АСИНХРОННЫЙ ДВУНАПРАВЛЕННЫЙ ОБРАТНОХОДОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Предлагаемая полезная модель относится к электротехнике, а именно к области импульсного электротехнического оборудования, и может быть использована в качестве dc-dc конвертора для двунаправленной передачи энергии между двумя магистралями постоянного тока разного напряжения.
Известен двунаправленный преобразователь постоянного напряжения (dc-dc конвертор), с гальванической изоляцией нагрузки, выполненный по схеме понижающего преобразователя напряжения (Патент РФ №2454779, опубликован 27.06.2012), содержащий трансформатор, конденсаторы и управляющие ключи.
Недостатком устройства является наличие в схеме большого количества элементов и необходимость использования высокого напряжения для управления, связанное с выбранным схемотехническим решением в виде понижающего преобразователя напряжения, что предъявляет повышенные требования к изоляции нагрузки относительно источника питания.
Технический результат, на получение которого направлена полезная модель, заключается в повышении функциональности устройства за счет снижения количества элементов устройства и обеспечения применимости устройства для сопряжения двух магистралей с различным напряжением.
Технический результат достигается в следующем устройстве. Двунаправленный преобразователь постоянного напряжения выполнен по схеме обратноходового преобразователя в виде двух блоков для прямого и противоположного направления преобразования напряжения с применением только одного обратноходового трансформатора для обоих блоков. При этом обеспечивается гальваническая развязка между магистралями. При прямом преобразовании к первичной обмотке трансформатора подводится напряжение из первой магистрали через коммутатор, осуществляющий его широтно-импульсную модуляцию, а к вторичной обмотке, состоящей из двух частей, соединенных последовательно, через выпрямитель подключается вторая магистраль. При этом за счет соотношения числа витков в первичной и вторичной обмотках обеспечивается необходимый коэффициент преобразования напряжения. При обратном преобразовании часть вторичной обмотки отключается с помощью ключа, а напряжение из второй магистрали подается на одну часть вторичной обмотки через коммутатор, осуществляющий его широтно-импульсную модуляцию. В первичной обмотке, при этом возбуждается ЭДС, которое с помощью последовательно соединенного выпрямителя, формирует постоянное напряжение, подаваемое в первую магистраль.
На фиг.1 представлена схема предлагаемого обратноходового асинхронного двунаправленного конвертера постоянного тока. А - первая магистраль, В - вторая магистраль. 1 - выпрямитель магистрали А, 2 - ключ управления магистрали А, 3 - выпрямитель магистрали В, 4 - коммутирующий ключ, 5 - ключ управления магистрали В. 1.1 - первичная обмотка трансформатора, 2.1. и 2.2. - вторичная обмотка трансформатора.
Устройство работает следующим образом. Для передачи энергии из магистрали А в магистраль В, подается управляющее напряжение на коммутирующий ключ 4 и тем самым обмотка 2.2, последовательно с выпрямителем 3 и обмоткой 2.1 подключается к полюсам магистрали В. Количество витков вторичной обмотки увеличивается и становится равным сумме количества витков обмоток 2.1 и 2.2. Тем самым обеспечивается коэффициент трансформации, необходимый для максимальной эффективности передачи энергии из магистрали А в магистраль В и необходимые режимы работы преобразователя. Далее, на управляющий ключ 2 подается промодулированное управляющее напряжение (прямоугольные импульсы) с требуемой длинной импульса и частотой. В момент замыкания ключа 2, ток протекает с положительного полюса магистрали А через первичную обмотку 1.1 и открытый ключ 2 к отрицательному полюсу магистрали А. В этот момент (момент прямого хода), на концах вторичных обмоток возникает Э.Д.С. с противоположной полярностью, ток которой блокируется выпрямителем 3. Это приводит к накоплению энергии в магнитопроводе трансформатора.
В момент размыкания управляющего ключа 2 (момент начала обратного хода), на концах вторичных обмоток 2.1 и 2.2 происходит реверс полярности Э.Д.С. и ток накопленной энергии начинает перетекать в магистраль В через открытый ключ 4 и выпрямитель 3.
Для передачи электрической энергии из магистрали B в магистраль А, необходимо разомкнуть управляющий ключ 2 и коммутирующий ключ 4. После этого, на управляющий ключ 5 необходимо подать промодулированное управляющее напряжение (прямоугольные импульсы) с требуемыми частотой и длительностью импульса. В момент замыкания ключа 5, ток с положительного полюса магистрали В протекает через вторичную обмотку 2.1 и замкнутый ключ 5 к отрицательному полюсу магистрали В. В этот момент (момент прямого хода), на концах первичной обмотки 1.1 возникает Э.Д.С. с противоположной полярностью, ток которой блокируется выпрямителем 1. Это приводит к накоплению энергии в магнитопроводе трансформатора. В момент размыкания управляющего ключа 5 (момент начала обратного хода), на первичной обмотке трансформатора 1.1 происходит реверс полярности Э.Д.С. и ток накопленной энергии начинает перетекать в магистраль А через выпрямитель 1.
Таким образом, достигается технический результат - создан двунаправленный преобразователь постоянного напряжения, выполненный по схеме обратноходового преобразователя в виде двух блоков для прямого и противоположного направления преобразования напряжения с применением только одного обратноходового трансформатора для обоих блоков устройства, который обеспечивает его применимость для сопряжения двух магистралей с различным напряжением.