Устройство для преобразования постоянного тока в постоянный

Предлагаемая полезная модель относится к области электротехники и преобразовательной техники и может быть использована для обеспечения потребителей электроэнергией постоянного тока с необходимыми уровнем и стабильностью напряжения, например, при питании их от нетрадиционных источников электроэнергии в виде солнечных батарей, электрохимических генераторов и пр. Устройство для преобразования постоянного тока в постоянный содержит первую индуктивность 1 и вторую индуктивность 2, магнитно-связанную с первой, диод 3, первый конденсатор 4, второй конденсатор 5, третий конденсатор 6, полупроводниковый ключ 7 с первым электродом 8, вторым 9 и третьим электродом 10, систему управления ключом 11. При этом вывод 12 индуктивности 1 подключен к электроду 8 ключа 7 и аноду 13 диода 3. Вывод 14 индуктивности 1 подключен ко входу 15 от источника питания. Электроды 9 и 10 ключа 7 подключены к системе управления 11.Вывод 17 индуктивности 2 соединен с обкладкой 18 конденсатора 6 и обкладкой 19 конденсатора 5 фильтра напряжения нагрузки. Вывод 20 индуктивности 2 соединен с обкладкой 21 конденсатора 6, с катодом 22 диода 3 и обкладкой 23 конденсатора 4, обкладка 24 которого присоединена к точке соединения обкладки 25 конденсатора 5 со входом 16 от источника питания и с электродом 9 ключа 7.

Предлагаемая полезная модель относится к области электротехники и преобразовательной техники и может быть использована для обеспечения потребителей электроэнергией постоянного тока с необходимым уровнем и стабильностью напряжения, например, при питании их от нетрадиционных источников электроэнергии в виде солнечных батарей, электрохимических генераторов и пр.

Известно устройство для преобразования постоянного тока в постоянный с возможностью повышения и понижения выходного напряжения по отношению к напряжению источника питания, содержащее первую и вторую индуктивности, диод, первый и второй конденсаторы, систему управления полупроводниковым ключом, полупроводниковый ключ. Причем первый электрод ключа подключен к первому выводу первой индуктивности, второй электрод ключа подключен к первому выходу источника питания, а между вторым и третьим электродами ключа подключена система управления, второй вывод первой индуктивности подключен ко второму выходу источника питания, первый вывод второй индуктивности подключен к первой обкладке второго конденсатора, вторая обкладка второго конденсатора подключена к точке соединения второго электрода ключа с первым выходом источника питания (Электрические и электронные аппараты: Учебник для ВУЗ"ов / Под редакцией Ю.К.Розанова. - Москва. Энергоатомиздат. 1998. С.607).

Недостатком устройства является невысокий коэффициент полезного действия из-за повышенной пульсации входного тока и последовательного включения полупроводниковых приборов а также увеличенное количество самих приборов.

Наиболее близким к предлагаемому устройству по технической сущности является устройство для преобразования постоянного тока в постоянный, содержащее первую и вторую магнитно связанные индуктивности, диод, первый и второй конденсаторы, систему управления полупроводниковым колючем, полупроводниковый ключ, первый электрод которого подключен к первому выводу первой индуктивности, второй электрод ключа подключен к первому выходу источника питания а между третьим и вторым электродами ключа подключена система управления, второй вывод первой индуктивности подключен ко второму выходу источника питания, первый вывод второй индуктивности подключен к первой обкладке второго конденсатора, второй вывод второй индуктивности подключен к первой обкладке первого конденсатора, вторая обкладка второго

конденсатора подключена к точке соединения второго электрода ключа с первым выходом источника питания (Электрические и электронные аппараты.: Учебник для ВУЗов / Под редакцией Ю.К.Розанова. - Москва. Энергоатомиздат. 1998. C.609, прототип)

Недостатком устройства является пониженный к.п.д. из-за того, что по ключу и диоду протекает ток, равный сумме токов источника питания и нагрузки, что требует также повышенной установленной мощности этих элементов.

Техническая задача, решаемая предлагаемым устройством, заключается в устранении этих недостатков, а именно в повышении к.п.д. устройства и снижении установленной мощности полупроводниковых элементов, используемых в нем.

Поставленная техническая задача решается тем, что в устройство для преобразования постоянного тока в постоянный, содержащее первую и вторую магнитно-связанные индуктивности, диод, первый и второй конденсаторы, систему управления полупроводниковым ключом, полупроводниковый ключ, первый электрод которого подключен к первому выводу первой индуктивности, второй электрод ключа подключен к первому входу от источника питания а между третьим и вторым электродами ключа подключена его система управления, второй вывод первой индуктивности подключен ко второму входу от источника питания, первый вывод второй индуктивности подключен к первой обкладке второго конденсатора, второй вывод второй индуктивности подключен к первой обкладке первого конденсатора, вторая обкладка второго конденсатора подключена к точке соединения второго электрода ключа с первым входом от источника питания, введен дополнительно третий конденсатор, при этом вторая обкладка первого конденсатора подключена ко второму электроду ключа, точка соединения первой обкладки с первого конденсатора с первым выводом второй индуктивности подключена к первой обкладке третьего конденсатора, вторая обкладка которого подключена к первому выводу второй индуктивности, анод диода подключен к точке соединения первого электрода ключа с первым выводом первой индуктивности а катод диода подключен к точке соединения первого вывода второй индуктивности с первой обкладкой первого конденсатора.

Физическая сущность предлагаемой полезной модели состоит в исключении протекания суммарного тока нагрузки и источника питания по полупроводниковым элементам устройства, что позволяет понизить в них потери и уменьшить их установленную мощность.

На фиг.1 приведена принципиальная электрическая схема устройства.

На фиг.2 приведены диаграммы токов и напряжений, характеризующие электрический режим работы элементов устройства.

Устройство для преобразования постоянного тока в постоянный, схема которого показана на фиг.1, содержит первую индуктивность 1 и вторую индуктивность 2, магнитно связанную с первой, диод 3, первый конденсатор 4, второй конденсатор 5, третий конденсатор 6, полупроводниковый ключ 7 с первым электродом 8, вторым электродом 9 и третьим электродом 10, систему управления ключом 11. При этом вывод 12 индуктивности 1 подключен к электроду 8 ключа 7 и аноду 13 диода 3. Вывод 14 индуктивности 1 подключен ко входу 15 от источника питания. Электроды 9 и 10 ключа 7 подключены к системе управления 11. Вывод 17 индуктивности 2 соединен с обкладкой 18 конденсатора 6 и обкладкой 19 конденсатора 5 фильтра напряжения нагрузки. Вывод 20 индуктивности 2 соединен с обкладкой 21 конденсатора 6, с катодом 22 диода 3 и обкладкой 23 конденсатора 4, обкладка 24 которого присоединена к точке соединения обкладки 25 конденсатора 5 со входом 16 от источника питания и с электродом 9 ключа 7.

Устройство работает следующим образом.

В установившемся режиме при выключенном ключе 7 происходит заряд конденсатора 4 от источника питания, присоединенного к входным клеммам 15 и 16 устройства, через индуктивность 1 и диод 3. Как показано на диаграмме фиг.2 с момента t₁ (включение ключа 7) напряжение на конденсаторе 4 (кривая UC1) растет до момента t₂, в который ключ 7 включается. В этот момент ток IC1 меняет знак. От момента t ₂ конденсатор 4 разряжается на нагрузку, включаясь последовательно с конденсатором 6, с которым они составляют делитель выходного напряжения. От момента t₁ меняет знак и ток IС3 конденсатора 6. При этом начинается перезарядка конденсатора 6. К моменту t₃ очередного выключения ключа 7 напряжение на конденсаторе 4 спадает до минимума а напряжение на конденсаторе 6 возрастает до максимума за счет тока от индуктивности 2, имеющей трансформаторную связь с индуктивностью 1.

Ток индуктивности 1 (IL1 на диаграмме) носит непрерывный характер, как и ток индуктивности 2. Ток диода на интервале времени t ₁-t₂ равен току индуктивности 1. Ток ключа 7 на интервале времени t₂-t ₃ равен току индуктивности 1, т.к. диод 3 отделяет от ключа контур тока нагрузки. Таким образом, в отличие от прототипа полупроводниковые элементы не проводят дополнительно ток нагрузки. При этом в них уменьшаются потери, повышая общий к.п.д. устройства. Сами полупроводниковые приборы могут выбираться на меньший рабочий ток, т.е. будут иметь меньшую установленную мощность.

Устройство для преобразования постоянного тока в постоянный, содержащее первую и вторую магнитно-связанные индуктивности, диод, первый и второй конденсаторы, систему управления полупроводниковым ключом, полупроводниковый ключ, первый электрод которого подключен к первому выводу первой индуктивности, второй электрод ключа подключен к первому входу от источника питания, а между вторым и третьим электродами ключа подключена его система управления, второй вывод первой индуктивности подключен ко второму входу от источника питания, первый вывод второй индуктивности подключен к первой обкладке второго конденсатора, второй вывод второй индуктивности подключен к первой обкладке первого конденсатора, вторая обкладка второго конденсатора подключена к точке соединения второго электрода ключа с первым входом от источника питания, отличающееся тем, что введен дополнительно третий конденсатор, при этом вторая обкладка первого конденсатора подключена ко второму электроду ключа, точка соединения первой обкладки первого конденсатора с первым выводом второй индуктивности подключена к первой обкладке третьего конденсатора и к катоду диода, вторая обкладка третьего конденсатора подключена к первому выводу второй индуктивности, анод диода подключен к точке соединения первого электрода ключа с первым выводом первой индуктивности.