однополюсный или двухполюсный развязывающий преобразователь с двумя магнитосвязанными обмотками

Формула изобретения

1. Развязывающий преобразователь, питаемый положительным напряжением (Vp) и отрицательным напряжением (Vm) относительно массы, подающий выходное напряжение между первым выходным зажимом (SP) и вторым выходным зажимом (SM), причем второй выходной зажим связан непосредственно или через сопротивление с массой, содержащий две обмотки (Ls, Lp), размещенные в противофазе на одном магнитопроводе, при этом число витков второй обмотки (Lp) превышает число витков первой обмотки (Ls), первый вывод первой обмотки (Ls) связан со средней точкой первой ветви, соединяющей положительное напряжение (Vp) с отрицательным напряжением (Vm) и содержащей первый диод (D1) и второй диод (D2), включенные инверсно, первая точка первой ветви размещена между первым диодом (D1) и вторым диодом (D2), второй вывод первой обмотки (Ls) связан с массой, первый вывод второй обмотки (Lp) связан со средней точкой второй ветви, соединяющей положительное напряжение (Vp) с отрицательным напряжением (Vm), часть второй ветви, связывающая свою среднюю точку с положительным напряжением (Vp), содержит включенные последовательно первое средство, формирующее размыкатель (Q1), и третий диод (D3), прямо включенный относительно положительного напряжения (Vp), образующие вместе однонаправленный размыкатель с возможностью прямой и обратной блокировки, часть второй ветви, связывающая свою среднюю точку с отрицательным напряжением (Vm), содержит включенные последовательно второе средство, формирующее размыкатель (Q2), и четвертый диод (D4), прямо включенный относительно отрицательного напряжения (Vm), образующие вместе однонаправленный размыкатель с возможностью прямой и обратной блокировки, при этом второй вывод второй обмотки (Lp) связан с выходным зажимом (S).

2. Развязывающий преобразователь по п.1, отличающийся тем, что между первым выходным зажимом (SP) и массой включен сглаживающий конденсатор (Cs).

3. Развязывающий преобразователь по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что во второй ветви, связывающей положительное напряжение (Vp) с отрицательным напряжением (Vm), последовательно включены первое (Q1) и второе (Q2) средства, формирующие размыкатель, со стороны соответствующих положительного или отрицательного напряжения, а третий (D3) и четвертый (D4) диоды расположены со стороны средней точки второй ветви.

4. Развязывающий преобразователь по п.1, отличающийся тем, что первое (Q1) и второе (Q2) средства, формирующие размыкатель, выбраны из группы, состоящей из МОП-транзисторов, двухполюсных транзисторов и IGBT-транзисторов или любого другого размыкателя, имеющего двухстороннюю проводимость и прямое запирание.

5. Развязывающий преобразователь по п.1, отличающийся тем, что дополнительно содержит средство (11) измерения напряжения на выходе преобразователя, которое предназначено для передачи сигнала, соответствующего выходному напряжению, на первый вход средства (12) регулирования, второй вход которого получает командный сигнал, при этом средство регулирования (12) предназначено для формирования сигнала, поступающего на вход модулятора (13), первый выход которого направляет управляющий сигнал (SQ1) на первое средство, формирующее размыкатель (Q1), а второй выход направляет сигнал (SQ2) на второе средство, формирующее размыкатель (Q2), при этом в такой конфигурации преобразователь является источником напряжения.

6. Развязывающий преобразователь по п.1, отличающийся тем, что дополнительно содержит средство (21) измерения тока на выходе (is) преобразователя, которое предназначено для передачи выходного сигнала, соответствующего выходному току преобразователя, на первый вход средства (22) регулирования, второй вход которого получает командный сигнал, средство регулирования (22) предназначено для передачи выходного сигнала, поступающего на вход модулятора (23), первый выход которого направляет управляющий сигнал (SQ1) на первое средство, формирующее размыкатель (Q1), а второй выход направляет управляющий сигнал (SQ2) на второе средство, формирующее размыкатель (Q2), в такой конфигурации преобразователь является источником тока.

7. Электромеханический исполнительный механизм, содержащий развязывающий преобразователь по любому из пп.1-6.

8. Регулирующий автомат, содержащий развязывающий преобразователь по любому из пп.1-6.

9. Оборудование наземное, морское или авиационное, содержащее развязывающий преобразователь по любому из пп.1-6.

10. Газотурбинный двигатель, содержащий развязывающий преобразователь по любому из пп.1-6.

11. Способ функционирования развязывающего преобразователя по любому из пп.1-6, заключающийся в том, что преобразователь при запитывании положительным напряжением (Vp) и отрицательным напряжением (Vm) относительно массы, осуществляет подачу выходного тока (is) в нагрузку (Z), включенную между первым выходным зажимом (SP) и вторым выходным зажимом (SM), отличающийся тем, что содержит следующие этапы для функционирования и пропускания отрицательного тока в нагрузку (Z): первый этап, на котором первое средство, формирующее размыкатель (Q1), открыто, четвертый диод (D4) открыт, второе средство, формирующее размыкатель (Q2), заперто и первый (D1), второй (D2) и третий (D3) диоды заперты в течение первой части цикла, при этом преобразователь работает в непрерывном или прерывистом режиме; второй этап, на котором первое (Q1) и второе (Q2) средства, формирующие размыкатель, открыты, второй диод (D2) открыт, а первый (D1), третий (D3) и четвертый (D4) диоды заперты в течение второй части цикла, эта вторая часть цикла не завершает цикл, если преобразователь работает в прерывистом режиме, и завершает цикл, если преобразователь работает в непрерывном режиме; третий этап, если преобразователь работает в прерывистом режиме, на котором первое (Q1) и второе (Q2) средства формирования размыкателя открыты, а первый (D1), второй (D2), третий (D3) и четвертый (D4) диоды заперты в течение третьей части цикла, завершающей цикл.

12. Способ функционирования развязывающего преобразователя по любому из пп.1-6, заключающийся в том, что преобразователь при запитывании положительным напряжением (Vp) и отрицательным напряжением (Vm) относительно массы осуществляет подачу выходного тока (is) в нагрузку (Z), включенную между первым выходным зажимом (SP) и вторым выходным зажимом (SM), отличающийся тем, что содержит следующие этапы функционирования и пропускания положительного тока в нагрузку (Z): первый этап, на котором первое средство, формирующее размыкатель (Q1), заперто, третий диод (D3) открыт, второе средство, формирующее размыкатель (Q2), открыто, а первый (D1), второй (D2) и четвертый (D4) диоды заперты в течение первой части цикла, при этом преобразователь работает в непрерывном режиме или в прерывистом режиме; второй этап, на котором первый диод (D1) открыт, первое (Q1) и второе (Q2) средства, формирующие размыкатель, открыты, а второй (D2), третий (D3) и четвертый (D4) диоды заперты в течение второй части цикла, при этом вторая часть не завершает цикл, если преобразователь работает в прерывистом режиме, и завершает цикл, если преобразователь работает в непрерывном режиме; третий этап, если преобразователь работает в прерывистом режиме, на котором первое (Q1) и второе (Q2) средства, формирующие размыкатель, открыты, первый (D1), второй (D2), третий (D3) и четвертый (D4) диоды заперты, и в третьей части цикла наступает конец цикла.

13. Способ функционирования развязывающего преобразователя по любому из пп.1-6, заключающийся в том, что преобразователь при запитывании положительным напряжением (Vp) и отрицательным напряжением (Vm) относительно массы осуществляет подачу выходного тока (is) в нагрузку (Z), включенную между первым выходным зажимом (SP) и вторым выходным зажимом (SM), отличающийся тем, что содержит следующие этапы для функционирования и пропускания отрицательного тока в нагрузку (Z), при этом преобразователь функционирует в непрерывном режиме: первый этап, на котором первое средство, формирующее преобразователь (Q1), заперто, третий диод (D3) открыт, а первый (D1) и четвертый (D4) диоды заперты, если абсолютное значение напряжения на первом выходе (SP) мало в течение первой части цикла;

второй этап, на котором первый диод (D1) открыт, первое (Q1) и второе (Q2) средства, формирующие размыкатель, открыты, а второй (D2), третий (D3) и четвертый (D4) диоды заперты в течение второй части цикла;

третий этап, на котором второе средство, формирующее размыкатель (Q2), заперто, четвертый диод (D4) открыт, первое средство, формирующее размыкатель (Q1), открыто, а первый (D1), второй (D2) и третий (D3) диоды заперты в течение третьей части цикла; четвертый этап, на котором второй диод (D2) открыт, первое (Q1) и второе (Q2) средства, формирующие размыкатель, открыты, а первый (D1), третий (D3) и четвертый (D4) диоды заперты в течение четвертой части цикла, завершающей цикл.

14. Способ функционирования развязывающего преобразователя по любому из пп.1-6, заключающийся в том, что преобразователь при запитывании положительным напряжением (Vp) и отрицательным напряжением (Vm) относительно массы осуществляют подачу выходного тока (is) в нагрузку (Z), включенную между первым выходным зажимом (SP) и вторым выходным зажимом (SM), отличающийся тем, что содержит следующие этапы для функционирования и пропускания положительного тока в нагрузку (Z), при этом преобразователь функционирует в непрерывном режиме: первый этап, на котором первое средство, формирующее размыкатель (Q1), заперто, третий диод (D3) открыт, второе средство, формирующее размыкатель (Q2), открыто, а первый (D1), второй (D2) и четвертый (D4) диоды заперты в течение первой части цикла;

второй этап, на котором первый диод (D1) открыт, первое (Q1) и второе (Q2) средства, формирующие размыкатель, открыты, а второй (D2), третий (D3) и четвертый (D4) диоды заперты в течение второй части цикла; третий этап, на котором второе средство, формирующее размыкатель (Q2), заперто, четвертый диод (D4) открыт, первое средство, формирующее размыкатель (Q1), открыто, второй (D2) и третий (D3) диоды заперты, первый диод (D1) заперт, если абсолютное значение напряжения на первом выходе (SP) относительно массы мало в течение третьей части цикла; четвертый этап, на котором второй диод (D2) открыт, первое (Q1) и второе (Q2) средства, формирующие размыкатель, открыты, а первый (D1), третий (D3) и четвертый (D4) диоды заперты в течение четвертой части цикла, завершающей цикл.

Описание изобретения к патенту

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к однополюсному или двухполюсному развязывающему преобразователю, работающему в квадрантах (Is>0; Vs>0) и (Is<0; Vs<0), а также при нулевых токе и напряжении, которыми обладают магнитосвязанные обмотки, которым можно придать форму в зависимости от способа регулирования, используемого в источнике тока или источнике напряжения. Изобретение может быть использовано во всех типах наземного, морского или авиационного оборудования, использующего данный тип преобразователя, в частности для управления электромеханическим приводом регулирующей автоматики в газотурбинных двигателях.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Управление электрическими исполнительными механизмами, представляющими собой R-L нагрузку (последовательно включенное сопротивление и индуктивность), может быть реализовано или путем приложения регулирующего напряжения к зажимам обмотки управления исполнительного механизма, или путем использования источника тока, причем это решение является часто более предпочтительным в условиях суровой окружающей среды, так как оно позволяет значительно уменьшить мощность, используемую для управления аппаратурой.

Источники тока развязки могут быть классически разделены на источники тока, использующие индуктивность нагрузки как элемент хранения энергии при операции развязки, следствием чего является приложение к зажимам нагрузки с частотой развязки попеременно отрицательного или положительного напряжения, при этом переходный процесс между двумя этими состояниями в идеале может рассматриваться как непрерывный, и на источники тока, подающие постоянный ток, и, следовательно, постоянное напряжение на зажимы нагрузки, при этом элемент хранения энергии для развязки размещен непосредственно на управляющей плате.

Источники тока развязки, использующие индуктивность нагрузки в качестве элемента хранения энергии, имеют преимущество в управлении, которое, на первый взгляд, является простым. Они содержат мало, или в известных случаях не содержат индуктивных элементов, что приводит к определенному выигрышу в размерах схемы. С другой стороны, они имеют определенное количество неудобств. Они имеют большую зависимость от значения индуктивности нагрузки: способность контроля мгновенного тока в размыкателях источника тока зависит непосредственно от величины индуктивности нагрузки. Степень устойчивости к коротким замыканиям между выходными зажимами преобразователя или между каким-либо зажимом и массой является невысокой. Действительно, в случае короткого замыкания нагрузки невозможно без специальных средств ограничить мгновенный ток. Как следствие, на практике необходимо добавлять выходную индуктивность к преобразователю для ограничения тока короткого замыкания, добавлять устройство защиты мгновенного размыкания для ограничения максимального значения тока короткого замыкания, добавлять цепь размагничивания выходной индуктивности для управления размыканием после появления короткого замыкания на выходе, увеличивать устройства сопряжения (входной фильтрующий конденсатор), чтобы они могли выдержать токи короткого замыкания. Касаясь аспекта электромагнитной совместимости (в основном, излучающих магистралей), эти преобразователи трудно сравнить с нормами излучения в самолетостроении, если хотят получить повышенную частоту развязки для уменьшения габаритных размеров преобразователей, особенно если нагрузкой управляют по кабелю длиной в несколько метров. Отсюда следует уменьшенная частота развязки, обычно меньше 10 кГц, и необходимость уменьшения выходного фильтра (общего и дифференциального), который играет главную роль в стабильности системы и имеет немалые размеры. Этот тип источника тока развязки ограничен при использовании при больших мощностях, для которых малая частота развязки не является большим препятствием.

Для преобразователей, выдающих постоянное напряжение на зажимах нагрузки, развязка не осуществляется больше в нагрузке, поскольку ток (или напряжение) регулируется на выходе развязывающего преобразователя, содержащего индуктивность, накапливающую как минимум всю энергию, передаваемую в нагрузку, и добавляется конденсатор, сглаживающий выходное напряжение. Как следствие, напряжение на выходе является практически постоянным на зажимах нагрузки. Имеется меньше затруднений для удержания допустимого для авиации уровня шума при излучении. В случае короткого замыкания в нагрузке ток в преобразователе остается обычно ограниченным. Можно представить частоты развязки, превышающие 100 кГц, ограниченные в действительности отдачей преобразователя и рабочей характеристикой цепи, управляющей затвором размыкающих элементов.

На фиг.1а представлена электрическая схема известного преобразователя, выдающего постоянное напряжение на зажимы нагрузки. Схема питается положительным напряжением Vp (например, +25 В) и отрицательным напряжением Vm (например, -25 В) относительно массы. Преобразователь содержит два элемента Т1 и Т2, каждый из которых содержит две магнитосвязанные обмотки, размещенные на магнитопроводе. Обмотки каждого элемента Т1 и Т2 намотаны встречно, что показано точкой на обмотке (фиг.1А). Первый вывод Е1 элемента Т1 связан с источником напряжения Vp через диод D5, включенный в обратном направлении относительно напряжения Vp, другой вывод обмотки соединен с массой. Первый вывод обмотки Е2 элемента Т1 соединен с первым зажимом размыкателя Q3, второй зажим которого связан с напряжением Vp. Второй вывод обмотки Е2 соединен с выходным зажимом S1P схемы. Первый вывод обмотки Е3 элемента Т2 соединен с источником напряжения Vm через диод D6, включенный в обратном направлении относительно напряжения Vm, ее второй вывод соединен с массой. Первый вывод обмотки Е4 элемента Е2 связан с первым зажимом размыкателя Q4, второй зажим которого связан с источником напряжения Vm. Второй вывод обмотки Е4 соединен с выходным зажимом S1P схемы. Между выходным зажимом S1P и массой включен сглаживающий конденсатор С1.

Преобразователь превращается в источник тока путем добавления средства измерения выходного тока, регулятора и модулятора. Это показано на фиг.1B, где нагрузка включена на выходе преобразователя и представляет собой последовательно включенные резистор Rc и индуктивность Lc. Выходной ток измеряется средством 1 измерения, которое передает характерный сигнал на первый вход средства 2 регулирования (или корректор). Второй вход Ес средства 2 регулирования получает командный сигнал. Выходной сигнал средства регулирования 2 поступает на вход модулятора 3, который выдает управляющий сигнал SQ3 на размыкатель Q3 и управляющий сигнал SQ4 на размыкатель Q4.

Преобразователь (фиг.1А) содержит, таким образом, четыре обмотки на двух магнитопроводах, что приводит к его относительно высокой стоимости и относительно большим размерам.

ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩЕСТВА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей настоящего изобретения является уменьшение стоимости и размеров развязывающего преобразователя, выдающего постоянное положительное, отрицательное или нулевое напряжение на зажимы нагрузки; в настоящем изобретении предложена схема с двумя обмотками, размещенными на одном магнитопроводе. Необходимо добавить два диода в схему, но эти элементы имеют малую стоимость и малые размеры.

Первым объектом изобретения является развязывающий преобразователь, питаемый положительным напряжением и отрицательным напряжением относительно массы и выдающий выходное напряжение между первым выходным зажимом и вторым выходным зажимом, содержащий две обмотки, намотанные встречно на одном магнитопроводе, при этом число витков второй обмотки превышает число витков первой обмотки, первый вывод первой обмотки связан со средней точкой первой ветви, связывающей положительное напряжение с отрицательным напряжением и содержащей встречно включенные первый диод и второй диод, средняя точка первой ветви размещена между первым диодом и вторым диодом, а второй вывод первой обмотки соединен с массой, первый вывод второй обмотки связан со средней точкой второй ветви, связывающей положительное напряжение с отрицательным напряжением, часть второй ветви, связывающая свою среднюю точку с положительным напряжением, содержит включенные последовательно первое средство, формирующее размыкатель, и третий диод, включенный в прямом направлении относительно положительного напряжения, и формирующие вместе однонаправленный размыкатель с возможностью прямой и обратной блокировки, часть второй ветви, связанную средней точкой с отрицательным напряжением, содержит включенные последовательно второе средство, формирующее размыкатель, и четвертый диод, включенный в прямом направлении относительно отрицательного напряжения, и формирующие вместе однонаправленный размыкатель с возможностью прямой и обратной блокировки, при этом второй вывод второй обмотки соединен с выходным зажимом.

Предпочтительно сглаживающий конденсатор включен между первым выходным зажимом преобразователя и массой.

Предпочтительно также во второй ветви, связывающей положительное напряжение с отрицательным напряжением, были последовательно включены первое и второе средства, формирующие размыкатель со стороны соответствующих положительного или отрицательного напряжений, а также включены третий и четвертый диоды со стороны третьей точки второй ветви.

Средства, формирующие размыкатель, выбраны из группы, состоящей из МОП-транзисторов, двухполюсных транзисторов, IGBT-транзисторов или любого другого размыкателя с двухсторонней проводимостью и возможностью прямой блокировки.

Кроме того, преобразователь дополнительно содержит средство измерения выходного напряжения преобразователя, это средство измерения подает выходной сигнал, соответствующий выходному напряжению на первый вход средства регулирования, второй вход которого получает командный сигнал, средство регулирования выдает сигнал на вход модулятора, первый выход которого направляет управляющий сигнал на первое средство, формирующее размыкатель, а второй выход направляет управляющий сигнал на второе средство, формирующее размыкатель, при этом преобразователь в такой конфигурации является источником напряжения.

Преобразователь дополнительно содержит средство измерения выходного тока (is) преобразователя, это средство измерения выдает выходной сигнал, соответствующий выходному току преобразователя и поступающий на первый вход средства регулирования, на второй вход которого поступает командный сигнал, средство регулирования выдает сигнал на вход модулятора, первый выход которого направляет управляющий сигнал на первое средство, формирующее размыкатель, а второй выход направляет управляющий сигнал на второе средство, формирующее размыкатель, при этом преобразователь при такой конфигурации является источником тока.

Развязывающим преобразователем, согласно изобретению, можно оснащать привод исполнительных электромеханических механизмов, регулирующий автомат, газотурбинный двигатель или наземное морское или авиационное оборудование.

Развязывающий преобразователь, согласно настоящему изобретению, может функционировать в соответствии с нижеуказанными способами.

Первый способ содержит следующие этапы цикла функционирования и выдачи отрицательного тока в нагрузку:

первый этап, в ходе которого первое средство, формирующее размыкатель, открыто, четвертый диод открыт, второе средство, формирующее размыкатель, закрыто и первый, второй и третий диоды заперты в течение первой части цикла, при этом преобразователь работает в непрерывном или прерывистом режимах;

второй этап, следующий за первым этапом, в ходе которого первое и второе средства, формирующие размыкатель, открыты, второй диод открыт, а первый, третий и четвертый диоды заперты в течение второй части цикла, эта вторая часть цикла не заканчивает цикл, если преобразователь работает в прерывистом режиме, и заканчивает цикл, если преобразователь работает непрерывно;

третий этап, следующий за вторым этапом, если преобразователь работает в прерывистом режим, в ходе которого первое и второе средства, формирующие размыкатель, открыты, а первый, второй, третий и четвертый диоды заперты, в течение третьей части цикла наступает конец цикла.

Второй способ содержит следующие этапы при функционировании и выдаче положительного тока в нагрузку:

первый этап, в ходе которого первое средство, формирующее размыкатель, закрыто, третий диод открыт, второе средство, формирующее размыкатель открыто, а первый, второй и четвертый диоды заперты в течение первой части цикла, при этом преобразователь работает в непрерывном или прерывистых режимах;

второй этап, следующий за первым этапом, в ходе которого первый диод открыт, первое и второе средства, формирующие размыкатель открыты, а второй, третий и четвертый диоды заперты в течение второй части цикла, эта вторая часть цикла не заканчивается, если преобразователь работает в прерывистом режиме, и заканчивает цикл, если преобразователь работает в непрерывном режиме;

третий этап, следующий за вторым этапом, если преобразователь работает в прерывистом режиме, в ходе которого первое и второе средства, формирующие размыкатель, открыты, первый, второй, третий и четвертый диоды заперты, в течение третьей части цикла наступает конец цикла.

Третий способ содержит следующие этапы при функционировании и выдаче отрицательного тока в нагрузку, при этом преобразователь работает непрерывно:

первый этап, в ходе которого первое средство, формирующее размыкатель, закрыто, третий диод открыт, второе средство, формирующее размыкатель, открыто, первый и четвертый диоды заперты, а второй диод заперт, если абсолютное значение выходного напряжения преобразователя мало в течение первой части цикла;

второй этап, следующий за первым этапом, в ходе которого первый диод открыт, первое и второе средства, формирующие размыкатель, открыты, а второй, третий и четвертый диоды заперты в течение второй части цикла;

третий этап, следующий за вторым этапом, в ходе которого второе средство, формирующее размыкатель, закрыто, четвертый диод открыт, первое средство, формирующее размыкатель, открыто, а первый, второй и третий диоды заперты в течение третьей части цикла;

четвертый этап, следующий за третьим этапом, в ходе которого второй диод открыт, первое и второе средства, формирующие размыкатель, открыты, а первый, третий и четвертый диоды заперты, в течение четвертой части цикла наступает конец цикла.

Четвертый способ содержит следующие этапы при функционировании и выдаче положительного тока в нагрузку при непрерывной работе преобразователя:

первый этап, в ходе которого первое средство, формирующее размыкатель, закрыто, третий диод открыт, второе средство, формирующее размыкатель, открыто, а первый, второй и четвертый диоды заперты в течение первой части цикла;

второй этап, следующий за первым этапом, в ходе которого первый диод открыт, первое и второе средства, формирующие размыкатель, открыты, а второй, третий и четвертый диоды заперты в течение второй части цикла;

третий этап, следующий за вторым этапом, в ходе которого второе средство, формирующее размыкатель, закрыто, четвертый диод открыт, первое средство, формирующее размыкатель, открыто, а второй и третий диоды заперты, при этом первый диод заперт, если абсолютное значение выходного напряжения мало в течение третьей части цикла;

четвертый этап, следующий за третьим этапом, в ходе которого второй диод открыт, первое и второе средства, формирующие размыкатель, открыты, а первый, третий и четвертый диоды заперты в течение четвертой части цикла и наступает конец цикла.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

В дальнейшем изобретение поясняется нижеследующим описанием, не являющимся ограничительным, со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:

фиг.1А изображает электрическую схему известного развязывающего преобразователя, выдающего постоянное напряжение на зажимы нагрузки;

фиг.1B - электрическую схему известного преобразователя, используемого в качестве развязывающего источника тока путем добавления средства для измерения тока выхода, а также соответствующих корректора и модулятора;

фиг.2 - электрическую схему развязывающего преобразователя, выдающего постоянное напряжение на зажимы нагрузки, согласно изобретению;

фиг.3 - электрическую схему развязывающего преобразователя, выдающего постоянное напряжение на зажимы нагрузки, согласно изобретению;

фиг.4А-4N - варианты функционирования развязывающего преобразователя согласно изобретению;

фиг.5А-5F - временные диаграммы различных вариантов функционирования развязывающего преобразователя согласно изобретению;

фиг.6А - принцип использования развязывающего преобразователя в качестве источника напряжения согласно изобретению;

фиг.6B - принцип использования развязывающего преобразователя в качестве источника тока согласно изобретению.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНОГО ВАРИАНТА ВОПЛОЩЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

На фиг.2 показана электрическая схема развязывающего преобразователя, выдающего постоянное напряжение на зажимы нагрузки, являющаяся развитием настоящего изобретения. Этот преобразователь преобразован в источник развязывающего тока путем добавления средства (прямо или косвенно) измерения тока нагрузки и соответствующих корректора и модулятора. Схема питается постоянным напряжением Vp (например, +25В) и отрицательным напряжением Vm (например, -25В) относительно массы. Схема содержит элемент, образующий трансформатор и содержащий три обмотки Lp, Ls1 и Ls2, размещенные на одном магнитопроводе. Направление намотки обозначено точкой на фиг.2. Обмотки Ls1 и Ls2 смонтированы последовательно и образуют вторичную обмотку элемента, образующего трансформатор, их общая точка (их первые выводы) соединена с массой. Обмотка Lp является первичной обмоткой элемента, образующего трансформатор. Второй вывод второй обмотки Ls1 связан с напряжением Vp через диод D1, включенный инверсно по отношению к напряжению Vp. Второй вывод обмотки Ls2 связан с напряжением Vm через диод D2, включенный инверсно по отношению к напряжению Vm. Первый вывод обмотки Lp соединен с катодом диода D3 и анодом диода D4. Второй вывод обмотки Lp соединен с выходным зажимом SP схемы. Первый зажим размыкателя Q2 соединен с катодом диода D4, а его второй зажим связан с напряжением Vm. Между выходом SP и массой включен сглаживающий конденсатор Cs. Выход SM может быть механически связан с массой непосредственно, либо через резистор, в зависимости от нужд потребителя.

Размыкатели Q1 и Q2 предпочтительно являются элементами на МОП-транзисторах с каналом N или с каналом Р, в зависимости от нужд потребителя. Они могут быть заменены любым другим размыкателем с двуполярной проводимостью и запертой прямой проводимостью.

Np является числом витков обмотки Lp, Ns1 является числом витков обмотки Ls1 и Ns2 является числом витков обмотки Ls2, Np превышает Ns1 и Ns2, например Ns1=Ns2=0,75 Np.

На фиг.2 показаны следующие напряжения: vq1 на зажимах Q1, vq2 на зажимах Q2, vd1 на зажимах D1, vd2 на зажимах D2, vd3 на зажимах D3, vd4 на зажимах D4, vls1 на зажимах Ls1, vls2 на зажимах Ls2, vlp на зажимах Lp, vs на зажимах Cs, или напряжение на выходе преобразователя.

На фиг.2 показаны следующие токи: ils1 - ток через обмотку Ls1; ils2 - ток через обмотку Ls2; ilp - ток через обмотку Lp, is - ток через нагрузку Z преобразователя, то есть является выходным током.

Источник тока по фиг.2 имеет определенные преимущества по сравнению с известным источником тока, показанным на фиг.1А. Исследование измерений схемы, представленной на фиг.2, позволило констатировать неожиданным образом, что анод диода D1 и катод диода D2 всегда находятся под одним потенциалом. Эти две точки, таким образом, электрически связаны и одна из вторичных обмоток была исключена. Это показано на фиг.3, где существующая вторичная обмотка обозначена как Ls, ее число витков таково, что Ns меньше числа витков Np первичной обмотки Lp. Фиг.3 показывает нагрузку Z, подключенную к выходу преобразователя.

Функционирование развязывающего преобразователя будет далее объяснено со ссылками на фиг.4A-4N в зависимости от управляющих сигналов (открытие, закрытие), поступающих на размыкатели Q1 и Q2. Токи, циркулирующие в схеме, обозначены жирными линиями. Преобразователь, согласно изобретению, является преобразователем двух квадрантов:

(vs>0, is>0) и (vs<0, is<0)

На фиг.4А-4F показан способ функционирования, когда только один из транзисторов Q1 или Q2 (формирующих размыкатель) открыт при положительном выходном токе (is>0) или отрицательном выходном токе (is<0).

На фиг.4А-4С показан способ функционирования, когда выходной ток является отрицательным для цикла функционирования (от t=0 до t=T).

На фиг.4А показан первый этап цикла функционирования между моментами t=0 и t=t1 (при t1<T). Схема может функционировать в непрерывном режиме и прерывистом режиме. В ходе этого этапа управление схемой следующее:

Q2 и D4 открыты,

Q1, D1, D2 и D3 заперты.

На фиг.4В показан второй этап цикла функционирования между моментами t=t1 и t1=t2. Схема может функционировать в непрерывном режиме (в этом случае (t2=T) или в прерывистом режиме. В ходе этого этапа управление схемой следующее:

D2 открыт,

Q1, Q2, D1, D3 и D4 заперты.

На фиг.4С показан третий этап цикла функционирования только для прерывистого режима между t=t2 и t=T. В ходе этого этапа управление схемой следующее:

Q1, Q2, D1, D2, D3 и D4 заперты,

ток, циркулирующий в нагрузке, обеспечивается энергией, запасенной в конденсаторе Cs.

На фиг.5А показаны временные диаграммы, соответствующие способу функционирования развязывающего преобразователя для прерывистого режима работы, таким образом, цикл функционирования составляет три этапа.

На фиг.5В показаны временные диаграммы, соответствующие способу функционирования развязывающего преобразователя (фиг.4А и 4В) для непрерывного режима работы, таким образом, цикл функционирования составляет два этапа.

На фиг.4D-4F показан способ функционирования, когда выходной ток is является положительным для цикла функционирования (от t=0 до t=T).

На фиг.4D показан первый этап цикла функционирования между моментами t=0 и t=1 (при t1<T). Схема может функционировать в непрерывном режиме и в прерывистом режиме. В ходе этого этапа управление схемой следующее:

Q1 и D3 открыты,

Q2, D1, D2 и D4 заперты.

На фиг.4Е показан второй этап цикла функционирования, между моментами t=t1 и t=t2. Схема может функционировать в непрерывном режиме (в этом случае t2=T) или в прерывистом режиме. В ходе этого этапа управление схемой следующее:

D1 открыт,

Q1, Q2, D2, D3 и D4 заперты.

На фиг.4F показан третий этап цикла функционирования только для прерывистого режима между t=t2 и t=T. В ходе этого этапа управление схемой следующее:

Q1, Q2, D1, D2, D3 и D4 заперты,

ток is, циркулирующий в нагрузке, обеспечивается энергией, запасенной в конденсаторе Cs.

На фиг.5С показаны временные диаграммы, соответствующие способу функционирования развязывающего преобразователя (фиг.4D-4F) для прерывистого режима, таким образом, цикл функционирования содержит три этапа.

На фиг.5D показаны временные диаграммы, соответствующие способу функционирования развязывающего преобразователя (фиг.4D и 4E) для непрерывного режима, таким образом, цикл функционирования содержит два этапа.

На фиг.4G-4N показан способ функционирования, когда оба транзистора Q1 и Q2 (формирующие размыкатель) открыты при отрицательном выходном токе (is<0) и положительном выходном токе (is>0). Функционирование происходит в непрерывном режиме.

На фиг.4G-4J показан способ функционирования, когда выходной ток is является отрицательным для цикла функционирования (от t=0 до t=T).

На фиг.4G показан первый этап цикла функционирования развязывающего преобразователя между моментами t=0 и t=t1. В ходе этого этапа управление схемой следующее:

Q1 и D3 открыты,

Q2, D1 и D4 заперты,

D2 заперт, если абсолютное значение выходного напряжения SP мало.

На фиг.4Н показан второй этап цикла функционирования развязывающего преобразователя между моментами t=t1 и t=t2. В ходе этого этапа управление схемой следующее:

D1 открыт,

Q1, Q2, D2, D3 и D4 заперты.

На фиг.4I показан третий этап цикла функционирования развязывающего преобразователя между моментами t=t2 и t=t3. В ходе этого этапа управление схемой следующее:

Q2 и D4 открыты,

Q1, D1, D2 и D3 заперты.

На фиг.4J показан четвертый этап цикла функционирования развязывающего преобразователя между моментами t=t3 и t=T. В ходе этого этапа управление схемой следующее:

D2 открыт,

Q1, Q2, D1, D3 и D4 заперты.

На фиг.4K-4N показан способ функционирования развязывающего преобразователя, когда выходной ток is является положительным для цикла функционирования (от t=0 до t=T).

На фиг.4K показан первый этап цикла функционирования между моментами t=0 и t=t1. В ходе этого этапа управление схемой следующее:

Q1 и D3 открыты,

Q2, D1, D2 и D4 заперты.

На фиг.4L показан второй этап цикла функционирования между моментами t=t1 и t=t2. В ходе этого этапа управление схемой следующее:

D1 открыт,

Q1, Q2, D2, D3 и D4 заперты.

На фиг.4М показан третий этап цикла функционирования между моментами t=t2 и t=t3. В ходе этого этапа управление схемой следующее:

Q2 и D4 открыты,

Q1, D2 и D3 заперты,

D1 заперт, если абсолютное значение выходного напряжения SP относительно массы мало.

На фиг.4N показан четвертый этап цикла функционирования между моментами t=t3 и t=T. В ходе этого этапа управление схемой следующее:

D2 открыт,

Q1, Q2, D1, D3 и D4 заперты.

На фиг.5Е показаны временные диаграммы, соответствующие способу функционирования развязывающего преобразователя (фиг.4G-4J) для цикла функционирования, содержащего четыре этапа.

На фиг.5F показаны временные диаграммы, соответствующие способу функционирования развязывающего преобразователя (фиг.4K-4N) для цикла функционирования, также содержащего четыре этапа.

На фиг.6А показан принцип использования преобразователя по изобретению в качестве источника напряжения путем добавления средства 11 измерения дифференциального напряжения между выходами SP и SM, соответствующего корректора 12, получающего команду Ec, и соответствующий модулятор 13. Выходы модулятора 13 выдают управляющие напряжения SQ1 и SQ2 на транзисторы Q1 и Q2.

На фиг.6b показан принцип использования преобразователя по изобретению в качестве источника тока путем добавления средства 21 измерения выходного тока is преобразователя, соответствующего корректора 22, получающего команду Ес, и соответствующего модулятора 23. Выходы модулятора 23 выдают управляющие напряжения SQ1 и SQ2 на транзисторы Q1 и Q2.