СПОСОБ РАБОТЫ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПЕРЕМЕННОЕ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ СПОСОБА Российский патент 2009 года по МПК H02M7/42 

Описание патента на изобретение RU2354034C2

Изобретение относится к способу работы электронно-управляемого преобразователя постоянного напряжения в переменное и устройству для выполнения способа.

Электронно-управляемые преобразователи постоянного напряжения в переменное известны, например, из работы С.М. Penalver, et al., "Microprocessor Control of DC/AC Static Converters"; IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol.IE-32, No.3, August 1985, p.186-191. Они используются, например, в солнечных батареях для того, чтобы постоянный ток, выработанный солнечными элементами, преобразовать таким образом, чтобы была возможна отдача в сеть переменного тока общего пользования. Только таким путем гарантируется практически неограниченное использование энергии, выработанной солнечными элементами.

Множество возможностей применения преобразователя постоянного напряжения в переменное привело, в том числе, к тому, что выделились основные типы задатчиков установки высокого уровня, задатчиков установки высокого-низкого уровня и задатчиков установки низкого уровня для специальных случаев применения. В качестве примера можно привести публикацию в журнале EDN от 17 октября 2002 "Slave converters power auxiliary outputs", Sanjaya Maniktala, в которой описаны различные возможности комбинирования основных типов преобразователей постоянного напряжения в переменное.

В основе изобретения лежит задача усовершенствования преобразователя постоянного напряжения в переменное, известного из предшествующего уровня техники.

В соответствии с изобретением указанная задача решается в способе вышеуказанного типа, в котором преобразователь постоянного напряжения в переменное в течение положительной полуволны выходного переменного напряжения регулируется таким образом, что он работает по типу SEPIC-преобразователя (от англ.: Single Ended Primary Inductance Converter (преобразователь с несимметрично нагруженной первичной индуктивностью)), а в течение отрицательной полуволны выходного переменного напряжения регулируется таким образом, что он работает по типу CUK-преобразователя.

Соответствующая изобретению комбинация функций SEPIK-преобразователя и CUK-преобразователя приводит к получению преобразователя постоянного напряжения в переменное с особенно малыми потерями, который вследствие этого имеет высокий КПД, и поэтому особенно подходит для использования в солнечных установках.

Предпочтительным является, если преобразователь постоянного напряжения в переменное включает в себя полупроводниковую мостовую схему, образованную из первого, второго, третьего и четвертого полупроводниковых переключателей, первый выход которой соединен с первым выводом выхода переменного напряжения преобразователя постоянного напряжения в переменное, второй выход которой соединен со вторым выводом выхода переменного напряжения преобразователя постоянного напряжения в переменное, кроме того, предусмотрен первый дроссель, первая сторона которого соединена с положительным полюсом источника постоянного напряжения, а вторая сторона которого через пятый полупроводниковый переключатель соединена с отрицательным полюсом источника постоянного напряжения, если соединение между первым дросселем и пятым полупроводниковым переключателем через первый конденсатор соединено с первым выводом второго дросселя и анодом диода, если второй вывод второго дросселя соединен с первым входом мостовой схемы, и катод диода соединен со вторым входом мостовой схемы, и если отрицательный полюс источника постоянного напряжения соединен со вторым выводом выхода переменного напряжения.

Также предпочтительным является, если посредством микроконтроллера в течение положительной полуволны выходного переменного напряжения второй и третий полупроводниковые переключатели постоянно включены, а первый и четвертый полупроводниковые переключатели постоянно выключены, а пятый полупроводниковый переключатель включается импульсным образом, и если во время отрицательной полуволны выходного переменного напряжения первый и четвертый полупроводниковые переключатели продолжительно включены, а второй и третий полупроводниковые переключатели продолжительно выключены, а пятый полупроводниковый переключатель включается импульсным образом.

Целесообразно, если предусмотрен микроконтроллер, который для управления полупроводниковыми переключателями запрограммирован соответствующим образом.

Изобретение поясняется со ссылками на чертежи, на которых показано следующее.

Фиг.1 - принципиальная схема приведенного для примера преобразователя постоянного напряжения в переменное.

Фиг.2 - принципиальная схема приведенного для примера преобразователя постоянного напряжения в переменное при использовании полевого МОП-транзистора с запирающим слоем n-канала.

Фиг.3 и 4 - иллюстрация протекания тока и состояний переключения в приведенном для примера преобразователе постоянного напряжения в переменное во время положительной полуволны выходного переменного напряжения.

Фиг.5 и 6 - иллюстрация протекания тока и состояний переключения в приведенном для примера преобразователе постоянного напряжения в переменное во время отрицательной полуволны выходного переменного напряжения.

Фиг.7 - временная диаграмма приведенных для примера сигналов управления для полупроводниковых переключателей.

Показанный на чертежах преобразователь постоянного напряжения в переменное включает в себя полупроводниковую мостовую схему, образованную первым, вторым, третьим и четвертым полупроводниковыми переключателями S1, S2, S3, S4. Первый выход полупроводниковой мостовой схемы, образованный из соединения первого и второго полупроводниковых переключателей S1, S2, соединен с первым выводом выхода UOUT переменного напряжения преобразователя постоянного напряжения в переменное. Второй выход полупроводниковой мостовой схемы, образованный из соединения третьего и четвертого полупроводниковых переключателей S3, S4, соединен со вторым выводом выхода UOUT переменного напряжения преобразователя постоянного напряжения в переменное. Кроме того, предусмотрен первый дроссель L1, первая сторона которого соединена с положительным полюсом источника UIN постоянного напряжения, а вторая сторона которого через пятый полупроводниковый переключатель S5 соединена с отрицательным полюсом источника UIN постоянного напряжения. Соединение между первым дросселем L1 и пятым полупроводниковым переключателем S5 через первый конденсатор СC соединено с первым выводом второго дросселя L2 и анодом диода D1, а второй вывод второго дросселя L2 соединен с первым входом мостовой схемы S1, S2, S3, S4, образованным соединением первого и третьего полупроводниковых переключателей S1, S3.

Первый и второй дроссели L1, L2 могут иметь общий сердечник.

Катод диода D1 соединен со вторым входом мостовой схемы S1, S2, S3, S4, образованным соединением второго и четвертого полупроводниковых переключателей S2, S4. Кроме того, отрицательный полюс источника UIN постоянного напряжения соединен со вторым выводом выхода UOUT переменного напряжения.

При применении МОП-транзистора с запирающим слоем n-канала в качестве полупроводниковых переключателей S1, S2, S3, S4, S5 следует учитывать направление монтажа, что на фиг.2 показано пунктирными символами диодов.

В этом варианте выполнения изобретения целесообразно использование диода D2, функция которого в общем случае может быть реализована также соответствующим управлением полупроводникового переключателя.

Управление полупроводниковыми переключателями осуществляется посредством микроконтроллера (не показан).

При этом в соответствии с изобретением во время положительной полуволны выходного переменного напряжения второй и третий полупроводниковые переключатели S2, S3 постоянно включены, а первый и четвертый полупроводниковые переключатели S1, S4 постоянно выключены, в то время как пятый полупроводниковый переключатель S5 включается импульсным образом.

Во время отрицательной полуволны выходного переменного напряжения первый и четвертый полупроводниковые переключатели S1, S4 продолжительно включены, а второй и третий полупроводниковые переключатели S2, S3 продолжительно выключены, а пятый полупроводниковый переключатель S5 включается импульсным образом.

Фиг.3 показывает состояние, в котором преобразователь постоянного напряжения в переменное во время положительной полуволны выходного переменного напряжения принимает электрическую энергию от источника UIN постоянного напряжения. Для этого пятый полупроводниковый переключатель S5 замыкается, и поэтому создается путь для прохождения тока между положительным полюсом источника UIN постоянного напряжения через первый дроссель L1 и первый полупроводниковый переключатель S1. Вторая токовая цепь создается за счет накопленной на конденсаторе СC энергии через пятый и третий полупроводниковые переключатели S5, S3 и вторую катушку L2.

В этом состоянии дроссель L1 накапливает энергию, которая, как показано на фиг.4, после размыкания пятого полупроводникового переключателя S5, выдается через первый полупроводниковый диод D1 и полупроводниковую мостовую схему на выход UOUT переменного напряжения и одновременно на первый конденсатор СC.

Накопленная во втором дросселе L2 энергия, после размыкания пятого полупроводникового переключателя S5, выдается через полупроводниковый диод D1 и полупроводниковую мостовую схему на выход UOUT переменного напряжения.

Возникающие при этом токовые цепи проходят, с одной стороны, от положительного полюса источника UIN постоянного напряжения через первый дроссель L1, первый конденсатор СC, диод D1, второй полупроводниковый переключатель S2 на выход UOUT переменного напряжения и через сеть переменного напряжения к отрицательному полюсу источника UIN постоянного напряжения и, с другой стороны, от второго дросселя L2, через диод D1 и второй полупроводниковый переключатель S2 на выход UOUT переменного напряжения и через сеть переменного напряжения и третий полупроводниковый переключатель S3 назад ко второму дросселю L2.

С помощью фиг.5 и 6 ниже поясняются состояния переключения в течение отрицательной полуволны выходного переменного напряжения. Как видно из фиг.7, на этом временном интервале пятый полупроводниковый переключатель S5 включается импульсным образом, первый и третий полупроводниковые переключатели S1, S3 включаются продолжительным образом, и второй и четвертый полупроводниковые переключатели S2, S4 выключаются продолжительным образом. Тем самым, в соответствии с изобретением, во время отрицательной полуволны выходного переменного напряжения выполняется функция так называемого CUK-преобразователя.

На фиг.5 показаны соотношения, когда пятый полупроводниковый переключатель S5 замкнут.Формируется токовая цепь между положительным полюсом источника UIN постоянного напряжения через первый дроссель L1 и пятый полупроводниковый переключатель S5 к отрицательному полюсу источника постоянного напряжения и вторая токовая цепь через второй дроссель L2, первый конденсатор СC, пятый полупроводниковый переключатель S5, сеть UOUT выходного переменного напряжения и первый полупроводниковый переключатель S1.

В следующем процессе переключения, как показано на фиг.6, пятый полупроводниковый переключатель S5 размыкается.

Получающиеся в результате токовые цепи проходят, с одной стороны, от положительного полюса источника UIN постоянного напряжения через первый дроссель L1, первый конденсатор СC, диод D1 и четвертый полупроводниковый переключатель S4 к отрицательному полюсу источника UIN постоянного напряжения и, с другой стороны, через второй дроссель L2, диод D1, четвертый полупроводниковый переключатель S4, сеть UOUT выходного переменного напряжения и первый полупроводниковый переключатель S1.

На фиг.7 представлен примерный график изменения сигналов управления для полупроводниковых переключателей S1, S2, S3, S4, S5.

Похожие патенты RU2354034C2

название год авторы номер документа
МНОГОУРОВНЕВЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ РАБОТОЙ МНОГОУРОВНЕВОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ 2012
  • Дуиц Дразен
  • Каналес Франсиско
  • Мештер Акош
RU2600316C2
ПЯТИУРОВНЕВЫЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬ 2014
  • Ин Цзянь-Пин
  • Ван Мин
  • Чжан И
  • Гань Хун-Цзянь
  • Чжэн Цзянь-Фэй
RU2584240C9
ЦЕПЬ НАГРЕВА АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ 2011
  • Сюй Вэньхуэй
  • Хань Яочуань
  • Фэн Вэй
  • Ян Циньяо
  • Ся Вэньцзинь
  • Ма Шибинь
RU2537968C2
СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ И УСТРАНЕНИЯ ПОВРЕЖДЕНИЙ В СХЕМЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ДЛЯ КОММУТАЦИИ ТРЕХ УРОВНЕЙ НАПРЯЖЕНИЯ 2005
  • Кнапп Герольд
  • Хохштуль Герхард
  • Визер Рудольф
  • Майсенк Люк
RU2346369C2
МАГНИТНАЯ ЦЕПЬ С ПЕРЕКЛЮЧЕНИЕМ 2001
  • Бае Юн Су
RU2271595C2
СИСТЕМА КОНТРОЛЯ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОМОБИЛЯ 2013
  • Хань Яочуань
  • Фэн Вэй
  • Ян Циньяо
  • Ли Сяньинь
RU2569513C1
СИСТЕМА КОНТРОЛЯ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОМОБИЛЯ 2013
  • Хань Яочуань
  • Фэн Вэй
  • Ян Циньяо
  • Ли Сяньинь
RU2585195C2
КОММУТАЦИОННАЯ ЯЧЕЙКА И СХЕМА ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ДЛЯ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ БОЛЬШОГО КОЛИЧЕСТВА УРОВНЕЙ НАПРЯЖЕНИЯ 2006
  • Понналури Сринивас
  • Хадерли Кристоф
RU2402144C2
СПОСОБ РАБОТЫ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПЕРЕМЕННОЕ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ СПОСОБА 2012
  • Волобуев Николай Александрович
  • Воробьева Александра Сергеевна
  • Шур Михаил Яковлевич
RU2523434C2
ГАСЯЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО МОСТА С ВОЗВРАТОМ ЭНЕРГИИ 2005
  • Бирибауэр Томас
  • Хакль Франц
  • Хофмюллер Вильфрид
  • Пихорнер Хайнц
  • Ричель Вильхельм
  • Верер Франц
RU2372707C2

Реферат патента 2009 года СПОСОБ РАБОТЫ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПЕРЕМЕННОЕ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ СПОСОБА

Изобретение относится к способу работы электронно-управляемого преобразователя постоянного напряжения в переменное, причем способ характеризуется тем, что преобразователь постоянного напряжения в переменное в течение положительной полуволны выходного переменного напряжения регулируется таким образом, что он работает по типу SEPIC-преобразователя, а в течение отрицательной полуволны выходного переменного напряжения регулируется таким образом, что он работает по типу CUK-преобразователя. Технический результат - повышение КПД. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 7 ил.

Формула изобретения RU 2 354 034 C2

1. Способ работы электронно-управляемого преобразователя постоянного напряжения в переменное с различными переключающими элементами, которые содержат полупроводниковые переключатели (S1, S2, S3, S4), дроссели (L1, L2), конденсаторы (СC) и диоды (D1, D2), отличающийся тем, что отдельные переключающие элементы преобразователя постоянного напряжения в переменное попеременно действуют как элементы SEPIC-преобразователя и CUK-преобразователя со сквозным соединением выходного нулевого проводника (N) с входным отрицательным полюсом, и преобразователь постоянного напряжения в переменное во время положительной полуволны выходного переменного напряжения управляется таким образом, что переключающие элементы выполняют функцию SEPIC - преобразователя, и преобразователь постоянного напряжения в переменное во время отрицательной полуволны выходного переменного напряжения управляется таким образом, что переключающие элементы выполняют функцию CUK-преобразователя.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что преобразователь постоянного напряжения в переменное включает в себя полупроводниковую мостовую схему, образованную из первого, второго, третьего и четвертого полупроводниковых переключателей (S1, S2, S3, S4), первый выход которой соединен с первым выводом выхода (UOUT) переменного напряжения преобразователя постоянного напряжения в переменное, второй выход которой соединен со вторым выводом выхода (UOUT) переменного напряжения преобразователя постоянного напряжения в переменное, кроме того предусмотрен первый дроссель (L1), первая сторона которого соединена с положительным полюсом источника (UIN) постоянного напряжения, а вторая сторона которого через пятый полупроводниковый переключатель (S5) соединена с отрицательным полюсом источника (UIN) постоянного напряжения, соединение между первым дросселем (L1) и пятым полупроводниковым переключателем (S5) через первый конденсатор (СC) соединено с первым выводом второго дросселя (L2) и анодом диода (D1), второй вывод второго дросселя (L2) соединен с первым входом мостовой схемы (S1, S2, S3, S4), и катод диода (D1) соединен со вторым входом мостовой схемы (S1, S2, S3, S4), и отрицательный полюс источника (UIN) постоянного напряжения соединен со вторым выводом выхода (UOUT) переменного напряжения.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что посредством микроконтроллера в течение положительной полуволны выходного переменного напряжения второй и третий полупроводниковые переключатели (S2, S3) постоянно включены, а первый и четвертый полупроводниковые переключатели (S1, S4) постоянно выключены, а пятый полупроводниковый переключатель (S5) включается импульсным образом, а во время отрицательной полуволны выходного переменного напряжения первый и четвертый полупроводниковые переключатели (S1, S4) продолжительно включены, а второй и третий полупроводниковые переключатели (S2, S3) продолжительно выключены, а пятый полупроводниковый переключатель (S5) включается импульсным образом.

4. Преобразователь постоянного напряжения в переменное по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что предусмотрен микроконтроллер, который соответственно запрограммирован для управления полупроводниковыми переключателями.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2009 года RU2354034C2

US 5969484 A, 19.10.1999
Топчак-трактор для канатной вспашки 1923
  • Берман С.Л.
SU2002A1
Полупроводниковый преобразовательНАпРяжЕНия 1978
  • Медведев Юрий Алексеевич
  • Ландышев Александр Борисович
SU832680A1

RU 2 354 034 C2

Авторы

Халлак Ялал

Даты

2009-04-27Публикация

2005-07-11Подача