SU775844A1 - Dc voltage converter - Google Patents

Description

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может быть'использовано, например, для питания газоразрядных ламп.The invention relates to the field of converting technology and can be used, for example, to power discharge lamps.

Известен преобразователь посто- 5 янного напряжения, обеспечивающий бестрансформаторное повышение выходного напряжения [1]. Однако такой преобразователь требует полностью управляемых коммутирующих элементов, ’θ способных коммутировать цепь с индуктивностью. Известен также преобразователь, содержащий тиристор с цепью коммутации й колебательный контур [2]. Это устройство имеет огра- 15 ниченный уровень выходного напряжения, а наличие узла коммутации снижает КПД преобразователя.A known constant-voltage converter providing a transformerless increase in the output voltage [1]. However, such a converter requires fully controllable switching elements ’θ capable of switching a circuit with an inductance. Also known is a converter containing a thyristor with a switching circuit and an oscillatory circuit [2]. This device has a limited output voltage level, and the presence of a switching unit reduces the efficiency of the converter.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигав- 20 мому эффекту является преобразователь [31, содержащий цепь из последовательно соединенных тиристора, дросселя и конденсатора, к которому через дополнительный тиристор под- 25 ключена цепь нагрузки. Третий тиристор включен параллельно дросселю.The closest to the effect proposed by the technical essence and achieved is the converter [31, containing a circuit of series-connected thyristor, inductor and capacitor, to which a load circuit is connected through an additional thyristor. The third thyristor is connected in parallel with the inductor.

Недостаток описанного преобразователя заключается в ограниченном уровне выходного напряжения и низ- 30 ком КПД, так как энергия, накопления в дросселе, в процессе регулирования выходного напряжения рассеивается на резисторе, включенном последовательно с третьим тиристором.The disadvantage of the described converter lies in the limited level of the output voltage and low efficiency, since the energy accumulated in the inductor during the regulation of the output voltage is dissipated on the resistor connected in series with the third thyristor.

Цель изобретения — повышение выходного напряжения и улучшение КПД преоб· разователя.The purpose of the invention is to increase the output voltage and improve the efficiency of the converter.

Достигается это тем, что в преобразователе, содержащем цепь из последовательно соединенных тиристора, дросселя и конденсатора, и второй тиристор, связанный одним силовым электродом с точкой соединения тиристора и дросселя последовательной цепи, причем выходные выводы преобразователя связаны q одной обкладкой конденсатора непосредственно, а с другойчерез разделительный вентиль, другой силовой электрод второго тиристора связан с обкладкой конденсатора, подключенной к выходному выводу преобразователя, причем второй тиристор включен в проводящем по отношению к источнику питания направлении, а разделительный вентиль — в непроводящем, а параллельно выходным выводам преобразователя включен дополнительно введенный конденсг-ор.This is achieved by the fact that in the converter containing a circuit of series-connected thyristor, inductor and capacitor, and a second thyristor connected by one power electrode to the connection point of the thyristor and inductor of the series circuit, the output terminals of the converter connected directly to one capacitor plate q and through the other through a isolation valve, another power electrode of the second thyristor is connected to the capacitor plate connected to the output terminal of the converter, and the second thyristor is included in rovodyaschem with respect to the power supply direction, and the separating valve - in a non-conducting, and the parallel output terminals of the inverter included additionally introduced kondensg-op.

Принципиальная схема преобраэо^ вателя изображена на чертеже.The schematic diagram of the converter is shown in the drawing.

К входным выводам преобразователе подключен источник питания 1 и последовательная цепь из тиристора 2, дросселя 3 и конденсатора 4. Между катодом тиристора 2 и входным выво- 5 д©м включен тиристор 5 .' Параллельно конденсатору 4 подключен через разделительный вентиль 6 накопительный конденсатор 7. Параллельно конденсатору 7 включена нагрузка 8. Для 10 управления включением тиристоров 2 и 5 служит блок управления 9, формирующий пару импуЬьсов, смещенных относительно друг друга на необходимый временной интервал и следующий на 15 определенной частоте.A power supply 1 and a serial circuit of thyristor 2, inductor 3 and capacitor 4 are connected to the input terminals of the converter. Between thyristor 2 cathode and input terminal 5 d © m thyristor 5 is turned on. ' In parallel to the capacitor 4, a storage capacitor 7 is connected through the isolation valve 6. In parallel to the capacitor 7, a load is turned on 8. For 10 controlling the inclusion of thyristors 2 and 5, a control unit 9 is used, which forms a pair of pulses shifted relative to each other by the required time interval and the next at a 15 certain frequency .

При подключении импульсной нагрузки преобразователь работает следующим образом.When connecting a pulse load, the converter operates as follows.

При поступлении на управляющий 20 электрод тиристора 2 импульса с блока управления 9 тиристор 2. включается и конденсатор 4 заряжается синусоидальным током до напряжения, близкого к удвоенному напряжению источНика 1. При измерении направления Зарядного тока тиристор 2 автоматически включается и фиксирует напряжение на конденсаторе 4. Затем включается тиристор 5 и конденсатор 4 Начинает перезаряжаться. При равен- 30 стве напряжения на конденсаторах 4 И 7 открывается вентиль 6 и энергия, Накопленная в дросселе 3 в процессе Перезаряда конденсатора 4, перекачивается в конденсаторы 4 и 7, заряжая 35 их до одинакового напряжения полярностью противоположной полярности источника 1.По окончании обмена энергией между дросселем 3 и конденсаторами 4 и 7 ток через тиристор 5 прек- 4Q ращаетая и тиристор 5 автоматически выключаемся. В первом такте конденсатор 4 заряжается без учета потерь энергии до напряжения U₄^=2E, а конденсатор 7 до напряжения U^, =<LU^ и — остаточное напряжение на конОСТ денсаторе 4 после его перезаряда.Upon receipt of 2 pulses from the control unit 9 of thyristor 2 to the thyristor control electrode 20, the thyristor 2 turns on and the capacitor 4 is charged with a sinusoidal current to a voltage close to twice the voltage of the source 1. When measuring the direction of the charging current, the thyristor 2 automatically turns on and fixes the voltage on the capacitor 4. Then thyristor 5 turns on and capacitor 4 starts to recharge. If the voltage across the capacitors 4 and 7 is equal, valve 6 opens and the energy accumulated in the inductor 3 during the process of recharging the capacitor 4 is pumped to the capacitors 4 and 7, charging 35 of them to the same voltage with the polarity of the opposite polarity of the source 1. At the end of the energy exchange Between the inductor 3 and the capacitors 4 and 7, the current through the thyristor 5 is pre-4Q and the thyristor 5 is automatically turned off. In the first cycle, the capacitor 4 is charged without taking into account energy losses to a voltage of U ₄ ^ = 2E, and the capacitor 7 to a voltage of U ^, = <LU ^ and is the residual voltage at the capacitor 4 after it is recharged.

В следующем такте цикла заряда jq конденсатора 7 конденсатор 4 зарядится до напряжения =2Е +(^, а конденсатор 7 до напряженияIn the next cycle of the charge cycle jq of capacitor 7, capacitor 4 is charged to voltage = 2E + (^, and capacitor 7 to voltage

Можно показать, что напряжение на конденсаторах 4 и 7 в первом такте (п «« 1,2,3,..ш) цикла заряда определяется следующими выражениями:It can be shown that the voltage across the capacitors 4 and 7 in the first cycle (n «« 1,2,3, .. w) of the charge cycle is determined by the following expressions:

U₄ «2Е₊и n Si--1U ₄ "2E ₊ and n Si - 1

ИЗ которых следует, что предлагаемый преобразователь позволяет многократ- 65 но умножать напряжение источника 1, так·как напряжение на накопительном конденсаторе 7 может достигать сколь угодно высоких значений.From which it follows that the proposed converter allows you to repeatedly multiply the voltage of source 1, since the voltage at the storage capacitor 7 can reach arbitrarily high values.

При достижении напряжением на накопительном конденсаторе 7 заданного уровня блок управления 9 прекращает подачу импульсов на тиристоры 2 и 5 и заряд конденсатора 7 заканчивается. Затем производится разряд конденсатора 7 на импульсную нагрузку 8 и цикл заряда накопительного конденсатора 7 повторяется.When the voltage at the storage capacitor 7 of a predetermined level, the control unit 9 stops the supply of pulses to the thyristors 2 and 5 and the charge of the capacitor 7 ends. Then, the capacitor 7 is discharged to the pulse load 8 and the charge cycle of the storage capacitor 7 is repeated.

Преобразователь может работать также и от источника переменного напряжения. В этом случае для обеспечения работоспособности преобразователя необходимо, чтобы собственная частота колебательного контура была значительно больше частоты питающего напряжения, а момент включения тиристора 2 должен быть синхронизирован с определенной фазой переменной ЭДС.The converter can also work from an AC voltage source. In this case, to ensure the operability of the converter, it is necessary that the natural frequency of the oscillating circuit is much higher than the frequency of the supply voltage, and the turn-on time of the thyristor 2 must be synchronized with a certain phase of the variable EMF.

Работа преобразователя на непрерывную нагрузку принципиально не отличается от вышеописанной за исключением того, что преобразователь в этом случае работает в непрерывном режиме, обеспечивая непрерывный отбор энергии от источника 1 и передачу ее в конденсатор 7 и нагрузку 8.The operation of the converter for a continuous load does not fundamentally differ from the above except that the converter in this case operates in a continuous mode, providing continuous selection of energy from source 1 and transferring it to capacitor 7 and load 8.

В тех случаях, когда для питания непрерывной нагрузки предъявляются повышенные требования к качеству питания, преобразователь может содержать различные фильтровые цепи, включенные между конденсатором 7 и нагрузкой 8.In those cases where increased demands are made on the quality of power for supplying a continuous load, the converter may contain various filter circuits connected between the capacitor 7 and the load 8.

Claims (3)

Изобретение относитс  к области преобразовательной техники и может бытьйспольэован6, например, дл  питани  газоразр дных ламп. Известен преобразователь посто нного напр жени , обеспечивающий бестрансформаторное повышение выход ного напр жени  1. Однако такой преобразователь требует полностью управл еГЛых коммутируюсцих элементов способных KOMiviyTHpOBaTb цепь с индуктивностью . Известен также преобразователь , содержавши тиристор с цепью коммутации и колебательный ко тур 2. Это устройство имеет огра ниченный уровень выходного напр жен а наличие узла коммутации снижает КПД преобразовател . .Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту  вл етс  преобразователь 13, содержащий цепь из последовательно соединенных тиристора, дроссел  и конденсатора, к которому через дополнительный тиристор подключена цепь нагрузки. Третий тирис тор включен параллельно дросселю. Недостаток описанного преобразо вател  заключаетс  в ограниченном -уровне выходного напр жени  и низком КПД, так как энерги , накоплени  в дросселе, в процессе регулировани  выходного напр жени  рассеиваетс  на резисторе, включенном последовательно с третьим тиристором. Цель изобретени  - повышение выходного напр жени  и улучшение КПД преобразовател . Достигаетс  это тем, что в преобразователе , содержащем цепь из последовательно соединенных тиристора, дроссел  и конденсатора, и второй тиристор/ св занный одним силовым электродом с точкой соединени  тиристора и дроссел  последовательной цепи, причем выходные выводы преобразовател  св заны с одной обкладкой конденсатора непосредственно, а с другойчерез разделительный вентиль, другой силовой электрод второго тиристора св зан с обкладкой конденслтора, подключенной к выходному выводу треобразовател , причем второй тиристор включен в провод щем по отношению к источнику питани  направлен}1И, а разделительный вентиль - в непровод щем, а параллельно выходным выводам преобразовател  включен дополнительно введенный конденсг-ор. Принципиальна  схема преосраэо вател  изображена на чертеже. К входным выводам преобразователе подключен источник питани  1 и последовательна  цепь из тиристора 2, дроссел  3 и конденсатора 4, Между катодом тиристора 2 и входным выводом включен тиристор 5 . Параллельно конденсатору 4 подключен через раздфлительный вентиль 6 накопительный конденсатор 7. Параллельно конденcJiTOpy 7 включена нагрузка 8. Дл;  управлени  включением тиристоров 2 и 5 служит блок управлени  9, формируЮП1ИЙ пару импульсов, смещенных относительно друг друга на необходимый временной интервал и следующий на определенной частоте. При подключении импульсной нагру ки преобразователь работает следующим образом. При поступлении на управл ющий электрод тиристора 2 импульса с бло ка управлени  9 тиристор 2 включает с  и конденсатор 4 зар жаетс  сину соидёшьным током до напр жени , бли кого к удвоенному напр жению источника 1. При измерении направлени  зар дного тока тиристор 2 автоматически включаетс  и фиксирует напр жение на конденсаторе 4. Затем вклю чаетс  тиристор 5 и конденсатор 4 Начинает перезар жатьс . При равен стве напр жени  на конденсаторах 4 И 7 открываетс  вентиль б и энерги  накопленна  в дросселе 3 в процессе Перезар да конденсатора 4, перекачи ваетс  в конденсаторы 4 и 7, зар жа их до одинакового напр жени  пол рностью противоположной пол рности Источника 1.По окончании обмена эне гией между дросселем 3 и конденсато Ми 4 и 7 ток через тиристор 5 прек ращаето  и тиристор 5 автоматическ выключаешьс . В первом такте конденс тор 4 зар жаетс  без учета потерь энергии до напр жени  , а кон денсатор 7 до напр жени  и., ост . «« и - остаточное напр жение на ко денсаторе 4 после его перезар да. В следующем такте цикла зар да конденсатора 7 конденсатор 4 зар ди с  до напр жени  Цц, 2Е +lL;y а кон денсатор 7 до напр жени  (iVu|; u-., Мозкио показать, что напр жение на конденсаторах 4 и 7 в первом такте (п 1,2,3,..т) цикла зар да опреде л етс  следующими выражени ми: , из которых следует, что предлагаемы преобразователь позвол ет многократ но умножать напр жение источника 1, так-как напр жение на накопительном конденсаторе 7 может достигать сколь угодно высоких значений. При достижении напр жением на накопительном конденсаторе 7 заданного уровн  блок управлени  9 прекращает подачу импульсов на тиристоры 2 н 5 и зар д конденсатора 7 заканчиваетс . Затем производитс  разр д конденсатора 7 на импульсную нагрузку 8 и цикл зар да накопительного конденсатора 7 повтор етс . Преобразователь может работать также и от источника переменного напр жени . В этом случае дл  обеспечени  работоспособности преобразовател  необходимо, чтобы собственна  частота колебательного контура была значительно больше частоты питающего напр жени , а момент включени  тиристора 2 должен быть синхронизирован с определенной фазой переменной ЭДС. Работа преобразовател  на непрерывную нагрузку принципиально не отличаетс  от вышеописанной за исключением того, что преобразователь в этом случае работает в непрерывном режиме, обеспечива  непрерывный отбор энергии от источника 1 и передачу ее в конденсатор 7 и нагрузку 8. В тех случа х, когда дл  питани  непрерывной нагрузки предъ вл ютс  повышенные требовани  к качеству питани , преобразователь может содержать различные фильтровые цепи, включенные между конденсатором 7 и нагрузкой 8. Формула изобретени  Преобразователь посто нного напр жени , содержащий цепь из последовательно соединенных тиристора, дроссел  и конденсатора, подключенную к входным выводам преобразовател , а также второй тиристор,св занный одним силовым электродом с точкой соединени  тиристора и дроссел  последовательной цепи, выходные выводы преобразовател  св заны с одной обкладкой конденсатора непосредственно, а с другой - через разделительный вентиль, отличающий с  тем, что, с целью повышени  уровн  выходного напр жени  и улучшени  КПД преобразовател , другой силовой электрод второго тиристора св зан с обкладкой конденсатора,подключенной к входному выводу преобразовател ,причем второй тиристор включен в провод щем по отношению к источнику питани  направлении , а разделительный вентиль - в непровод 111ем направлении и выполнен неуправл емым, а параллельно выходным выводам преобразовател  включен дополнительно введенный конденсатор iThe invention relates to the field of converter technology and can be used 6, for example, to power gas discharge lamps. A constant voltage converter is known that provides a transformerless boost of the output voltage 1. However, such a converter requires fully controlled switching elements with a KOMiviyTHpOBaTb capable circuit with inductance. A converter is also known, which contains a thyristor with a switching circuit and an oscillating circuit 2. This device has a limited output voltage level and the presence of a switching node reduces the efficiency of the converter. The closest to the proposed technical essence and the achieved effect is the converter 13, which contains a circuit consisting of a series-connected thyristor, droplets and a capacitor, to which a load circuit is connected via an additional thyristor. The third thyris torus is connected parallel to the choke. The disadvantage of the described converter lies in the limited-level of the output voltage and low efficiency, since the energy accumulated in the choke, in the process of controlling the output voltage, is dissipated by a resistor connected in series with the third thyristor. The purpose of the invention is to increase the output voltage and improve the efficiency of the converter. This is achieved by the fact that in a converter containing a circuit of series-connected thyristor, throttle and capacitor, and a second thyristor / connected by one power electrode to the connection point of the thyristor and the throttle of the series circuit, the output terminals of the converter are connected to one capacitor plate, on the other, through a separation valve, another power electrode of the second thyristor is connected to the capacitor plate, connected to the output terminal of the transducer, the second thyristor including n in the conductive with respect to the power source is directed} 1I, a separating valve - a non-conductive, and the parallel output terminals of the converter is included additionally introduced kondensg-op. A schematic diagram of the pre-surface is shown in the drawing. A power supply 1 and a series circuit from thyristor 2, throttle 3 and capacitor 4 are connected to the input terminals of the converter. Thyristor 5 is connected between the cathode of thyristor 2 and the input terminal. Parallel to the capacitor 4 is connected via the split-off valve 6 the storage capacitor 7. Parallel to the condenser JiTOpy 7 is the load 8. For; controlling the turning on of thyristors 2 and 5 serves as a control unit 9, forming a pair of pulses displaced relative to each other by the required time interval and following at a certain frequency. When connecting the pulse loading converter operates as follows. When a pulse is received from the control unit 9 to the control electrode of the thyristor 2, the thyristor 2 turns on and the capacitor 4 is charged with a closed current to a voltage close to the double voltage of source 1. When measuring the direction of the charging current, the thyristor 2 automatically turns on and fixes the voltage to the capacitor 4. Then the thyristor 5 is turned on and the capacitor 4 starts to recharge. When the voltage on the capacitors 4 and 7 is equal, the valve b opens and the energy accumulated in the choke 3 in the process of reloading the capacitor 4 is pumped to the capacitors 4 and 7, charging them to the same voltage of the opposite polarity of Source 1. When the exchange of energy between the choke 3 and the condensate Mie 4 and 7 is completed, the current through the thyristor 5 is switched off and the thyristor 5 is automatically switched off. In the first cycle, the capacitor 4 is charged without taking into account the energy loss before the voltage, and the capacitor 7 before the voltage and., Stop. ““ And - residual voltage on the capacitor 4 after it has been recharged. In the next cycle of the charge cycle of the capacitor 7, the capacitor 4 charges to the voltage Tsz, 2E + lL; y and the capacitor 7 to the voltage (iVu |; u-., Mozkio show that the voltage on the capacitors 4 and 7 in the first cycle (n 1,2,3, .. t) of the charge cycle is determined by the following expressions:, from which it follows that the proposed converter allows to multiply multiply the voltage of source 1, since the voltage on the storage capacitor 7 can reach arbitrarily high values. When the voltage on the storage capacitor 7 reaches a predetermined level The control unit 9 stops the supply of pulses to thyristors 2 and 5 and the charge of capacitor 7 is terminated. Then the capacitor 7 is discharged to the pulse load 8 and the charge capacitor 7 is charged. The converter can also be operated from an alternating voltage source. In this case, to ensure the operability of the converter, it is necessary that the natural frequency of the oscillating circuit be significantly higher than the frequency of the supply voltage, and the moment of switching on the thyristor 2 must be synchronized n with certain variable phase emf. The operation of the converter for continuous loading does not fundamentally differ from the above described one, except that the converter in this case operates in continuous mode, ensuring the continuous extraction of energy from source 1 and its transfer to capacitor 7 and load 8. In those cases where loads have higher power quality requirements; the converter may contain various filter circuits connected between the capacitor 7 and the load 8. Claims of the invention The converter is constant voltage, containing a circuit of a series-connected thyristor, a throttle and a capacitor connected to the input terminals of the converter, as well as a second thyristor connected by one power electrode to the connection point of the thyristor and a series throttle, the output terminals of the converter are directly connected and, on the other hand, through a separating valve, which, in order to increase the output voltage level and improve the efficiency of the converter, differs in that the other power electrode of the second iristora coupled to capacitor plate connected to the input terminal of the converter, the second thyristor is turned on in the conductive with respect to the power source direction, and the separating valve - a nonconductive 111em direction and configured uncontrolled and parallel output terminals of the converter is included additionally introduced capacitor i Источники информацииf прин тые во внимание при экспертизе.Sources of information taken into account in the examination. J. Патент США 3263099,кл.307/109, 1966.J. U.S. Patent 6,630,999, CL.307 / 109, 1966. 2. Авторское свидетельство СССР 421151, кл. Н 05 В 41/34, 1974.2. USSR author's certificate 421151, cl. H 05 B 41/34, 1974. . . 3. Авторское свидетельство СССР О 233025 кл. Н 02 Н 3/155, 1967.3. USSR author's certificate About 233025 Cl. H 02 H 3/155, 1967.