Источник питания инверторного типа

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ ИНВЕРТОРНОГО ТИПА(71) Заявитель Научно-производственная фирма ДИПОЛЬ общество с ограниченной ответственностью(72) Авторы Михневич Владимир Владимирович Говор Геннадий Антонович(73) Патентообладатель Научно-производственная фирма ДИПОЛЬ общество с ограниченной ответственностью(56)6636024 2, 2003.2007830 1, 1994.03/103769 1.61001275 , 1986. СЕВЕРНС Р. и др. Импульсные преобразователи постоянного напряжения для систем вторичного электропитания. М. Энергоатомиздат, 1988. - С. 76, 119. МОИН В.С. Стабилизированные транзисторные преобразователи. - М. Энергоатомиздат, 1986. - С. 15, 16, 22-26.(57) 1. Источник питания инверторного типа, содержащий нагрузочный трансформатор с первичной и вторичной обмотками, размещенными на сердечнике, и два управляемых ключевых элемента, первый вывод первого из которых соединен с первой, например, положительной шиной входного напряжения питания, второй вывод второго ключевого элемента соединен со второй, например, отрицательной шиной входного напряжения питания, а входы управления ключевых элементов соединены с коммутирующим устройством, отличающийся тем, что содержит два диода, первый из которых включен между 11701 1 2009.04.30 вторым выводом первого ключевого элемента и упомянутой второй шиной, встречно приложенному напряжению, а второй - между первым выводом второго ключевого элемента и упомянутой первой шиной, встречно приложенному напряжению, между точками соединения первых ключевого элемента и диода и вторых ключевого элемента и диода включена первичная обмотка нагрузочного трансформатора, причем коммутирующее устройство выполнено обеспечивающим одновременную подачу на входы управления первого и второго ключевых элементов идентичных управляющих импульсов, а сердечник нагрузочного трансформатора выполнен из магнитно-мягкого композиционного материала. 2. Источник питания по п. 1, отличающийся тем, что ключевые элементы выполнены в виде полевых или биполярных, или комбинированных, например, -транзисторов. Изобретение относится к технике регулирования и преобразования электрических величин, в частности к высокочастотным источникам питания инверторного типа. Источники питания инверторного типа предназначены для преобразования электрической энергии переменного напряжения в переменное напряжение любого другого номинала постоянного напряжения в переменное напряжение любого другого номинала и обратное преобразование постоянного напряжения в постоянное напряжение любого другого номинала преобразование напряжения низкой частоты 50 Гц в переменное напряжение любой другой частоты. Оконечные каскады источника питания инверторного типа, в особенности большой мощности, в настоящее время построены в основном по мостовой 1 или полумостовой 2 схемам с вынужденным изменением направления тока в первичной обмотке трансформатора, обеспечивающим перемагничивание материала сердечника трансформатора. Полумостовая схема источника питания 2 представляет собой мост, в два плеча которого включены транзисторные ключи К 1 и К 2, а в два других - например, конденсаторы 1 и С 2. В диагональ моста включается нагрузка - первичная обмотка трансформатора. В полумостовой схеме, поскольку нагрузка включается последовательно с конденсатором,то на нее приходится обычно только часть напряжения питания. В отличие от этого в мостовой схеме, где в каждом из плеч моста включены ключи,полное напряжение питания накладывается на нагрузку в каждый полупериод. В остальном работа источников питания обоих типов практически идентична. В полумостовой или мостовой схемах включение ключей 1 и К 2 происходит со сдвигом по фазе на 180. При этом в течение первого полупериода происходит намагничивание магнитного материала сердечника до значенияВм, а во второй период при изменении направления тока сердечник перемагничивается до значения индукции - Вм. В такой схеме работы источника питания энергия расходуется как в первом, так и во втором полупериодах на намагничивание и на перемагничивание материала сердечника. Вышеописанная работа схемы характерна для идеального случая, когда длительность фронтов переключения транзисторных ключей К 1 и К 2 близка к нулю. В действительности время закрытия транзисторных ключей зависит от ряда факторов времени рассасывания носителей - быстродействия ключей, величины нагрузки, типа нагрузки и многих других факторов. Все эти факторы учесть с достаточной точностью практически невозможно. В связи с этим для учета реального времени закрытия ключей и исключения возможности их одновременного открытия с закорачиванием питания вводится задержка в подаче второго импульса на открытие ключа К 2. Обычно величина задержки составляет от 0,01 до 0,2 длительности первого импульса. В течение указанной задержки оба транзисторных ключа закрыты. Задержка в подаче второго импульса на открытие ключа К 2 приводит к следующим нежелательным процессам. 2 11701 1 2009.04.30 Как уже отмечалось, в течение первого импульса происходит намагничивание сердечника до величиныВм. После прекращения тока намагничивания через ключ К 1 во время задержки второго импульса на открытие ключа К 2происходит самопроизвольное частичное размагничивание сердечника до некоторой величины Вост. При этом формируется потенциальный импульс помехи, создающий дополнительные последующие сложности с его подавлением -цепочками. В результате полумостовая или мостовая схема источника питания инверторного типа характеризуется следующими недостатками установление времени задержки между импульсами намагничивания и перемагничивания сердечника трансформатора приводит к образованию потенциальной высокочастотной помехи и, как следствие, дополнительным энергетическим потерям расходуется энергия как на намагничивание сердечника, так и на его перемагничивание, что приводит к понижению эффективности работы преобразователя. Задачей настоящего изобретения является создание источника питания инверторного типа, не создающего высокочастотных помех, имеющего большую эффективность за счет того, что энергия расходуется только на намагничивание сердечника нагрузочного трансформатора. Поставленная задача в источнике питания инверторного типа, содержащем нагрузочный трансформатор с первичной и вторичной обмотками, размещенными на сердечнике, и два управляемых ключевых элемента, первый вывод первого из которых связан с первой,например, положительной шиной входного напряжения питания, второй вывод второго из ключевых элементов - со второй, например, отрицательной шиной входного напряжения питания, а входы управления ключевых элементов - с коммутирующим устройством, решена тем, что он снабжен двумя диодами, первый из которых включен между вторым выводом первого ключевого элемента и указанной второй шиной, а второй - между первым выводом второго ключевого элемента и указанной первой шиной, а между точкой соединения первых ключевого элемента и диода и точкой соединения вторых диода и ключевого элемента включена первичная обмотка указанного нагрузочного трансформатора,причем коммутирующее устройство выполнено обеспечивающим одновременную подачу на входы управления первого и второго ключевых элементов строго идентичных управляющих импульсов. Сердечник нагрузочного трансформатора предпочтительно выполнен из магнитномягкого композиционного материала. Ключевые элементы могут быть выполнены в виде полевых, биполярных или комбинированных, например, -транзисторов. Настоящее изобретение проиллюстрировано следующими чертежами. Фиг. 1. Схема заявляемого источника питания инверторного типа. Фиг. 2. Намагничивание материала сердечника в заявляемом источнике. Фиг. 3. Формы коммутирующих импульсов (а), импульсов напряжения холостого хода(б), напряжения под нагрузкой при горении дуги (в) и тока нагрузки при сварке 3 мм электродом (г) в примере использования заявляемого источника. Схема заявляемого источника питания инверторного типа включает в себя два ключевых элемента - в приведенном на фиг. 1 примере первый 1 и второй 2 ключи на биполярных транзисторах. Ключи 1 и 2 включены последовательно с соответствующими диодами 3 и 4 следующим образом. Первый вывод первого ключа 1 (в данном примере коллектор) подключен к первой (в данном примере положительной) шине 5 входного напряжения питания. Второй вывод первого ключа 1 (в данном примере эмиттер) связан со второй (в данном примере отрицательной) шиной 6 входного напряжения питания через первый диод 3, включенный встречно приложенному напряжению. Первый вывод второго ключа 2 (в данном примере коллектор) связан с первой (в данном примере положительной) шиной 5 3 11701 1 2009.04.30 входного напряжения питания через второй диод 4, включенный встречно приложенному напряжению. Второй вывод второго ключа 2 (в данном примере эмиттер) подключен ко второй (в данном примере отрицательной) шине 6 входного напряжения питания. Входы управления ключей 1 и 2 (в данном примере базы) связаны с выходом коммутирующего устройства 7. Между точкой соединения ключа 1 и диода 3 и точкой соединения диода 4 и ключа 2 включена первичная обмотка нагрузочного трансформатора 8, вторичная обмотка предназначена для подключения нагрузки (на чертежах не показана). Кроме приведенного примера, ключевые элементы могут быть выполнены в виде полевых или комбинированных, например, -транзисторов или по другой известной схеме управляемого ключа. Заявляемый источник питания инверторного типа работает следующим образом. Коммутирующие импульсы (фиг. 3(а с выхода устройства 7 подают на управляющие входы ключей 1 и 2, открытие которых происходит одновременно. Диоды 3 и 4 при этом закрыты. При этом сердечник трансформатора 8 намагничивается до некоторого значения В 1(фиг. 2). В следующий полупериод с закрытием ключей 1 и 2 происходит самопроизвольное размагничивание сердечника трансформатора до значения ВВост. Для магнитномягкого композиционного материала сердечника значение Вост близко к нулю. С процессом размагничивания сердечника связано изменение полярности напряжения на первичной обмотке трансформатора 8. При этом диоды 3 и 4 открываются и вся запасенная в магнитном материале сердечника трансформатора 8 энергия поступает либо в нагрузку,либо в накопительный конденсатор источника питания (на чертежах не показан). В таком источнике питания материал сердечника не перемагничивается, а используется частный цикл намагничивания, приведенный на фиг. 2. В предложенной схеме источника питания инверторного типа оба периода - намагничивание магнитно-мягкого материала и его размагничивание до исходного значения равны между собой. Последнее определяет симметричные формы импульсов напряжения и токов нагрузки. К примеру, заявляемый источник питания инверторного типа был использован для сварочного аппарата мощностью 3 кВт. На фиг. 3 приведены формы коммутирующих импульсов, импульсов напряжения холостого хода, импульсов напряжения при сварке электродом диаметром 3 мм и формы нагрузочного тока при сварке тем же электродом. Из сравнения форм импульсов напряжения для известной двухтактной схемы и предложенной схемы источника питания инверторного типа (фиг. 3) следует, что в последнем случае формы импульсов напряжения и тока под нагрузкой близки к синусоидальным формам. В результате во втором случае не наблюдается аномального изменения сетевого напряжения - помехи в питающей сети. Существующие материалы - ферриты и другие - в предложенной схеме использовать нерационально из-за нелинейности их характеристики, определяющей близкие значения максимальной индукции Вм и остаточной индукции Вост. Магнитно-мягкие композиционные материалы, известные, например, из 3, 4, или такие,в которых каждая частица железа покрыта тонким слоем магнитного диэлектрика, например материалы -500 и 100.29 фирмы(Швеция),1000 (,Канада), в отличие от упомянутых, имеют кривую намагничивания, близкую к линейной петле, в широком интервале изменения магнитных полей и частот перемагничивания. Предложенная схема источника питания инверторного типа проста, экономична и характеризуется минимальными помехами, поскольку ток через индуктивную нагрузку первичной обмотки изменяется плавно в течение всего цикла намагничивания и размагничивания материала. Все это приводит к тому, что под нагрузкой источник работает в режиме,близком к синусоидальному. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5