RU2110881C1 - Резонансный преобразователь с широтно-импульсной модуляцией - Google Patents
Резонансный преобразователь с широтно-импульсной модуляцией Download PDFInfo
- Publication number
- RU2110881C1 RU2110881C1 RU95114324A RU95114324A RU2110881C1 RU 2110881 C1 RU2110881 C1 RU 2110881C1 RU 95114324 A RU95114324 A RU 95114324A RU 95114324 A RU95114324 A RU 95114324A RU 2110881 C1 RU2110881 C1 RU 2110881C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- thyristor
- transformer
- anode
- cathode
- circuit
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Inverter Devices (AREA)
Abstract
Использование: преобразовательная техника, в частности системы электропитания устройств радиотехники, автоматики и вычислительной техники. Цель изобретения: повышение КПД и расширение функциональных возможностей преобразователя. Сущность изобретения: в резонансном преобразователе, состоящем из полумостового резонансного инвертора с входным трансформатором и выпрямителем, рекуперирующие диоды включены встречно-параллельно соответствующему зарядному тиристору и первичной полуобмотке выходного трансформатора, причем каждый рекуперирующий диод зашунтирован встречно-параллельно включенным модулирующим тиристором. 5 ил.
Description
Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в системах электропитания устройств радиотехники, автоматики и вычислительной техники.
Известен инвертор [1], содержащий два последовательно соединенных конденсатора, включенных между входными выводами, к которым подключены две последовательно соединенные силовые цепи, состоящие из последовательно соединенных первичной обмотки импульсного трансформатора и тиристора, управляющий электрод каждого из тиристоров связан с вторичной обмоткой одного из двух импульсных трансформаторов, первичная обмотка которого связана с другим тиристором, два диода и нагрузку, включенную между общими точками конденсаторов и силовых цепей.
Недостатком такого инвертора является то, что при малом сопротивлении нагрузки в коммутирующем контуре имеет место излишек реактивной мощности, что вызывает перенапряжение на элементах схемы.
Указанного недостатка лишена схема инвертора с рекуперирующими диодами, включенными встречно-параллельно с тиристорами [2]. Инвертор содержит два последовательно соединенных резонансных конденсатора, включенных между положительной и отрицательной клеммами источника напряжения, два согласно-последовательно соединенных рекуперирующих диода, катод одного из которых подключен к положительной клемме, а анод другого - к отрицательной, а их общая точка через резонансный дроссель и первичную обмотку трансформатора подключена к общей точке конденсаторов; вторичные обмотки трансформаторов и два диода образуют схему выпрямления со средней точкой, подключенную к нагрузке, шунтированной конденсатором фильтра, два транзистора, каждый из которых шунтирует один из обратных диодов так, что его коллектор подключен к катоду диода, а эмиттер - к аноду.
Особенностью приведенного инвертора является то, что как прямой ток резонансного контура, так и обратный протекает через первичную обмотку трансформатора. Это приводит к тому, что при уменьшении сопротивления нагрузки до нуля выпрямленный ток возрастает практически в два раза по сравнению с номинальным, что приводит к перегрузке трансформаторов и диодов выпрямителя. Кроме того, рекуперация энергии происходит через трансформатор, КПД которого составляет 0,8 - 0,85, что снижает величину рекуперированной энергии и, следовательно, КПД инвертора уменьшается на 7 - 10%.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и положительному эффекту является преобразователь постоянного напряжения в переменное [3].
Преобразователь постоянного напряжения в переменное содержит последовательный тиристорный резонансный инвертор с выходным трансформатором и узлом рекуперации избыточной энергии указанного трансформатора, к вторичной обмотке которого, выполненной со средним выводом, через тиристорный делитель частоты подключена цепь нагрузки, состоящая из дросселя и двух диодов, анод первого из которых подключен к концу вторичной обмотки трансформатора, а анод второго через последовательно включенный дроссель - к началу этой обмотки, причем тиристорный делитель частоты выполнен мостовым и подключен анодной группой к катодам диодов, а катодной - к среднему выводу вторичной обмотки трансформатора.
Преобразователь [3] по сравнению с инверторами [1 и 2] имеет преимущество, заключающееся в том, что при уменьшении сопротивления нагрузки избыток реактивной мощности рекуперируется в источник питания, минуя нагрузку, что позволяет избежать перегрузки по току выпрямительных диодов и нагрузки.
Однако в преобразователе [3], как и в инверторе [2], рекуперация энергии осуществляется через выходной трансформатор, что также снижает его КПД на 7 - 10%.
Кроме того, у преобразователя [3] выходной трансформатор при сопротивлении нагрузки, согласованном с волновым сопротивлением резонансного контура, работает в режиме частного перемагничивания магнитопровода, так как по его первичным обмоткам, включенным согласно, ток протекает в одном направлении.
При работе трансформатора в режиме частного перемагничивания магнитопровода по сравнению с трансформатором, работающим по полному циклу перемагничивания, требуется большее число витков обмоток и магнитопровод с большим объемом сердечника. Это снижает КПД до 0,7 - 0,8 и соответственно приводит к уменьшению КПД всего устройства на 10 - 15%.
Общим недостатком всех приведенных выше устройств [1 - 3] являются их ограниченные функциональные возможности в регулировании выходного напряжения. Регулирование в них может осуществляться только при использовании частотно-импульсной модуляции.
Недостатки такого способа известны: ограниченный диапазон регулирования; необходимость использования трансформатора, рассчитанного на сравнительно низкую частоту, что снижает его КПД и, следовательно, КПД всего устройства, увеличение габаритов и массы как трансформатора, так и конденсатора фильтра.
Цель изобретения - повышение КПД преобразователя и расширение его функциональных возможностей.
Повышение КПД достигается за счет снижения потерь при рекуперации энергии и за счет работы выходного трансформатора на высокой фиксированной частоте в режиме перемагничивания магнитопровода по полному циклу.
Расширение функциональных возможностей преобразователя, а именно широкодиапазонное регулирование выходного напряжения (тока), обеспечивается наличием широтно-импульсной модуляции напряжения (тока) первичных обмоток выходного трансформатора. Возможность широкодиапазонного регулирования выходного напряжения, в свою очередь, позволяет расширить область применения предлагаемого преобразователя.
Цель достигается тем, что в преобразователе постоянного напряжения в переменное, содержащем резонансный тиристорный инвертор с выходным трансформатором и узлом рекуперации, анод зарядного тиристора первой силовой цепи соединен с концом одной первичной обмотки трансформатора, начало которой подключено к положительной клемме источника питания, его катод соединен с анодом зарядного тиристора второй силовой цепи, катод которого подключен к концу другой первичной обмотки трансформатора, начало которой соединено с отрицательной клеммой источника питания; точка соединения анода и катода двух зарядных тиристоров через резонансный дроссель подключена к общей точке резонансных конденсаторов, а каждая силовая цепь шунтирована встречно-параллельно соединенными модулирующими тиристорами и рекуперирующим диодом так, что анод первого модулирующего тиристора соединен с положительной клеммой источника питания, а катод - с общей точкой двух зарядных тиристоров и анодом второго модулирующего тиристора, катод которого подключен к отрицательной клемме источника питания; резистор нагрузки шунтирован конденсатором фильтра.
На фиг. 1 представлена предлагаемая схема преобразователя; на фиг. 2 - диаграммы напряжений и токов, поясняющие его работу; на фиг. 3 - 4 - схемы аналогов; на фиг. 5 - схема преобразователя постоянного напряжения в переменное, принятого за прототип.
На чертежах и в тексте приняты следующие обозначения:
1 и 2 - рекуперирующие диоды;
3 - резонансный дроссель;
4 и 5 - резонансные конденсаторы;
6 и 7 - положительная и отрицательная клеммы источника питания;
8 и 9 - зарядные тиристоры;
10 и 11 - первичные обмотки трансформатора;
12 - трансформатор;
13 и 14 - вторичные обмотки трансформатора;
15 и 16 - диоды схемы выпрямления;
17 - резистор нагрузки;
18 - конденсатор фильтра;
19 и 20 - модулирующие тиристоры;
t1 - сдвиг импульсов включения тиристоров 19 и 20 относительно импульсов включения тиристоров 8 и 9;
t2 - половина периода собственных колебаний резонансного контура;
T - период следования импульсов включения тиристоров 8 и 9.
1 и 2 - рекуперирующие диоды;
3 - резонансный дроссель;
4 и 5 - резонансные конденсаторы;
6 и 7 - положительная и отрицательная клеммы источника питания;
8 и 9 - зарядные тиристоры;
10 и 11 - первичные обмотки трансформатора;
12 - трансформатор;
13 и 14 - вторичные обмотки трансформатора;
15 и 16 - диоды схемы выпрямления;
17 - резистор нагрузки;
18 - конденсатор фильтра;
19 и 20 - модулирующие тиристоры;
t1 - сдвиг импульсов включения тиристоров 19 и 20 относительно импульсов включения тиристоров 8 и 9;
t2 - половина периода собственных колебаний резонансного контура;
T - период следования импульсов включения тиристоров 8 и 9.
Предлагаемый резонансный преобразователь с широтно-импульсной модуляцией (фиг. 1) содержит два рекуперирующих диода 1 и 2; резонансный дроссель 3, два последовательно соединенных резонансных конденсатора 4 и 5, включенных между положительной 6 и отрицательной 7 клеммами источника питания; две последовательно соединенные силовые цепи, каждая из которых образована последовательно включенными зарядными тиристорами 8, 9 и первичной обмоткой 10 и 11 трансформатора 12, причем анод зарядного тиристора 8 первой силовой цепи соединен с концом первичной обмотки 10 трансформатора 12, начало которой подключено к положительной клемме 6 источника питания, а катод соединен с анодом зарядного тиристора 9 второй силовой цепи, катод которого подключен к концу первичной обмотки 11 трансформатора 12, начало которой соединено с отрицательной клеммой 7 источника питания. Точка соединения зарядных тиристоров 8 и 9 через резонансный дроссель 3 подключена к общей точке резонансных конденсаторов 4 и 5. Кроме того, каждая силовая цепь шунтирована встречно-параллельно включенными модулирующими тиристорами 19, 20 и рекуперирующими диодами 1 и 2 так, что анод первого модулирующего тиристора 19 соединен с положительной клеммой 6 источника питания, а катод - с общей точкой резонансных конденсаторов 4, 5 и анодом второго модулирующего тиристора 20, катод которого подключен к отрицательной клемме 7 источника питания; схему выпрямления со средней точкой, содержащую вторичные обмотки 13 и 14 трансформатора 12 и диоды 15, 16, которая подключена к резонатору нагрузки 17, шунтированному конденсатором фильтра 18.
Работа преобразователя будет рассмотрена при условии, что волновое сопротивление резонансного контура 4, 5, 3 и приведенное к обмоткам 10 и 11 сопротивление цепи резистора нагрузки 17 согласованы.
Принцип работы предлагаемого преобразователя с широтно-импульсной модуляцией заключается в следующем.
При включении тиристора 8 импульсом, подаваемым на его управляющий электрод (фиг. 2, a и b), через тиристор 3 начинает протекать ток резонансного контура: обмотка 10 трансформатора 12, тиристор 8, дроссель 3, конденсаторы 4 и 5. Этот ток представляет собой только полуволну "прямого" тока (фиг. 2b).
При включении тиристора 19 осуществляется широтно-импульсная модуляция тока в первичной обмотке 10 трансформатора 12. Действительно, при проводящем тиристоре 8 включение тиристора 19 вызывает шунтирование силовой цепи, состоящей из зарядного тиристора 8 и первичной обмотки 10. Протекает ток резонансного контура: тиристор 19, дроссель 3, конденсаторы 4 и 5. Поскольку эквивалентное сопротивление тиристора 19 много меньше суммы эквивалентного сопротивления тиристора 8 и приведенного к обмотке 10 сопротивления цепи резистора и нагрузки 17, ток через тиристор 8 становится соизмерим с током удержания. Кроме того, при включении тиристора 19 плюс напряжения обмотки 10 трансформаторы 12 прикладываются к катоду тиристора 8, а минус - к аноду. Под воздействием этих двух факторов происходит выключение тиристора 8. Ток обмотки 10 прерывается, что и обеспечивает широтно-импульсную модуляцию тока первичной обмотки 10 трансформатора 12 (фиг. 2, д).
Поскольку в образованном контуре 4, 5, 3 и 19 отсутствует активное сопротивление, то имеет место обратная полуволна тока контура, который протекает через диод 1. Тогда происходит выключение тиристора 19. Осуществляется рекуперация энергии в источник питания (клеммы 6 и 7).
При включении тиристора 9 импульсом, подаваемым на его управляющий электрод (фиг. 2 a и b), через тиристор 9 начинает протекать ток резонансного контура: конденсаторы 4, 5, дроссель 3, тиристор 9, первичная обмотка 11 трансформатора 12. Ток резонансного контура, протекающий через тиристор 9 и обмотку 11, аналогичен току обмотки 10 (фиг. 2, b) и создает в магнитопроводе трансформатора 12 магнитный поток, находящийся в противофазе с потоком, образованным током, протекающим по обмотке 10. Таким образом, трансформатор 12 работает в режиме, обеспечивающем перемагничивание магнитопровода по полному циклу.
При проводящем тиристоре 9 включение тиристора 20 вызывает шунтирование силовой цепи, состоящей из тиристора 9 и обмотки 11 трансформатора 12. При этом начинает протекать ток резонансного контура: конденсаторы 4 и 5, дроссель 3, тиристор 20. Поскольку эквивалентное сопротивление тиристора 20 много меньше суммы эквивалентного сопротивления тиристора 9 и приведенного к обмотке 11 сопротивления цепи резистора нагрузки 17, ток через тиристор 9 становится соизмерим с током удержания. Кроме того, при включении тиристора 20 плюс напряжения обмотки 11 прикладывается к катоду тиристора 9, а минус - к аноду. Под воздействием этих двух факторов происходит выключение тиристора 9. Ток обмотки 11 прерывается, что обеспечивает широтно-импульсную модуляцию тока первичной обмотки 11 трансформатора 12 (фиг. 2, g).
Поскольку в образованном контуре 4, 5, 3a, 20 отсутствует активное сопротивление, имеет место обратная полуволна тока контура, который протекает через диод 2. При этом происходит выключение тиристора 20. Осуществляется рекуперация энергии в источник питания (клеммы 6 и 7).
Тиристоры 19 и 29 включаются при сдвиге импульсного включения относительно импульсов включения тиристоров 8 и 9, большем нуля, но меньшем половины периода собственных колебаний резонансного контура, т.е. при 0 < t1 < t2. При сдвиге импульсов включения тиристоров 19 и 20 относительно импульсов включения тиристоров 8 и 9 на величину, большую половины периода собственных колебаний резонансного контура, но меньшую половины периода следования импульсов включения тиристоров 8 и 9, т.е. при t2 < t1 < T/2, тиристоры 19 и 20 не включаются, так как отсутствует разность потенциалов между анодом и катодом.
Изменяя сдвиг импульсов включения тиристоров 19 и 20 относительно импульсов включения тиристоров 8 и 9 в интервале 0≤t1≤t2, получаем изменение действующего значения тока (напряжения) первичных обмоток 10 и 11 трансформатора 12, что позволяет осуществлять регулирование выпрямленного напряжения на резисторе нагрузки 17. Номинальная величина выходного напряжения на резисторе 17 будет при сдвиге импульсов включения тиристоров 19 и 20 относительно импульсов включения тиристоров 8 и 9 на величину, равную половине периода собственных колебаний резонансного контура 4, 5, 3, 9 и 11 или 10, 8, 3, 4 и 5, т.е. при t1 = t2. Минимальная величина выходного напряжения на резисторе нагрузки 17, практически равная нулю, будет при отсутствии этого сдвига, т.е. при t1 = 0.
К основным преимуществам предлагаемого преобразователя по сравнению с прототипом следует отнести следующее:
трансформатор работает в режиме с полным циклом перемагничивания магнитопровода;
рекуперация энергии осуществляется, минуя обмотки трансформатора;
использование широтно-импульсной модуляции напряжения первичных обмоток трансформатора позволяет регулировать напряжение на нагрузке от нуля до номинального значения;
в процессе регулирования выходного напряжения трансформатор работает на фиксированной высокой частоте.
трансформатор работает в режиме с полным циклом перемагничивания магнитопровода;
рекуперация энергии осуществляется, минуя обмотки трансформатора;
использование широтно-импульсной модуляции напряжения первичных обмоток трансформатора позволяет регулировать напряжение на нагрузке от нуля до номинального значения;
в процессе регулирования выходного напряжения трансформатор работает на фиксированной высокой частоте.
Вышеперечисленные свойства обеспечивают повышение КПД преобразователя на 10 - 15%, снижение его массы и габаритов и расширение функциональных возможностей.
Литература
1. Авторское свидетельство СССР N 1003272, кл. H 02 M 7/515, H 02 P 13/18, Инвертор/ Н.А.Зуев, Роб. Х. Гизатуллин и Рин. Х. Гизатуллин, БИ, N 9, 1983.
1. Авторское свидетельство СССР N 1003272, кл. H 02 M 7/515, H 02 P 13/18, Инвертор/ Н.А.Зуев, Роб. Х. Гизатуллин и Рин. Х. Гизатуллин, БИ, N 9, 1983.
2. Мелешин В.И., Новинский В.Н. Транзисторные преобразователи напряжения с последовательным резонансным контуром. Электротехника, N 8, М.: Энергоатомиздат, 1990, с. 47 - 53, рис. 1, B.
3. Авторское свидетельство СССР 1 285 552, кл. H 02 M 7/519. Преобразователь постоянного напряжения в переменное. Шварц А.Н., Курчик Б.З., БИ, N 13, 1987.
Claims (1)
- Резонансный преобразователь с широтно-импульсной модуляцией, содержащий рекуперирующий диод, резонансный дроссель, два последовательно соединенных резонансных конденсатора, включенных между положительной и отрицательной клеммами источника питания, две последовательно соединенные силовые цепи, каждая из которых образована последовательно включенными зарядными тиристором и первичной обмоткой трансформатора, вторичные обмотки трансформатора и два диода, образующие схему выпрямления со средней точкой, подключенной к резистору нагрузки, отличающийся тем, что анод зарядного тиристора первой силовой цепи соединен с концом одной первичной обмотки трансформатора, начало которой подключено к положительной клемме источника питания, его катод соединен с анодом зарядного тиристора второй силовой цепи, катод которого подключен к концу другой первичной обмотки трансформатора, начало которой соединено с отрицательной клеммой источника питания, точка соединения анода и катода двух зарядных тиристоров через резонансный дроссель подключена к общей точке резонансных конденсаторов, каждая силовая цепь шунтирована встречно-параллельно соединенными модулирующими тиристором и рекуперирующим диодом так, что анод первого модулирующего тиристора соединен с положительной клеммой источника питания, а катод - с общей точкой двухзарядных тиристоров, анодом второго модулирующего тиристора, катод которого подключен к отрицательной клемме источника питания, резистор нагрузки шунтирован конденсатором фильтра.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU95114324A RU2110881C1 (ru) | 1995-08-10 | 1995-08-10 | Резонансный преобразователь с широтно-импульсной модуляцией |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU95114324A RU2110881C1 (ru) | 1995-08-10 | 1995-08-10 | Резонансный преобразователь с широтно-импульсной модуляцией |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU95114324A RU95114324A (ru) | 1997-11-10 |
RU2110881C1 true RU2110881C1 (ru) | 1998-05-10 |
Family
ID=20171219
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU95114324A RU2110881C1 (ru) | 1995-08-10 | 1995-08-10 | Резонансный преобразователь с широтно-импульсной модуляцией |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2110881C1 (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2443051C1 (ru) * | 2011-02-09 | 2012-02-20 | Открытое акционерное общество "Федеральный научно-производственный центр "Нижегородский научно-исследовательский институт радиотехники" | Стабилизированный квазирезонансный преобразователь |
RU180125U1 (ru) * | 2017-12-27 | 2018-06-05 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Преобразователь электрической энергии с высоким диапазоном входного напряжения |
RU2821803C1 (ru) * | 2024-01-29 | 2024-06-26 | Юрий Николаевич Шуваев | Многофазный резонансный преобразователь напряжения шуваева |
-
1995
- 1995-08-10 RU RU95114324A patent/RU2110881C1/ru active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Мелешин В.И., Новинский В.Н. Транзисторные преобразователи напряжения с последовательным резонансным контуром. Электротехника. - М.: Энергоатомиздат, 1990, N 8, с. 47 - 53, рис.1.13. * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2443051C1 (ru) * | 2011-02-09 | 2012-02-20 | Открытое акционерное общество "Федеральный научно-производственный центр "Нижегородский научно-исследовательский институт радиотехники" | Стабилизированный квазирезонансный преобразователь |
RU180125U1 (ru) * | 2017-12-27 | 2018-06-05 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Преобразователь электрической энергии с высоким диапазоном входного напряжения |
RU2821803C1 (ru) * | 2024-01-29 | 2024-06-26 | Юрий Николаевич Шуваев | Многофазный резонансный преобразователь напряжения шуваева |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6310785B1 (en) | Zero voltage switching DC-DC converter | |
US8441812B2 (en) | Series resonant converter having a circuit configuration that prevents leading current | |
US4768141A (en) | D.c.-a.c. converter having an asymmetric half-bridge circuit | |
EP0227382B1 (en) | Forward converters used in switching power supplies | |
Holtz et al. | A nondissipative snubber circuit for high-power GTO inverters | |
Borage et al. | Characteristics and design of an asymmetrical duty-cycle-controlled LCL-T resonant converter | |
US5563775A (en) | Full bridge phase displaced resonant transition circuit for obtaining constant resonant transition current from 0° phase angle to 180° phase angle | |
US5172308A (en) | DC-DC converter with transformer having a single secondary winding | |
US20030021135A1 (en) | Power supply unit including an inverter | |
EP0058401B1 (en) | High frequency switching circuit | |
US4706178A (en) | Power conversion system | |
Pal et al. | A three-phase three-level isolated DC–AC converter with line frequency unfolding | |
US6914788B2 (en) | Power supply apparatus | |
EP0012648B1 (en) | Single-pole commutation circuit | |
RU2110881C1 (ru) | Резонансный преобразователь с широтно-импульсной модуляцией | |
US5327334A (en) | Zero current switching DC-DC converter incorporating a tapped resonant inductor | |
US4455600A (en) | Single phase, double-ended thyristor inverter with choke-coupled impulse commutation | |
JPH07123718A (ja) | Dc−dcコンバ−タ | |
CN109995264B (zh) | 双向dc-ac变换器及其控制方法 | |
RU2186452C2 (ru) | Полумостовой преобразователь постоянного напряжения | |
SU838967A1 (ru) | Преобразователь посто нного напр же-Ни B пЕРЕМЕННОЕ | |
SU1179499A1 (ru) | Однофазный реверсивный преобразователь с искусственной коммутацией | |
SU1767647A1 (ru) | Преобразователь напр жени | |
SU1282294A1 (ru) | Автономный инвертор напр жени | |
RU2007830C1 (ru) | Автогенераторный полумостовой инвертор |