Инвертор с N ступенчатым аппроксимирующим синусоиду выходным напряжением Советский патент 1983 года по МПК H02M7/537 

Изобретение относится к электротехнике и может использоваться в системах электропитания устройств автоматики и радиоэлектроники при преобразовании постоянного напряжения в ступенчатое переменное, близкое по форме к синусоидальном:у. Известны инверторы с аппроксимеигаей синусоидйльной формы напряжения пере- менным N-ступенчатым напряжением. Такие преобразователи вьшолняются, например, на нескольких транзисторных прео5 разовательных ячейках с последуклцим суммированием выходного ступенчатого . напряжения с помощью трансформаторов CU. Недостатком таких преобразователей является наличие громоздких трансформат ров при относительно низких частотах выходного напряжения. . Известны типы инверторы со ступенчатым переменным выходным напряжением, которые реализуемся путем переключения нескольких источников питания иЛи одного источника с несколькими выходными напряжениями 2 } . Недостатком известных преофазовате,лей является необходимость получения сложного источника питания с несколькими выходными или ряда самостоятельньк источников питания, включаемых каскадно либо автономно, но с различными выходными напряжениями. Это приводит к увеличению габаритов устройства, снижению его надежности. Наиболее .близким по технической сущности к предлагаемому является инвертор в котором создание ступенчатого перемен . ного выходного напряжения достигается тем, что питания моста основных ключей, включень дополнительные ключи, диоды и накопительные конденсаторы, образующие умножитель напряжения с переключарксым коэффициентом умножения з Этог инвертор содержит N-1 цепочек (где М -число ступеней в полупериоде выходного напряжения), состоящих из пос ледовательно соединенных зарядного ключ конденсатора и зарядного диода, мост основных ключей, входная диагональ которого включена параллельно конденсатору и зарядному ключу первой цепочки, а выход ная диагональ соединена с выходными выводами инвертора, N-1 дополнительных ключей, М-2 перемыкающих ключей, задающий генератор формирователь импул сов и распределитель импульсов, причем все цепочки включены между входныкга выводами инвертора, каждый дополнитель ный ключ параллельно конденсатору и зарядттму диоду данной цепочки, а перемыка1с«иий клЛч включен между точкой соединения конденсатора с заряд ш1М ключом данной цепочки и точкой соединения зарядного диода с конденсатором последующей цепочки. Недостаток данного инвенртора состоит в наличи перемыкающих ключей, потери мощности в которых снижают КПД, а необходимость организации дополнительных каналов управления этими ключами усложняет устройство и снижает его надежность. Цель изобретения - повышение КПД и надежности. Эта цель достигается тем что в инверторе с N ступенчатым, аппроксимирующим синусоиду выходным напряжением, содержащем N-1 цепочек, состоящих из последовательно соединенных зарядного ключа, конденсатора и зарядного диода, мост основных ключей, входная диагональ которого включена параллельно конденсатору и зарядному ключу первой цепочки, а выходная диагональ соединена с выходными выводами инвертора, 1-1 дополнительных ключей, задающий генератор, формирователь импульсов и распределитель импульсов, причем первый конец всех цепочек, с которым соединен зарядный ключ, подключен к первому входному вьгооду инвертора, а точка соединения конденсаторй с зарядным ключом цепочки подключена через дополнительный ключ ко второму входному выводу инвенртора,. к которому подключен также второй конец последней цепочки, второй конец каждой данной цепочки, кроме последней, подключен к точке соединения конденсатора и зарядного диода в последующей Цепочке, а зарядные ключи всех цепочек, кроме последней, выполнены с двухполярной бл.окировкой напряжения в запертом состоянии. При использовании в качестве ключей транзисторов зарядные ключи всех цетточек, кроме последней вьтолнены в виде согласно последовательно соединенных транзистора и диода. На фиг. 1 изображена принципиальная схема инвертора; на фиг. 2 - диаграмма напряжения. Инвертор (фиг. 1) содержит мост основных ключей 1-4, выход которого соединен с выходными вьюодами инвертора, дополнительные ключи 5-7, зарядные ключи 8-10, каждыйИЗ которых ;соединен последовательно с конденсатором 11 - 13 и зарядным диодом 14 - 16. Блокирующие диоды 17. и 18 i включены последовательно с ключами 9 и 10. Клк чи управляются распределителем 19 импульсов, формирователем 2О импульсов; и задающим генератором 21. На фиг. 2 приведены диаграммы выхо ного напряжения управляющих напряжений и ... U-io подаваемых на входы соответственных ключей 1....1О и напряжение и,задающего генератора. Рассмотрим процесс формирования вы .ходного напряжения преобразователя для случая VJ - 4 (фиг. 1), воспользовавгшись диаграммами напряжений, приведенньк на фиг. 2, в установившемся режиме когда на накопительных конденсаторах установится определеннее малоизменяю шееся за период напряженке. Приняв величину питающего напряжени равной Е, определяем напряжения на нако пительных конденсаторах. Напряжение заряда накопительного конденсатора 11 последней цепочки приближенно равном Б, Напр1яжение заряда, накопительного конденсатора 12 близко к величине 2Е, поскольку его заряд происходит при одновременном включении ключей 5 и 9 от суммы напряжений источника питания и накотительного конденсатора 11. Напряжение заряда накопительного конденсатора 13 приближенно равно ЗЕ, так как его заряд осуществляется от последовательно включенных конденсатора 12 и ис точника питания при одновременном вклю чении ключей 6 и 1О. Пусть в начальный момент времени Ь to (фиг. 2) ключи 1-4 основного моста закрыты и на выходе формируется нулевая ступенька выходного напряжения. В момент включаются ключи 1,4,8 и на нагрузке формируется первая ступенька напряжения, равная Е . Одновр менно подзаряжается конденсатор 11 от источника питания через зарядный диод 14 и зарядный ключ 8. Остальные ключи находятся в закрытом состоянии. В момент 8 закрывается, а ключи 5 и 9 открываются. При этом формируется вторая ступенька выходного 1}апряжения, величиной примерно равной IE по цепи: плюс источника питания, ключ 5, конденсатор 11, диоды 15 и 16 ключ 1, нагрузка, ключ 4, минус источника питания. Однойременно подзаряжает- ся конденсатор 12. В момент 4;--t ключи 5 и 9 закрываются, а ключи 6, 8 и 10 открываются. В этом интервале формируется третья ступенька выходного напряжения, примерно равная 3 Е по цепи: плюс источника питания, ключ 6, конденсатор 12. диод 16, ключ 1, нагрузка, ключ 4, минус источника питания. Одновременно подзаряжается конденсатор 13 по цепи: плюс источника пи-тания, ключ 6, конденсатор 12, диод 16, конденсатор 13, блокирующий диод 1В, ключ 10, минус источника питания и поог заряжается конденсатор 11 по цепи: плюс источника питания, диод 14, конденсатор 11, ключ 8, минус источника питания. . В момент-Ь-t 4 ключи 6, 8 и 10 закрываются, а ключи 5, 7 и 9 открываются. При этом-формируется четвертая ступенька выходного напряжения, примерно равная 4Е по цепи: плкс источника питания, ключ 7, конденсатор 13, ключ 1, нагрузка, ключ 4, минус источника питания. Одновременно подзаряжается конденса тар 12 по цепи: плюс источника питания. Ключ 5, конденсатор 11, диод 15, конденсатор 12, блокирующий диод 17, ключ 9, минус источника питания. В момент t-t5 ключи 5, 7 и 9 закрываются, а ключи 6 и 8 открьюаются. В этом интервале нагганает форктроваться ступенька ниспадающего участка положительной полуволны выходного напряжения. Дальнейший процесс формирования ступеинатого выходного напряжения происходит аналогично и прислеживается с учетом диаграмм управляквдих напряжений фиг: 2). Отрицательная полуволна вькодного напряжения образуется таким же путем, но при открытых ключах 2 и 3, и закрытых ключах 1 и 4 основного моста. Благодаря введению новых связей и использованию новых элементов - блокирующих диодов, предлагаемый преобразователь положительно отличается от известного. Так, например, при формировании четырехступенчатой кривой выходного напряжения по предлагаемому изобретению суммарное количество силовых транзисторов уменьшено по сравнению с . известным устройством 12 шт. на 1О щт., а силовых диодов с 1О шт. До 9 шт. Потери мощности снизились примерно на 4%.

,tf

6

12

5

1O37395

f

С

о

с.

Us