Обратимый импульсный преобразователь постоянных напряжений
Полезная модель относится к силовой импульсной электронике и может быть использована при создании комбинированной системы электропитания транспортного средства, например, электромобиля с двумя и более уровнями питающих напряжений - для питания тягового электропривода, систем освещения и др. Техническим результатом предложения является повышение надежности и рабочего ресурса устройства. Указанный результат обеспечивается благодаря тому, что в обратимом импульсном преобразователе постоянных напряжений, содержащем первичный источник питания постоянного тока 1, «n» конденсаторов 2, 3, 4, соединенных между собой последовательно, «n-1» обратимых полумостовых конверторов 5, 6, состоящих каждый из дросселя 7 и двух электронных ключей 8, 9 с диодной обратной проводимостью, соединенных между собой последовательно-согласно и подключенных своим общим силовым выводом через дроссель к общему для прямого и обратного питания выводу 10 конвертора и к общей точке соединения первых выводов двух смежных конденсаторов, а разнополярными силовыми выводами- к выводам 11 и 12 прямого и обратного питания конвертора и ко вторым выводам тех же конденсаторов, соответственно, а также внешние шины прямого 13, 14 и обратного 15, 16 питания, соединенные с выводами первичного источника питания, и с каналами нагрузки, а также с выводами конденсаторов, соответственно, и кроме того - схему управления 17 с возможностью импульсной модуляции сигналов своих каналов, подключенных к управляющим выводам электронных ключей, причем выводы прямого питания каждого последующего конвертора подключены к выводам обратного питания предыдущего, в соответствии с их полярностью, в качестве первичного источника питания использована аккумуляторная батарея с «n» последовательно между собой соединенными элементными секциями 18, 19, 20, каждая из которых подключена параллельно к соответствующему конденсатору, а схема управления содержит датчики 21 напряжений на элементных секциях и выполнена с возможностью автоматического поддержания указанных напряжений на заданных номинальных уровнях.
Полезная модель относится к силовой импульсной электронике и может быть использована в системах электроснабжения летательных аппаратов, а так же при создании комбинированной системы электропитания транспортного средства, например, электромобиля с двумя и более уровнями питающих напряжений - для питания тягового электропривода, систем освещения и др.
Известен обратимый импульсный преобразователь постоянных напряжений с конденсаторным делителем, содержащий первичный источник постоянного тока, трансформатор с основными уравнительными обмотками, входную батарею из «m» последовательно соединенных конденсаторных секций, «т» выпрямителей с выходными дросселями, «т» ключевых инверторов (см. Патент на полезную модель 
37293, Б.И. 10 от 10,04,2004 г., Белащенко М.Д., Ламанов А.В., Резников С.Б., Савенков А.И., «Преобразователь постоянного напряжения с конденсаторным делителем»). Он предназначен для преобразования повышенного напряжения первичного источника постоянного тока по нескольким выходным каналам постоянного низкого и переменного напряжений с самовыравниванием их уровней за счет цепей уравнительных обмоток трансформатора.
Недостатком известного обратимого преобразователя постоянных напряжений является его сложность и низкая надежность из-за обязательного применения наряду с обратимым преобразованием постоянных напряжений также каналы преобразования постоянных напряжений в переменные (инвертирование).
Известен обратимый импульсный преобразователь постоянных напряжений, содержащий первичный источник питания постоянного тока, «n» конденсаторов, соединенных между собой последовательно, «n-1» обратимых полумостовых конверторов и схему управления с возможностью импульсной модуляции сигналов выходных каналов, подключенных к управляющим выводам электронных ключей конверторов (см. Патент на полезную модель 33274, Б.И. 28 от 10.10.2003 г., Резников С.Б., Молочников А.Ю. «Обратимый импульсный преобразователь постоянных напряжений»). Он предназначен для обратимого взаимопитания двух и более каналов постоянного напряжения.
Недостатком указанного известного обратимого преобразователя постоянных напряжений является низкие надежность и рабочий ресурс устройства из-за отсутствия цепей самовыравнивания напряжений и уровней заряженности элементных секций аккумуляторной батареи, используемой в качестве первичного источника питания.
По технической сущности наиболее близким к предлагаемому является последний из указанных известных импульсных преобразователей постоянных напряжений, выбранный в качестве прототипа.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является обеспечение самовыравнивания напряжений и уровней заряженности элементных секций аккумуляторной батареи, примененной в устройстве в качестве первичного источника питания.
Техническим результатом предложения является повышение надежности и рабочего ресурса устройства.
Указанный результат обеспечивается благодаря тому, что в обратимом импульсном преобразователе постоянных напряжений, содержащем первичный источник питания постоянного тока, «n» конденсаторов, соединенных между собой последовательно, «n-1» обратимых полумостовых конверторов, состоящих каждый из дросселя и двух электронных ключей с диодной обратной проводимостью, соединенных между собой последовательно-согласно и подключенных своим общим силовым выводом через дроссель к общему для прямого и обратного питания выводу конвертора и к общей точке соединения первых выводов двух смежных конденсаторов, а разнополярными силовыми выводами - к выводам прямого и обратного питания конвертора и ко вторым выводам тех же конденсаторов, соответственно, а также внешние шины прямого и обратного питания, соединенные с выводами первичного источника питания, и с каналами нагрузки, а также с выводами конденсаторов, соответственно, и кроме того-схему управления с возможностью импульсной модуляции сигналов выходных каналов, подключенных к управляющим выводам электронных ключей, причем выводы прямого питания каждого последующего конвертора подключены к выводам обратного питания предыдущего, в соответствии с их полярностью, в качестве первичного источника питания использована аккумуляторная батарея с « n» последовательно между собой соединенными элементными секциями, каждая из которых подключена параллельно к соответствующему конденсатору, а схема управления содержит датчики напряжений на элементных секциях и выполнена с возможностью автоматического поддержания указанных напряжений на заданных номинальных уровнях.
Лабораторные испытания подтверждают возможность широкого промышленного использования предложенного обратимого импульсного преобразователя постоянных напряжений.
На фиг. приведена принципиальная схема силовой части предлагаемого обратимого импульсного преобразователя постоянных напряжений.
Обратимый импульсный преобразователь постоянных напряжений, содержит: первичный источник питания постоянного тока 1, «n» конденсаторов 2, 3, 4 и т.д. соединенных между собой последовательно и «n-1» обратимых полумостовых конверторов 5, 6 и т.д. Каждый конвертор состоит из дросселя 7 и двух электронных ключей 8, 9 с диодной обратной проводимостью, соединенных между собой последовательно-согласно. Электронные ключи подключены своим общим силовым выводом через дроссель к общему для прямого и обратного питания выводу 10 конвертора и к общей точке соединения первых выводов двух смежных конденсаторов, а разнополярными силовыми выводами - к выводам 11 и 12 прямого и обратного питания конвертора и ко вторым выводам тех же конденсаторов, соответственно. Внешние шины прямого 13, 14 и обратного 15, 16 питания, соединены с выводами первичного источника питания, и с каналами нагрузки, а также с выводами конденсаторов, соответственно. Схема управления 17 имеет выходные каналы, подключенные к управляющим выводам электронных ключей. В качестве первичного источника питания использована аккумуляторная батарея с «n» последовательно между собой соединенными элементными секциями 18, 19, 20, каждая из которых подключена параллельно к соответствующему конденсатору. Схема управления содержит датчики 21 напряжений на элементных секциях и выполнена с возможностью импульсной модуляции сигналов выходных каналов и с возможностью автоматического поддержания напряжений на элементных секциях на заданных номинальных уровнях. Выводы прямого питания каждого последующего конвертора, подключены к выводам обратного питания предыдущего, в соответствии с их полярностью.
Обратимый импульсный преобразователь постоянных напряжений работает следующим образом.
Если уровни напряжений на элементных секциях 18, 19, 20 и остальных аккумуляторной батареи 1 соответствуют заданным номинальным уровням заряженности, то все электронные ключи 8, 9 и др. обратимых конверторов 5, 6 и др. выключены а на внешних шинах прямого 13, 14 и 15, 16 питания имеются напряжения, соответствующие заданным номинальным уровням.
Если по причине неравномерного (непропорционального) распределения нагрузок в каналах внешних шин 15 и 16 или неравномерной разряженности элементных секций аккумуляторной батареи 1, напряжения на секциях отклонятся от заданных номинальных значений, то по сигналам датчиков напряжений 21 схема управления 17 будет генерировать на своих выходных выводах импульсно-модулированные сигналы управления, соответствующие степени отклонений напряжений.
Пусть, например, на элементной секции 18 напряжение станет выше напряжения на секции 19. Тогда по сигналу схемы управления 17 начнет широтно-импульсно модулироваться электронный ключ 8 конвертора 5. После отпирания ключа 8 порция энергии секции 18 перейдет в электромагнитную энергию дросселя 7, а после его запирания передастся в секцию 19 через обратный диод ключа 9, Если напряжение на секции 19 по аналогичным причинам станет выше напряжения на секции 18, то модулироваться будет ключ 9. В обоих случаях модуляция приведет к автоматическому самовыравниванию указанных напряжений.
Аналогичным образом будут самовыравниваться напряжения всех секций аккумуляторной батареи.
Благодаря вышеуказанному самовыравниванию напряжений и соответственно-уровней заряженности всех секций аккумуляторной батареи будут повышены ее надежность и рабочий ресурс всего устройства.
Достигаемый в предлагаемом устройстве технический результат представляется весьма существенным при разработке комбинированных систем электропитания транспортных средств, например, перспективных гибридных электромобилей с двумя уровнями питающих напряжений: повышенного- для питания тягового электропривода и низкого - для питания систем освещения и приборов. При этом достигается дополнительный технический результат - повышение КПД всей системы электропитания за счет снижения тепловых потерь в электроприводе и цепях его питания.
Обратимый импульсный преобразователь постоянных напряжений, содержащий первичный источник питания постоянного тока, «n» конденсаторов, соединенных между собой последовательно, «n-1» обратимых полумостовых конверторов, состоящих каждый из дросселя и двух электронных ключей с диодной обратной проводимостью, соединенных между собой последовательно-согласно и подключенных своим общим силовым выводом через дроссель к общему для прямого и обратного питания выводу конвертора и к общей точке соединения первых выводов двух смежных конденсаторов, а разнополярными силовыми выводами - к выводам прямого и обратного питания конвертора и ко вторым выводам тех же конденсаторов, соответственно, а также внешние шины прямого и обратного питания, соединенные с выводами первичного источника питания, и с каналами нагрузки, а также с выводами конденсаторов, соответственно, и, кроме того, - схему управления с возможностью импульсной модуляции сигналов своих выходных каналов, подключенных к управляющим выводам электронных ключей, причем выводы прямого питания каждого последующего конвертора подключены к выводам обратного питания предыдущего, в соответствии с их полярностью, отличающийся тем, что в качестве первичного источника питания использована аккумуляторная батарея с «n» последовательно между собой соединенными элементными секциями, каждая из которых подключена параллельно к соответствующему конденсатору, а схема управления содержит датчики напряжений на элементных секциях и выполнена с возможностью автоматического поддержания указанных напряжений на заданных номинальных уровнях.
