ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ С КОНДЕНСАТОРНЫМ ДЕЛИТЕЛЕМ

Полезная модель относится к электротехнике и может быть использована в полупроводниковых преобразователях постоянного напряжения, преимущественно - высокого.
Известны преобразователи постоянного напряжения с конденсаторным делителем, содержащие входную батарею из последовательно соединенных конденсаторных секций, подключенную крайними выводами к зажимам питания, ключевые инверторы, входные выводы которых подключены к выводам соответствующих конденсаторных секций батареи, выпрямители, вспомогательные конденсаторы и зажимы нагрузок (В. С. Моин Стабилизированные транзисторные преобразователи, М.: Энергоатомиздат, 1986г., стр. 301, рис. 8.2).
Недостатком известных преобразователей является наличие дополнительных конденсаторов с большой реактивной мощностью, а следовательно - массой, объемом и стоимостью, а также низкой надежностью.
Наиболее близким к полезной модели является преобразователь постоянного напряжения с конденсаторным делителем, содержащий входную батарею из последовательно соединенных конденсаторных секций, подключенную крайними выводами к зажимам питания, ключевой транзисторный инвертор, входные выводы которого подключены к выводам соответствующих конденсаторных секций батареи, выходные выпрямители, первичную трансформаторную обмотку, подключенную к выходным выводам ключевого инвертора, и вторичные трансформаторные обмотки, подключенные через соответствующие выходные выпрямители к зажимам нагрузок (Б. Кабелев Полумостовые конверторы с переключением транзисторов при нуле напряжения. Электроника: Наука, Технология, Бизнес
1/99, стр. 40, рис. 5).
Недостатком известного устройства является относительно высокое рабочее напряжение на транзисторных ключах инвертора, равное напряжению на зажимах питания, а следовательно - низкая надежность устройства.
Техническим результатом, который может быть получен при осуществлении полезной модели, является повышение надежности устройства за счет снижения рабочего напряжения на ключевых элементах по сравнению с напряжением питания.
Указанный технический результат достигается тем, что преобразователь постоянного напряжения с конденсаторным делителем, содержит, по меньшей мере, один трансформатор, входную батарею из ш, где ш  2, 3, 4..., последовательно соединенных конденсаторных секций, ш выпрямителей, m ключевых инверторов, входными выводами подключенных к выводам соответствуюпщх конденсаторных секций батареи, а выходными выводами - к соответствующим первичным трансформаторным обмоткам, вторичные трансформаторные обмотки связаны с выводами для подключения нагрузок, входы выпрямителей подключены к соответствующим уравнительным трансформаторным обмоткам, выход каждого i-ro выпрямителя, где i  1,2, 3...(m - 1), связан со входом (i + 1)-го ключевого инвертора, а выход ш-го выпрямителя - со входом первого ключевого инвертора, при этом каждые k-ые первичная и уравнительная трансформаторные обмотки, где k  1,2, 3... ш, магнитосвязаны, по меньшей мере, между собой и одной вторичной трансформаторной обмоткой.
Выходы выпрямителей могут быть связаны со входами указанных ключевых инверторов через соответствующий дроссель.
дт/// /
2 Все первичные, вторичные и уравнительные трансформаторные
обмотки могут быть магнитосвязаны между собой, а ключевью инверторы подключены к общему каналу синхронизации.
Сущность полезной модели заключается в активном самовыравнивании напряжений на конденсаторных секциях батареи, позволяющем иметь более низкие рабочие напряжения на ключевых элементах устройства (например, на транзисторах при их запирании), а следовательно повысить надежность устройства.
На чертеже приведена принципиальная схема преобразователя постоянного напряжения с конденсаторным делителем, где ш  3.
Преобразователь постоянного напряжения с конденсаторным делителем, содержит входную батарею из трех последовательно соединенных конденсаторных секций 1, подключенную крайними выводами к зажимам питания 2 и 3, три ключевых инвертора 4, входными выводами подключенных к выводам соответствующих конденсаторных секций 1, три выпрямителя 5.
К выходным выводам каждого ключевого инвертора 4 подключена соответствующая первичная трансформаторная обмотка 6, вторичные трансформаторные обмотки 7 связаны с выводами 8 и 9 для подключения нагрузок.
Входы выпрямителей 5 подключены к соответствующим уравнительным трансформаторным обмоткам 10.
Выход первого выпрямителя 5 связан со входом второго ключевого инвертора 4, выход второго выпрямителя 5 связан со входом третьего ключевого инвертора 4, а выход третьего выпрямителя 5 - со входом первого ключевого инвертора 4.
Преобразователь в рассматриваемом случае может быть выполнен как с одним трансформатором, так и с тремя.
jfmi
3 В первом случае все первичные 6, вторичные 7 и уравнительпые 10
трансформаторные обмотки магнитосвязаны между собой, а ключевые инверторы 4 должны быть подключены к общему каналу синхронизации.
В втором случае магнитосвязаны между собой только первые, вторые и третьи первичные 6, вторичные 7 и уравнительные 10 трансформаторные обмотки, соответственно, т. е. на каждом трансформаторе располагаются только k-ые трансформаторные обмотки.
В случае применения в качестве ключевого инвертора 4 - инвертора напряжения последовательно с выходом каждого выпрямителя 5 для демпфирования включен соответствующий дроссель 11, показанный на чертеже пунктиром.
В случае применения мостовых схем для ключевых инверторов 4 числа витков первичных 6 и уравнительных 10 обмоток выбираются одинаковыми.
В случае применения полумостовых ключевых инверторов 4 конденсаторные секции 1 состоят из двух последовательных конденсаторов со средним выводом (показаны на чертеже пунктиром).
В случае применения полумостовых выпрямителей 5 уравнительные трансформаторные 10 обмотки могут иметь средние выводы.
Преобразователь постоянного напряжения с конденсаторным делителем работает следующим образом.
В исходном (подготовительном) состоянии ключевые инверторы 4 работают или готовы к работе в нерегулируемом режиме с постоянным максимальным коэффициентом заполнения  «0,5 в каждом плече. При подаче постоянного напряжения на зажимы питания 2 и 3 оно начинает распределяться по конденсаторным секциям 1 с активным самовыравниванием по цепям: первая (вторая) конденсаторная секция 1 первый (второй) ключевой инвертор 4 - первая (вторая) первичная трансформаторная обмотка 6 - первая (вторая) уравнительная трансформаторная обмотка 10 - первый (второй) выпрямитель 5 - вторая
4
(третья) конденсаторная секция 1, а также по замыкающей цепи: третья конденсаторная секция 1 - третий ключевой инвертор 4 - третья первичная трансформаторная обмотка 6 - третья уравнительная трансформаторная обмотка 10 - третий выпрямитель 5 - первая конденсаторная секция 1.
При подключении нагрузок к зажимам 8 и 9 напряжения, генерируемые на выходах вторичных трансформаторных обмоток 7 за счет их взаимоиндуктивных связей с первичными 6 трансформаторными обмотками, прикладываются к зажимам 8 и 9 нагрузок, а общий ток последовательно по входам включенных ключевых инверторов 4 определяет равенство токов разрядки конденсаторных секций 1. Это позволяет существенно разгрузить выравнивающие цепи: уравнительная трансформаторная обмотка 10 - выпрямитель 5 (или уравнительная трансформаторная обмотка 10 - выпрямитель 5 - дроссель 11), оставив для них в качестве основной функции активное самовыравнивание напряжений на конденсаторных секциях 1 в переходных динамических режимах.
Таким образом, благодаря активному самовыравниванию напряжений на конденсаторных секциях 1 входной батареи рабочие напряжения полупроводниковых элементов (транзисторов) ключевых инверторов 4 могут быть выбраны относительно низкими, близкими к величине Umax/ m, где Umax - максимальное значение напряжения питания. Благодаря этому обеспечивается технический результат - повышение надежности устройства.
/ЛХ)