блока управления 21, при этом выход компаратора 28 подключен ко второму входу логического элемента «исключающее ИЛИ» 29, инверсный выход которого подключен к первому входу логического элемента «И» 30, первому входу логического элемента «ИЛИ» 34 и первому входу логического элемента «И» 37. Прямой выход логического элемента «исключающее ИЛИ» 29 подключен к первому входу логического элемента «И» 31, ко второму входу логического элемента «ИЛИ» 35 и первому входу логического элемента «И» 38. Выход логического элемента «НЕ» 32 подключен ко второму входу логического элемента «И» 31 и первому входу логического элемента «И» 41, второй вход которого образует разрешающий вход U_R, к которому подключены все вторые входы логических элементов «И» 36, 37, 38, 39, 40, 41. Выходы логических элементов «И» 30, 31 подключены к входам двухходового логического элемента «ИЛИ» 33, выход которого соединен со вторым входом логического элемента «ИЛИ» 34, и первым входом логического элемента «ИЛИ» 35. Выход логического элемента «ИЛИ» 34 подключен к первому входу логического элемента «И» 39, а выход логического элемента «ИЛИ» 35, подключен к первому входу логического элемента «И» 40.Functional diagram of the control unit in FIG. 3 contains a driving generator ЗГ - 26, a sawtooth voltage generator ГПН - 27, a comparator К - 28, to the input of which a signal is supplied from a generator ГПН - 27 and compared with the control voltage U _y . Logic element = 1-29 “exclusive OR” with direct and inverse output, two two-way logic elements “AND” - 30, 31, logic element “NOT” - 32, three two-way logic elements “OR” - 33, 34, 35 and six two-way logic elements "And" 36, 37, 38, 39, 40, 41, while the outputs of these logic elements 36, 37, 38, 39, 40, 41, are respectively outputs 17, 19, 20, 22, 23, 18 of the control unit 21. At the same time, the output of the ЗГ 26 is connected to the input of the ГПН 27, the first input of the logical element “exclusive OR” 29, the second input of the logic element “AND” 30, the input of the logic element “NOT” 32 and the first input of the logic element “AND” 36. The output of the ГПН 27 is connected to the first input of the comparator 28, the second input of which forms the control input U _y of the control unit 21, while the output of the comparator 28 is connected to the second input of the exclusive OR element 29, whose inverse output is connected to the first input of the logical the AND element 30, the first input of the OR gate 34 and the first input of the AND gate 37. The direct output of the exclusive OR gate 29 is connected to the first input of the AND gate 31, to the second input of the OR gate 35 and the first input of the AND gate 38. Output the logical element "NOT" 32 is connected to the second input of the logical element "AND" 31 and the first input of the logical element "AND" 41, the second input of which forms the enable input U _R , which is connected to all the second inputs of the logical elements "And" 36, 37, 38, 39, 40, 41. The outputs of the AND gate 30, 31 are connected to the inputs of the two-way OR gate 33, the output of which is connected to the second input of the OR gate 34, and the first input of the OR gate 35 The output of the OR gate 34 is connected to the first input of the AND gate 39, and the output of the OR gate 35 is connected to the first input of the AND gate 40.

На фиг. 4 показаны временные диаграммы, поясняющие работу блока управления 21 с использованием обозначений: U_ЗГ - выходной сигнал задающего генератора; U_ГПН - выходной сигнал генератора пилообразного напряжения ГПН, синхронизированный с напряжением задающего генератора ЗГ; U_K - выходной сигнал компаратора К, при фиксированной величине управляющего напряжения U_У; U₌₁ - выходной сигнал логического элемента «исключающее ИЛИ».In FIG. 4 is a timing chart explaining the operation of the control unit 21 using the notation: U _ZG — output signal of the master oscillator; U _GPN - the output signal of the sawtooth voltage generator GPN, synchronized with the voltage of the master oscillator ЗГ; U _K is the output signal of the comparator K, at a fixed value of the control voltage U _U ; U _{= 1} - the output signal of the logical element "exclusive OR".

Работа преобразователя постоянного тока в постоянный ток показана на примере конкретного выполнения. В частном случае блок управления 21 (фиг. 1) выполнен в виде микропроцессорной системы управления на базе DSP-микроконтроллера MC56F8013, который реализует фазовое управление мостовым инвертором, ключи 1-4 (фиг. 1) которого выполнены на базе IGBT-модулей SKHI22BH4R. При этом синхронные выпрямители 11-12 всех ТВМ (фиг. 1) выполнены на N-канальных MOSFET-транзисторах IRFS7434TRL7PP, а двухобмоточные дроссели TV₁ и TV₂ - на магнитопроводах из магнитомягкого нанокристаллического сплава ГМ54ДС 200. При подаче запрещающего сигнала U_R равного «0» выходные сигналы двухвходовых логических элементов «И» 36-41 (фиг. 3) также равны нулю и преобразователь не работает. При разрешающем сигнале U_R равном «1» двухвходовые логические элементы «И» 36-41 (фиг. 3) передают на свои выходы сигналы, поступающие на их первые входы. На первый вход логического элемента «И» 36 при этом поступает сигнал (U_ЗГ, фиг. 4) с выхода задающего генератора 26 (фиг. 3), а на первый вход логического элемента «И» 41 поступает инвертированный сигнал задающего генератора, прошедший через логический элемент «НЕ» 32 (фиг. 3). При этом на выходах 17, 18 логических элементов «И» 36, 41 формируются сигналы управления U₁, U₂ (фиг. 2), которые управляют ключами 1, 2 (фиг. 1) инвертора, соответственно. На первый вход логического элемента «И» 37 поступает инвертированный сигнал с выхода логического элемента «исключающее ИЛИ» 29 (фиг. 3), а на первый вход логического элемента «И» 38 поступает прямой сигнал с выхода логического элемента «исключающее ИЛИ» 29 (U₌₁, фиг. 4). При этом на выходах 19, 20 логических элементов «И» 37, 38 формируются сигналы управления U₃, U₄(фиг. 2), которые управляют ключами 3, 4 (фиг. 1) инвертора, соответственно. Фазовый сдвиг сигналов U₃, U₄ изменяется на величину τ (фиг. 2), которая зависит от управляющего сигнала U_У (фиг. 3, 4) на выходе компаратора К 28 (фиг. 3). При этом среднее значение выходного напряжения на выходе инвертора U_15-16 (фиг. 2) будет уменьшаться, в зависимости от величины τ (фиг. 2), которая в свою очередь определяется величиной управляющего сигнала U_У (фиг. 3, фиг. 4). Изменение выходного напряжения U_15-16 при увеличении сигнала U_У показано пунктиром на фиг. 2. Сигналы управления U₁₁, U₁₂ (фиг. 2) на управляющих входах синхронных выпрямителей 11, 12 (фиг. 1) с дополнительных выходов 22, 23 блока управления 21 (фиг. 1, фиг. 3) формируются логическими элементами «И» 39, 40 (фиг. 3), за счет того, что на первый вход логического элемента «И» 39 поступает сигнал с логического элемента «ИЛИ» 34, а на первый вход логического элемента «И» 40, с логического элемента «ИЛИ» 35. При этом сигналы U₁₁, U₁₂ (фиг. 2) изменяются в зависимости от величины фазового сдвига τ, который в свою очередь, определяется величиной управляющего сигнала U_У (фиг. 3, фиг. 4). Таким образом, увеличение фазового сдвига τ, за счет изменения управляющего сигнала U_У, приводит к изменению напряжения U_15-16 на выходе инвертора и изменению величины тока I_TBMи величины тока I_ВЫХ (фиг. 1) преобразователя. При этом выходной ток I_ВЫХпреобразователя будет определяться суммой выходных токов синхронных выпрямителей всех ТВМ, что позволяет при современной элементной базе достичь его большой величины (до сотен и тысяч ампер) за счет как большого числа ТВМ, так и за счет большой величины тока каждого синхронного выпрямителя. Например, при числе N=8 ТВМ и допустимом токе синхронного выпрямителя I_доп=750 А, был получен выходной ток I_ВЫХпреобразователя 4000 А, при напряжении на выходных клеммам преобразователя В3, В4 (фиг. 1) U_ВЫХ=5 В. Максимальное выходное напряжение преобразователя будет определяться величиной допустимого напряжения на ключе синхронного выпрямителя и при использовании N- канальных MOSFET-транзисторов IRFS7434TRL7PP может достигать 40 В.The operation of the DC / DC converter is shown on the example of a specific implementation. In a particular case, the control unit 21 (Fig. 1) is made in the form of a microprocessor control system based on the MC56F8013 DSP microcontroller, which implements phase control of a bridge inverter, keys 1-4 (Fig. 1) of which are based on SKHI22BH4R IGBT modules. Moreover, synchronous rectifiers 11-12 of all TBMs (Fig. 1) are made on IRFS7434TRL7PP N-channel MOSFET transistors, and TV ₁ and TV ₂ double-wound chokes on magnetic cores made of magnetically soft nanocrystalline alloy GM54DS 200. When the inhibitory signal U _{R is} equal to " 0 "the output signals of the two-input logic elements" AND "36-41 (Fig. 3) are also equal to zero and the Converter does not work. With a resolution signal U _R equal to "1", the two-input logic elements "AND" 36-41 (Fig. 3) transmit to their outputs signals arriving at their first inputs. At the same time, a signal (U _ЗГ , Fig. 4) is supplied to the first input of the AND gate 36 from the output of the master oscillator 26 (Fig. 3), and an inverted signal of the master oscillator passed through the the logical element "NOT" 32 (Fig. 3). At the same time, the control signals U ₁ , U ₂ (Fig. 2), which control the keys 1, 2 (Fig. 1) of the inverter, respectively, are generated at the outputs 17, 18 of the logical elements “AND” 36, 41. The inverted signal from the output of the exclusive OR logic element 29 (Fig. 3) is supplied to the first input of the AND gate 37 (Fig. 3), and the direct signal from the output of the exclusive OR logic gate 29 ( U _{= 1} , Fig. 4). At the same time, the control signals U ₃ , U ₄ (Fig. 2), which control the keys 3, 4 (Fig. 1) of the inverter, respectively, are generated at the outputs 19, 20 of the logical elements “AND” 37, 38. The phase shift of the signals U ₃ , U ₄ changes by a value of τ (Fig. 2), which depends on the control signal U _U (Fig. 3, 4) at the output of the comparator K 28 (Fig. 3). In this case, the average value of the output voltage at the inverter output U _15-16 (Fig. 2) will decrease, depending on the value of τ (Fig. 2), which in turn is determined by the magnitude of the control signal U _U (Fig. 3, Fig. 4) ) The change in the output voltage U _15-16 with increasing signal U _{Y is} shown by the dotted line in FIG. 2. The control signals U ₁₁ , U ₁₂ (Fig. 2) at the control inputs of synchronous rectifiers 11, 12 (Fig. 1) from the additional outputs 22, 23 of the control unit 21 (Fig. 1, Fig. 3) are formed by the logic elements “AND "39, 40 (Fig. 3), due to the fact that the first input of the logical element" AND "39 receives a signal from the logical element" OR "34, and the first input of the logical element" AND "40, from the logical element" OR "35. In this case, the signals U ₁₁ , U ₁₂ (Fig. 2) change depending on the magnitude of the phase shift τ, which, in turn, is determined by the magnitude of the control signal U _Y (Fig. 3, Fig. 4). Thus, an increase in the phase shift τ, due to a change in the control signal U _U , leads to a change in the voltage U _15-16 at the inverter output and a change in the current value I _TBM and the current value I _OUT (Fig. 1) of the converter. In this case, the output current I _{OUT of the} converter will be determined by the sum of the output currents of the synchronous rectifiers of all TBMs, which makes it possible to achieve a large value (up to hundreds and thousands of amperes) with a modern element base due to both a large number of TBMs and a large current value of each synchronous rectifier. For example, with the number N = 8 TBM and the permissible current of the synchronous rectifier I _add = 750 A, an output current I _{OUT of the} converter 4000 A was obtained, with a voltage at the output terminals of the converter B3, B4 (Fig. 1) U _OUT = 5 V. Maximum the output voltage of the converter will be determined by the value of the allowable voltage on the key of the synchronous rectifier and when using N-channel MOSFET transistors, the IRFS7434TRL7PP can reach 40 V.

Выполнение преобразователя в виде восьми ТВМ (N=8) позволяет уменьшить индуктивность потока рассеивания каждого ТВМ на 92,5% по отношению к преобразователю с одним ТВМ на полную мощность нагрузки. Суммарная индуктивность всех ТВМ уменьшится при этом на 40%, что повышает жесткость выходной характеристики за счет уменьшения внутреннего индуктивного сопротивления преобразователя. Коэффициент трансформации каждого из восьми ТВМ при N=8 составил 12,5% по отношению к преобразователю с одним ТВМ. Суммарный коэффициент трансформации К_сум=8⋅12,5%=100% остался таким же, как и в преобразователе с одним ТВМ. Это свидетельствует о том, что напряжения на их выходах одинаковые, но индуктивность рассеивания при восьми ТВМ снижается на 40%. Последовательное соединение первичных обмоток всех ТВМ, при параллельном соединении их вторичных обмоток, обеспечивает равномерное деление выходного тока I_ВЫХ преобразователя между всеми ТВМ с точностью до 1-2%.The design of the converter in the form of eight fuel assemblies (N = 8) allows to reduce the inductance of the dispersion flux of each fuel assembly by 92.5% with respect to the converter with one fuel assembly at full load power. The total inductance of all TBMs will decrease by 40%, which increases the rigidity of the output characteristic by reducing the internal inductive resistance of the converter. The transformation coefficient of each of the eight fuel assemblies at N = 8 was 12.5% with respect to the converter with one fuel assembly. The total transformation coefficient K _sum = 8⋅12.5% = 100% remained the same as in the converter with one TBM. This indicates that the voltages at their outputs are the same, but the dissipation inductance at eight TVMs is reduced by 40%. The serial connection of the primary windings of all the fuel assemblies, with the parallel connection of their secondary windings, ensures a uniform division of the output current I _{OUT of the} converter between all the fuel assemblies with an accuracy of 1-2%.

В заявляемом изобретении, за счет подключения одинаковых ТВМ последовательно по входу и параллельно по выходу, обеспечивается равномерное деление токов между ними как в статике, так и в динамике, что повышает надежность преобразователя постоянного тока в постоянный ток. Также подключение нескольких одинаковых ТВМ приводит к снижению их коэффициента трансформации и снижению индуктивности рассеивания, что улучшает массогабаритные показатели преобразователя. Использование синхронных выпрямителей снижает потери выпрямленного напряжения при формировании больших значений выходного тока (сотни и тысячи ампер) и низких значениях напряжения нагрузки (до 50 вольт), что увеличивает КПД преобразователя.In the claimed invention, by connecting the same TVMs in series at the input and parallel to the output, the currents are evenly divided between them both in statics and in dynamics, which increases the reliability of the DC / DC converter. Also, connecting several identical TVMs leads to a decrease in their transformation coefficient and a decrease in the inductance of scattering, which improves the overall dimensions of the converter. The use of synchronous rectifiers reduces the losses of the rectified voltage during the formation of large values of the output current (hundreds and thousands of amperes) and low values of the load voltage (up to 50 volts), which increases the efficiency of the converter.

Таким образом, в заявляемом изобретении достигается требуемый технический результат и решается сформулированная техническая проблема.Thus, in the claimed invention, the required technical result is achieved and the formulated technical problem is solved.

Claims

A DC to DC converter containing a bridge inverter made on controlled keys, the control inputs of which are connected to the corresponding outputs of the control unit, and at least two transformer-rectifier modules (TBM), each of which contains a rectifier and two double-winding chokes , while the beginnings of the primary windings of the chokes are combined, and the ends of their primary windings form the first and second conclusions that are the input of the TBM, the ends of the secondary windings of the chokes are combined and form the second output of the output of the TBM, while the beginnings of the secondary windings of the chokes are connected to the anodes of the corresponding rectifier diodes, and the cathodes of the diodes are combined and form the first output of the TBM output, and the outputs of the transformer-rectifier modules are connected in parallel and form the output of the converter, characterized in that the inputs of the transformer-rectifier modules are connected in series, the first output of the first TBM and the second output of the last TVM are connected to the terminals the alternating current of the bridge inverter, and the positive and negative terminals of the bridge inverter form, respectively, the converter input, while the TBM rectifiers are made in the form of synchronous keys, the control inputs of which are connected to the additional outputs of the control unit through galvanically isolated amplifiers.