Преобразователь постоянного напряжения в ступенчатое переменное напряжение Советский патент 1985 года по МПК H02M7/537 

i 1 Изобретение относится к электротехнике и может быть, использовано в качестве маломощного источника пе ременного напряжения. Известен преобразователь постоян ного напряжения в переменное многоступенчатой формы, содержащий инвер тор, обмотка трансформатора которого вьшолнена .с промеж гточными отводами, управляемые ключи с двусторон ней проводимостью и мост из четырех ключей 1. Недостатком данного преобразователя является большое количество силовых ключевых.элементов. Например, для получения четырехступенчатой формы выходного напряжения необ ходимо иметь десять ключей. Известен также универсальньШ: инвертор, содержащий один или несколь ко блоков питания, каждый из которы имеет комплект из источников постоя ного напряжения, схему реверсирования полярности напряжения и схему управления 2. Недостатком указанного устройства является большое количество источников питания, которые при наличии, например, только одной аккумуляторной батареи можно получить введением дополнител1зных преобразователей напряжения. Наиболее близким к предлагаемому является полупроводниковый преоб разователь напряжения, содержащий формирователь постоянного напряжения ступенчатой формы, выполненный в виде дополнительного преобразователя с тремя выходными ийточниками напряжения и тремя силовыми ключами и подключенный к входу с входными выводами преобразователя, а по выхо ду через двухтактный усилитель мощности - к вьрсодным выводам преобразователя, и блок управления, вьтолненный в виде последовательно соединенных генератора такто вых импульсов, триггерного счетчика импульсов и дешифратора L3 . Недостатки этого устройства - .сложность построения и большие масса и габариты, поскольку для формирования постоянного напряжения трех ступенчатой формы, которое подается на вход усилителя мощности, испольг зовано большое количество силового оборудования - дополнительный преоб разователь напряжениях тремя выход ными источниками напряжения и три 9. J силовых ключа. Неотъемлемыми компонентами преобразователя являются переключающее элементы, трансформатор, выпрямительные элементы, егла- живающие фильтры, т.е. большое количество элементов, в том числе и реактивных. Цель изобретения - упрощение и улучшение массогабаритных показателей устройства. Поставленная цель достигается тем, что в преобразователе постоянного напряжения в ступенчатое переменное напряжение, содержащем формиро- ватель однополярного N.-ступенчатого напряжения, входом подключенный к входным выводам преобразователя, а выходом через двухтактный инвертор - к выходным выводам преобразователя, и блок управления, выполненный в виде последовательно соединен-, ных генератора, тактовых импульсов, триггерного счетчика импульсов и дешифратора, указанный формирователь выполнен в виде транзисторного стабилизатора напряжения, между базой регулирующего транзистора которого и общим для формирователя и инверто- ;ра входным выводом включены N-1 цепочек из последовательно соединенных / опорного элемента и управляемого ключа, связанного по цепи управления с соответств.ующнм выходом дешифратора. Сущность изобретения состоит в выполнении формирователя постоянного напряжения ступенчатой формы лишь на одном силовом элементе - регулирующем силовом транзисторе транзисторного стабилизатора напряжения, формирующем уровни постоянного напряженин ступенчатой формы посредством подключения к базе силового транзис- тора опорных элементов с разными уровнями напряжения. Подключение опорных элементов к базе регулирующего силового транзистора осуществляется при открывании управляющих ключей по сигналам, поступающим с маломощного бока управления, в последовательности, определяемой необходимой формой выходного ступенчатого напряжения. На фиг.1 представлена принципиальная схема предлагаемого устройства; на фиг,2 - пример выполнения принципиальной схемы блока управления; на фиг.З - диаграммы напряжений, поясняющие работу устройства в целом. Устройство содержит формирователь 1 однополярного N-ступенчатого на- пряжения, выполненный в виде транзисторного стабилизатора 2 напряжения, который, например, состоит из регулирующего силового транзистора включенного в цепь источника питания, резистора 4, подключенного параллельно коллектор - база регулирующего силового транзистора 3 последовательно соединенной с его баз цепочки на транзисторе 5 усилителя постоянного тока и стабилитроне 6, Управляющий электрод транзистора 5 подключен к среднему выводу делителя 7 напряжения, подсоединенного к выходу транзисторного стабилизато ра 2,. цепочек (в предлагаемом примере их три) 8, 9 и 10, каждая из которых состоит соответственно и опорных элементов 11, 12 и 13, например стабилитронов с различными напряжениями стабилизации,и управляе мых ключей 14, 15 и 16, подключены параллельно между базой регулирующего силового транзистора 3 и общей шиной источника питания Б. Двухтактный инвертор 17 выполнен например, на трансформаторе 18 со средней точкой и на двух силовых транзисторах 19 и 20, при этом вход транзисторного стабилизатора 2, ко- торый является входом формирователя 1 напряжения, подключен к выводам источника питания Е, а выходтранзисторного стабилизатора 2, представляющий собой выход формирователя I напряжения, соединен с входом инвертора 17. Блок 21 управления состоит из последовательно соединенных генератора 22 тактовых импульсов, триггер ного счетчика 23 с модулем счета т, равным 4(h+n, где г - число цепочек из опорных элементов 11, 12 и 1 и управля-емых ключей 14, 15 и 16 (в примере ), и дешифратора 24 с числом выходов п+2, На фиг,2 генератор 22 выполнен по схеме релаксационного генератора на однопереходном. транзистор е 25, к эммитеру которого подключены рези тор 26 и конденсатор 27, представляю1Щ1е собой R5-цепочку, к первой базе подключен резистор 28 смещения а к второй - последовательно соединенные резисторы 29 и 30, представляющие собой делитель напряжения. Триггерный счетчик 23 выполнен на ЗК-триггерах 31-34 по схеме последовательного счетчика тактовых импуль сов, поступающих на счетный триггер 31 с генератора 22 через инвертор 35. С. триггерного счетчика 23 число считанных тактовых импульсов в двоичном коде ( в нашем примере в четырех разрядах) поступает в дешифратор 24, представляющий собой преобразователь двоичного кода числа тактовых импульсов в код управляющих напряжений Ключей 14, 15 и 16 и управляющих напряжений силовых транзисторов 19 и 20. Дешифратор 24 в предлагаемом примере выполнен на инверторах 36 - 39 и на сборке логических элементов И-ИЛИ 40, причем выходы ( в общем случае п) управляющих напряжений дешифгратора 24, которые соединены с управляемыми ключами 14, 15 и 16 являются выходами 40 сборки, а выходы управляющих напряжений, которые соединены с силовыми транзисторами 19 и 20, представляют собой инверсные друг другу выходы простейшего преобразователя кода двоичного чис- ла в четвертом разряде, выполненого на инверторе 39.. На фиг. 3 noKa3aHbiU(- постоянное напряжение ступенчатой формы на выходе транзисторного стабилизатора 2, переменное напряжение ступенчатой формы на выходе инвертора 17; iJ,,4 -i6 управляющие напряжения, поступающие на управляемые ключи 14, 15 и 16 с выходов дешифратора 24 и . , 1)20 управляюш 1е напряжения силовых транзисторов 19 и 20, поступающие с-выходов дешифратора 24; и - напряжение на выходе транзисторного стабилизатора 2 при первом, восьмом, девятом и шестнадцатом тактовых импульсах генератора 22, считанных триггерным счетчиком 23j - напряжение на выходе транзисторлого стабилизатора 2 при втором, седьмом, десятом и пятнадцатом тактовых импульсах генератора 22, считанных триггерным счетчиком 23, U., - иапря- жение на выходе транзисторного стабилизатора 2 при третьем, шестом, одиннадцатом и четырнадцатом тактовых импульсах генератора 22, считанных триггерным счетчиком 23; О, напряжение на выходе транзисторного стабилизатора 2 при четвертом, пятом, двенадцатом и тринадцатом тактовых импульсах генератора 22, считанных триггерным счетчиком 23. . Устройство работает следующим образом. S Управляемые ключи 1-4, 5 и 16 и силовые транзисторы 19 и 20 управляются напряжениями, поступаюгщми с выходов дешифратора 24 в заданной последовательности ло мере счета в триггерном счетчике 23 тактовых импульусов, сформированных генератором 22. Частота тактовых импульсов генератора 22 определяет период выходного напряжения предлагаемого устройства, который разделен на fn равных промежутков времени триггерным счетчиком 23. При первом тактовом импульсе (в первом промежутке времени ) открывается управляемый ключ 14 и силовой транзистор 19 (остальные находятся в непроводящем состоянии) К базе регулирующего силового транзистора 3 подключается первая цепочка 8 со стабилитроном 11, а на выхо- де транзисторного стаб.илизатора 2 формируется напряжение (J , практи- чески равное напряжению стабилизации стабилитрона 11. При втором тактовом импульсе открывается управ- ляемый ключ 5 и силовой транзистор 19 (остальные разомкнуты). К базе регулирующего силового транзистора 3 подключается цепочка 9 со стабилитро ном 12, а на выходе транзисторного стабилизатора 2 формируется напряже ние Ц J практически равное напряжению стабилизации стабилитрона 12. При третьем тактовом импульсе открывается управляемый кпюч 16 и силовой транзистор 19 (остальные разомк нуты J, К базе регулирующего силового транзистора 3 подключается цепочка 10 со стабилитроном 13 а на выходе транзисторного стабилизатора 2 формируется напряжение практически равное напряжению стабилизации стабилитрона 13. При четвертом и пятом тактовых импульсах открывается силовой транзистор 19 и на выходе транзисторного стабилизатора 2 формируется напряжение УЗ самой схемой зтого транзисторного стабилизатора Шестой, седьмой и восьмой тактовые импульсы повторяют третий, второй ,и первый. В результате считывания восьми тактовых импульсов на выхо- де транзисторного стабилизатора 2 формируется первый полупериод постоян ного ступенчатого напряжения U-| , которое через открытый напряжением 99 У в течение полупериода силовой транзистор 19 прикладывается к полуобмотке трансформатора 18 инвертора 17. В результате, в течение первых восьми тактов на выходе инвертора I7 формируется положительная полуволна ступенчатого напряжения (J . Второй полупериод напряжения ступенчатой формы U формируется на выходе транзисторного стабилизатора 2 аналогично описанному по счету тактовых импульсов с девятого по шестнадцатый. Однако через открытый напряжением и2д силовой транзистор 20 второй по- лупериод напряжения ступенчатой формы Ц подается к другой полуобмотке трансформатора 18. В результате, в течение второй половины счета тактовых импульсов (с девятого по шестнадцатый ) на выходе усилителя мощности формируется отрицательная полу- волна ступенчатого напряжения V. Эффективность изобретения состоит в возможности получения большого числа уровней напряжения, аппроксимируемого синусоидой, только за счет одного силового ключа (регулирующего силового транзистора формирователя однополярного напряжения ступенчатой формы, увеличения числа цепочек из последовательно соединенных опорного элемента и управляемого ключа и изменения известным образом маломощного узла управления, а именно путем.увеличения модуля счета тригт герного счетчика и построения соответствующего дешифратора. Такое построение предлагаемого устройства при достижении одинакового с прототипом качества выходного напряжения при и возможности получения максимально необходимого числа уровней выходного ступенчатого напряжения аппроксимируемого синусоидой, позволяет его упростить и улучшить мдссогабаритные характеристики за счет сокращения силовых ключей до одного и исключения дополнительного преобразователя, содержащего ряд реактивных элементов (индуктивностей, конденсаторов) ,Исключение реактивных элементов дает возможность микроминиатюризации, например построения специализированной микросхемы для уп.равления выносным трансформатором.

Put. 2

7«%% %

I

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В СТУПЕНЧАТОЕ ПЕРЕМЕН-. НОЕ -НАПРЯЖЕНИЕ, содержащий формироват.ель однополярного N -ступенчатого напряжения, вход которого подклкг чей к входным выводам преобразователя, а выход через двухтактный инвертор соединен с выходными выводами преобразователя, и блок управления, - выполненный в виде последовательно соединенных генератора тактовых икг : пульсов, триггерного счетчика импульсов и дешифратора, о т л и ч а ю.зд и и с я тем, что, с целью упрощения и улучшения массо-габаритных показателей, указанный формирователь выполнен в виде транзисторного стабилизатора напряжения, между базой регулирующего транзистора которого и общим для формирователя и инвертора входным выводом включены цепочек , каждая из которых состоит из последовательно соединенных опор9 ного злемента и управляе1«зго ключа, связанного по цепи управления с соответствующим выходом дешифратора. Si S СО со