RU2729882C2 - Преобразователь напряжения источника питания постоянного тока - Google Patents
Преобразователь напряжения источника питания постоянного тока Download PDFInfo
- Publication number
- RU2729882C2 RU2729882C2 RU2016152846A RU2016152846A RU2729882C2 RU 2729882 C2 RU2729882 C2 RU 2729882C2 RU 2016152846 A RU2016152846 A RU 2016152846A RU 2016152846 A RU2016152846 A RU 2016152846A RU 2729882 C2 RU2729882 C2 RU 2729882C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- rectifier
- output
- transformer
- voltage
- input
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
- H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
- H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
- H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
- H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Dc-Dc Converters (AREA)
Abstract
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для систем гарантированного питания, электроприводов постоянного и переменного токов, где требуется повышение/понижение напряжения первичного источника электропитания постоянного тока. Техническим результатом заявленного изобретения является повышение надежности и энергетической эффективности преобразователя. Для достижения технического результата заявленное устройство содержит: однофазный мостовой транзисторный инвертор, подключенный к выводам первичного источника электропитания постоянного тока; двухобмоточный трансформатор, выводы первичной обмотки которого подключены к средним точкам плеч инвертора; мостовой диодный выпрямитель, к первому входному выводу которого подключен первый вывод вторичной обмотки трансформатора; датчик напряжения выпрямителя, входами подключенный к выходным выводам выпрямителя; датчик тока, включенный к одному из выходов выпрямителя; микроконтроллер, к первому и второму входам которого подключены задатчик напряжения выпрямителя и выход датчика напряжения выпрямителя, а к третьему входу подключен выход датчика тока; драйвер, входом подключенный к выходу микроконтроллера, а выходом - к управляющим входам инвертора; цепь из последовательно соединенных низкоомного активного сопротивления и конденсатора с низкоиндуктивным импедансом (снаббер-конденсатор), которая подключена к выводам первичной обмотки трансформатора; дроссель переменного тока, включенный между вторым выводом вторичной обмотки трансформатора и вторым входным выводом выпрямителя, при этом в выпрямителе используются быстровосстанавливающиеся диоды. В результате использования изобретения повышается надежность и энергетическая эффективность преобразователя. 1 ил.
Description
Область техники, к которой относится изобретение.
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для систем гарантированного питания электроприводов постоянного и переменного токов, в которых в качестве первичного источника электропитания используется источник напряжения постоянного тока.
Уровень техники.
При использовании в качестве первичного источника электропитания нерегулируемого источника напряжения постоянного тока типа аккумуляторной батареи возникает необходимость, как правило, повышения его выходного напряжения с помощью преобразователя постоянного напряжения в постоянное. Известны повышающе-понижающие неинвертирующие преобразователи постоянного напряжения в постоянное (Проектирование повышающе-понижающих неинвертирующих преобразователей, «Электронные компоненты», №3, 2015 г., стр. 66), в которых электрическая энергия, накопленная в дросселе за первый полупериод работы преобразователя, переводится в накопительный конденсатор за второй полупериод работы. Выходное напряжение преобразователя формируется на накопительном конденсаторе. Недостаток этих преобразователей в том, что у них ограничен коэффициент преобразования выходного напряжения при устойчивой работе преобразователя - не более 2,7.
Известен преобразователь постоянного напряжения в постоянное (патент РФ №2283530), содержащий трансформатор, однофазный мостовой инвертор, полупроводниковый выпрямитель, демпфирующую цепь. Недостаток преобразователя в том, что, при питании трансформатора прямоугольным напряжением на первичной и вторичной обмотках, на фронтах прямоугольного напряжения возникают выбросы напряжения, которые появляются на выходе выпрямителя и для уменьшения которых служит демпфирующая цепь. Другой недостаток в том, что на фронтах напряжения в выпрямителе при коммутации диодов возникает режим короткого замыкания, приводящий к провалам в выходном напряжении и повышенных потерям в выпрямителе.
Наиболее близкое техническое решение, принимаемое за прототип, изложено в патенте РФ №63619 на полезную модель преобразователя, содержащего трансформатор с первичной и вторичной обмотками, однофазный инвертор, к средним точкам плеч которого подключена первичная обмотка трансформатора, выпрямитель, к входу которого подключена вторичная обмотка трансформатора, датчик напряжения, входом подключенный параллельно входу преобразователя, а выходом - к входу микроконтроллера, выходы которого подключены ко входам драйвера, а выходы драйвера - к управляющим входам инвертора. Один недостаток прототипа в том, что на крутых фронтах напряжения питания трансформатора па первичной и вторичной обмотках и на выходе выпрямителя возникают большие выбросы напряжения, создающие электромагнитные помехи и перенапряжения на транзисторах инвертора и диодах выпрямителя. Другой недостаток в том, что на крутых фронтах напряжения в выпрямителе при коммутации тока в диодах возникает режим короткого замыкания, приводящий к провалам напряжения на выходе выпрямителя и повышенным потерям выпрямителя.
Целью предлагаемого изобретения является повышение надежности и энергетической эффективности преобразователя путем создания преобразователя напряжения источника постоянного тока, в котором отсутствуют крутые фронты в напряжении питания трансформатора, а значит отсутствуют выбросы напряжения на этих фронтах, следовательно, отсутствуют электромагнитные помехи и перенапряжения на транзисторах инвертора и диодах выпрямителя.
Раскрытие изобретения
Сущность изобретения заключается во введении в электрическую схему преобразователя ряда существенных признаков, которые обеспечивают устранение режима короткого замыкания в диодах выпрямителя при коммутации тока и отсутствие крутых фронтов в напряжении питания трансформатора и, тем самым, исключения выбросов напряжения на первичной и вторичной обмотках трансформатора и, следовательно, отсутствия электромагнитных помех и перенапряжения на транзисторах инвертора и диодах выпрямителя.
Согласно предлагаемому изобретению, преобразователь напряжения источника электропитания постоянного тока включает в себя: однофазный мостовой транзисторный инвертор, подключаемый к выводам первичного источника электропитания постоянного тока; двухобмоточный трансформатор, выводы первичной обмотки которого подключены к средним точкам плеч инвертора и цепи, состоящей из последовательно соединенного низкоомного активного сопротивления и конденсатора с низкоиндуктивным импедансом (Снаббер-конденсатор); мостовой диодный выпрямитель, к первому входному выводу которого подключен первый вывод вторичной обмотки трансформатора; дроссель переменного тока, включенный между вторым выводом вторичной обмотки трансформатора и вторым входным выводом выпрямителя; датчик напряжения выпрямителя, входами подключенный к выходным выводам выпрямителя; датчик тока, включенный в один из выводов выпрямителя. Для управления преобразователем служат микроконтроллер, к первому и второму входам которого подключены: выход задатчика напряжения на выходе выпрямителя; выход датчика напряжения, а к третьему входу - выход датчика тока; а также драйвер, к входам которого подключен выход микроконтроллера, а выход драйвера подключен к управляющим входам инвертора. Дроссель переменного тока, включенный между одним из выходов вторичной обмотки трансформатора и одним из входов выпрямителя позволяет исключить режим короткого замыкания в диодах выпрямителя при коммутации тока, а цепь из последовательно соединенного низкоомного активного сопротивления и конденсатора с низкоиндуктивным импедансом (Снаббер-конденсатор), подключенная к выводам первичной обмотки трансформатора, позволяет уменьшить крутизну фронта и среза прямоугольных импульсов питания трансформатора и, тем самым, устранить выбросы напряжения на первичной и вторичной обмотках трансформатора и, как следствие, устранить перенапряжения на транзисторах инвертора и диодах выпрямителя и электромагнитные помехи, а вместе с дросселем переменного тока, устранить режим короткого замыкания в выпрямителе при коммутации тока с диода на диод. В мостовом диодном выпрямителе используются быстровосстанавливающиеся диоды.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 представлена электрическая схема преобразователя постоянного напряжения в постоянное. На фиг. 2 представлена форма импульса напряжения на первичной обмотке трансформатора при отсутствии, а на фиг. 3 - при наличии цепи из последовательно соединенного низкоомного активного сопротивления и конденсатора с низкоиндуктивным импедансом (Снаббер-конденсатор), подключенной к выводам первичной обмотки трансформатора.
Осуществление изобретения
Вариант конкретной модели предлагаемого преобразователя напряжения источника электропитания постоянного тока содержит: однофазный мостовой транзисторный инвертор 1, подключенный к выводам первичного источника электропитания 2; цепь из последовательно соединенных низкоомного активного сопротивления 3 и конденсатора с низкоиндуктивным импедансом (Снаббер-конденсатор) 4, двухобмоточный трансформатор 5, выводы первичной обмотки которого подключены к средним точкам плеч инвертора и к цепи из последовательно соединенного низкоомного активного сопротивления 3 и конденсатора с низкоиндуктивным импедансом (Снаббер-конденсатор) 4; мостовой диодный выпрямитель 6, к первому входному выводу которого подключен первый вывод вторичной обмотки трансформатора 5; дроссель переменного тока 7, включенный между вторым выводом вторичной обмотки трансформатора 5 и вторым входным выводом выпрямителя 6; датчик напряжения 8 выпрямителя 6, входами подключенный к выходным выводам выпрямителя 6; датчик тока 9, включенный в один из выходов выпрямителя 6; микроконтроллер 10, к первому и второму входам которого подключены задатчик напряжения 11 выпрямителя 6 и выход датчика напряжения 8, а к третьему входу микроконтроллера 10 подключен выход датчика тока 9; драйвер 12, входом подключенный к выходу микроконтроллера 10, а выходом - к управляющим входам инвертора 1. В качестве конкретных элементов описанной электрической схемы могут быть выбраны следующие:
- Однофазный мостовой транзисторный инвертор 1 на модулях М12-300-12-М1;
- Первичный источник электропитания постоянного тока 2 - аккумуляторная батарея КАУ-155-100/40М;
- Низкоомное активное сопротивление 3 - три резистора С5-16МВ-10 Вт-3 Ома, включенные в параллель;
- Конденсатор с низкоиндуктивным импедансом (Снаббер-конденсатор) 4 - WIMA Snubber MKP-250V-0.22uF ±5%;
- Трансформатор 5 - магнитопровод ленточный стержневой, ширина ленты 50 мм, толщина намотки 25 мм, ширина окна 40 мм, высота окна 80 мм, материал - аморфный сплав 2НСР, число витков первичной обмотки - 4, число витков вторичной обмотки - 14;
- Мостовой диодный выпрямитель 6 - два модуля М4БВД-300-12, 300А, 1200В;
- Дроссель 7 - магнитопровод ленточный стержневой, ширина ленты 25 мм, толщина намотки 12,5 мм, ширина окна 20 мм, высота окна 60 мм, воздушный зазор 0,3 мм, число витков - 4, материал магнитопровода - аморфный сплав 2НСР;
- Датчик напряжения 8 - LV25-P/SP20, от 10 до 500 В;
- Датчик тока 9 - LT100-P/SP42, от 0 до 150 А;
- Микроконтроллер 10 - STM32F407 (Франция);
- Задатчик напряжения выпрямителя 11 - делитель напряжения на резисторах С2-33Н-0,125;
- Драйвер 12 - SKHT22B (SEMIKRON, Германия).
Устройство работает следующим образом. При поступлении на первый вход микроконтроллера 10 заданного значения напряжения выпрямителя 6 с задатчика напряжения 11, микроконтроллер 10 формирует две последовательности прямоугольных импульсов частотой 10 кГц, скважностью 2, которые поступают с выхода микроконтроллера 10 на вход драйвера 12, а с его выходов - на управляющие входы инвертора 1. Напряжение первичной обмотки трансформатора 5 увеличивается в 3,5 раза на вторичной обмотке, и с нее через дроссель переменного тока 7, включенный в один из выходов вторичной обмотки трансформатора 5, поступает на вход выпрямителя 6. Подключенный к выходу выпрямителя датчик напряжения 8 формирует сигнал обратной связи по напряжения выпрямителя 6, поступающий на второй вход микроконтроллера 10. В зависимости от соотношения выходных сигналов задатчика напряжения 11 и датчика напряжения 8 регулируется ширина импульсов на первичной обмотке трансформатора 5 и, тем самым, регулируется выходное напряжение выпрямителя 6. Датчик тока 9, входом подключенный к одному из выходов выпрямителя 6, а выходом - к третьему входу микроконтроллера 10, контролирует величину максимального тока выпрямителя 6. Указанная цепь, подключенная к выводам первичной обмотки трансформатора, уменьшает крутизну фронта и среза прямоугольных импульсов питания первичной обмотки трансформатора, что позволяет устранить высокочастотные выбросы напряжения на первичной и вторичной обмотках трансформатора 5 и на выходе выпрямителя 6 и, тем самым, устранить перенапряжения на транзисторных модулях инвертора 1 и диодах выпрямителя 6, а также устранить высокочастотные помехи и, совместно с дросселем переменного тока 7, устранить режим короткого замыкания в выпрямителе при коммутации тока с диода на диод.
Claims (1)
- Преобразователь напряжения источника электропитания постоянного тока, содержащий: мостовой однофазный транзисторный инвертор, подключенный к выводам первичного источника электропитания; двухобмоточный трансформатор, выводы первичной обмотки которого подключены к средним точкам плеч инвертора; мостовой диодный выпрямитель, к первому входному выводу которого подключен первый вывод вторичной обмотки трансформатора; датчик напряжения выпрямителя, входами подключенный к выходным выводам выпрямителя; датчик тока, включенный к одному из выходов выпрямителя; микроконтроллер, к первому и второму входам которого подключены задатчик напряжения выпрямителя и выход датчика напряжения, а к третьему входу - выход датчика тока; драйвер, входом подключенный к выходу микроконтроллера, а выходом - к управляющим входам инвертора, отличающийся тем, что содержит цепь из последовательно соединенных низкоомного активного сопротивления и конденсатора с низкоиндуктивным импедансом (Снаббер-конденсатор), которая подключена к выводам первичной обмотки трансформатора; дроссель переменного тока, включенный между вторым входным выводом вторичной обмотки трансформатора и вторым входным выводом выпрямителя, при этом в мостовом диодном выпрямителе используются быстровосстанавливающиеся диоды.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016152846A RU2729882C2 (ru) | 2016-12-29 | 2016-12-29 | Преобразователь напряжения источника питания постоянного тока |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016152846A RU2729882C2 (ru) | 2016-12-29 | 2016-12-29 | Преобразователь напряжения источника питания постоянного тока |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2016152846A RU2016152846A (ru) | 2018-07-02 |
| RU2016152846A3 RU2016152846A3 (ru) | 2020-04-24 |
| RU2729882C2 true RU2729882C2 (ru) | 2020-08-13 |
Family
ID=62813995
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016152846A RU2729882C2 (ru) | 2016-12-29 | 2016-12-29 | Преобразователь напряжения источника питания постоянного тока |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2729882C2 (ru) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4672528A (en) * | 1986-05-27 | 1987-06-09 | General Electric Company | Resonant inverter with improved control |
| RU2020710C1 (ru) * | 1992-01-23 | 1994-09-30 | Силкин Евгений Михайлович | Преобразователь частоты со звеном постоянного тока |
| RU2155433C1 (ru) * | 1999-04-13 | 2000-08-27 | Акционерное общество открытого типа ЭЛСИ | Преобразователь частоты |
| JP3418285B2 (ja) * | 1995-11-20 | 2003-06-16 | 株式会社日立製作所 | スイッチング電源装置 |
| RU2210852C1 (ru) * | 2002-02-08 | 2003-08-20 | Ульяновский государственный технический университет | Однофазный мостовой транзисторный инвертор с обратным диодным мостом |
-
2016
- 2016-12-29 RU RU2016152846A patent/RU2729882C2/ru active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4672528A (en) * | 1986-05-27 | 1987-06-09 | General Electric Company | Resonant inverter with improved control |
| RU2020710C1 (ru) * | 1992-01-23 | 1994-09-30 | Силкин Евгений Михайлович | Преобразователь частоты со звеном постоянного тока |
| JP3418285B2 (ja) * | 1995-11-20 | 2003-06-16 | 株式会社日立製作所 | スイッチング電源装置 |
| RU2155433C1 (ru) * | 1999-04-13 | 2000-08-27 | Акционерное общество открытого типа ЭЛСИ | Преобразователь частоты |
| RU2210852C1 (ru) * | 2002-02-08 | 2003-08-20 | Ульяновский государственный технический университет | Однофазный мостовой транзисторный инвертор с обратным диодным мостом |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2016152846A3 (ru) | 2020-04-24 |
| RU2016152846A (ru) | 2018-07-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6706811B2 (ja) | スナバ回路及びそれを用いた電力変換システム | |
| US8488346B2 (en) | Power conversion apparatus and method | |
| TW200847634A (en) | Power converter for compensating maximum output power and PWM controller for the same | |
| US10944328B2 (en) | Welding power supply with extended voltage characteristic | |
| JPH0851790A (ja) | 誘導性負荷用制御回路 | |
| US11223237B2 (en) | High efficiency power converting apparatus and control method | |
| CN112189301B (zh) | 图腾柱型单相pfc转换器 | |
| CN107408881A (zh) | 集成三态电磁干扰滤波和线路调节模块 | |
| Tattiwong et al. | Analysis design and experimental verification of a quadratic boost converter | |
| TWI580166B (zh) | 交錯式升壓轉換器 | |
| Yang et al. | Nonlinear variable frequency control of high power switched-capacitor converter | |
| RU2729882C2 (ru) | Преобразователь напряжения источника питания постоянного тока | |
| US7688044B2 (en) | Device for transforming and stabilizing a primary AC voltage for supplying an electric load | |
| JP6393962B2 (ja) | スイッチング電源装置 | |
| Hwu et al. | Ultrahigh step-down converter with active clamp | |
| KR102077825B1 (ko) | 부스트 컨버터 | |
| WO2021179920A1 (zh) | 一种电源变换电路和电源变换方法 | |
| Yang et al. | Constant on-time variable frequency one-cycle control for switched-capacitor converter | |
| RU2678774C2 (ru) | Преобразователь постоянного напряжения в постоянное | |
| TWI538376B (zh) | 具超高昇降壓比之創新電能轉換裝置 | |
| CN218387271U (zh) | 一种dcdc降压电路 | |
| US11063519B2 (en) | Efficient high voltage power supply for pulse capacitor discharge applications | |
| Rahim et al. | Three-phase single-stage high-voltage DC converter | |
| RU106811U1 (ru) | Преобразователь переменного тока | |
| CN112636424A (zh) | 一种电池充电电路和电池管理系统 |