Преобразователь постоянного напряжения в квазисинусоидальное Советский патент 1985 года по МПК H02M7/539 

1 1 Изобретение относится к области преобразовательной техники и может быть использовано при построении вторичных источников электропитания как централизованного, так и децентрализованного типов во всех случаях, когда требуется повьшенное качество преобразованной эл ктроэнергии и улучшенные массогабаритные показатели. Целью изобретения является унификация блока управления, улучшение массогабаритных показателей и качества выходного напряжения. На фиг.1 представлены вариант структурной схемы силовой части преобразователя (а) и структурная схема его системы управления (б); на фиг.2 временные диаграммы, поясняющие формирование выходного напряжения преобразователя; без промежуточного высокочастотного (ПВЧ) преобразовани (с() и с ПВЧ-преобразованием (б,в); на фиг.3 - вариант логической схемы регистра сдвига блока управления преобразователя; на фиг.4 - временные диаграммы, поясняющие формирование сигналов на выходах регистра сдвига и логического узла блока управления преобразователя; на фиг.5 зависимости коэффициента гармоник К.р(и) выходного напряжения преобразователя от длительности паузы между полуволнами выходного напряжения инверторной ячейки («) и от величины фазового сдвига между выходными напряжениями соответствующих инвер- торных ячеек при регулировании выход ного напряжения преобразователя (5) Предлагаемый преобразователь, {фиг.1) содержит три основных мостовьк инверторных ячейки 1 3, две пары ютючей 4,5 и 6,7jB каждой из которых образуют первую и вторую стойки, tp} основных трансформатора 8-10, задающий генератор 11 и блок 12 управления ... Основные инверторные ячейки 1 3 и трансформаторы 8-10 образуют основную инверторную группу 13, Первичные обмотки 14-16 каждого из трансформаторов 8 - 10 подключены к выходам одной из инверторных ячеек 1 - 3, а вторичные обмотки 17 - 19 соединены последовательно, образуя выходную цепь с выводами 20 и 21. 01 Блок 12 управления содержит основной делитель 22 частоты и осцовной регистр 23 сдвига с двумя входами. Выход задающего генератора 11 подключей к .входу делителя 22 частоты и к первому входу рргистра 23 сдвига, второй вход которого подключен к выходу делителя 22 частоты. Регистра 23 сдвига (фиг.З) выполнен на 2N (где П 1,2,3...) последовательно соединеиньр триггерах 24-35 JK - типа. Прямые и инверсные выходы триггеров 24-35 образуют выходы регистра 23 сдвига, Выходы {CL(p-1) + bl3. К-И}-го триггера регистра сдвига связаны с управляющими входами ключей первой и второй стоек инверторных ячеек, где L С 1 ,MJ - число инверторных ячеек; N 1,2,3; Р номер стойки (1 или 2); 6 - номер ячейки; К равно целой части отношения L/L. Делитель 22 частоты имеет коэффициент деления 3N. Рассматриваемый пример регистра сдвига (фиг.З) соответствует случаю:. L 3, N 6. На фиг.2 б приведены временные диаграммы, поясняющие формирование выходного напряжения преобразователя. На фиг,4 приведены временные диаграммы поясняющие формирование сигналов управления на выходах регистра 23 сдвига,Приняты следующие обозначения:V 4, - сигналы соответствен. но на прямом и инверсном выходах 1 - 12-х триггеров регистра 23 сдвига.; Ujr- сигнал на выходе задающего генератора 11; и а,- сигнал на выходе делителя 22 частоты; Ч i напряжения на вторичных обмотках 17-19 трансформаторов 8 - 10, выходное напряжение между выводами 20 и 21 выходной цепи основной инверторной группы 13, Преобразователь работает следующим образом.

3I

Задающий генератор 11 формирует на своем выходе последовательность импульсов тактовой частоты 36 С выхода задающего генератор а эти и1-1пульсы поступают на первый вход регистра 23 сдвига, и на вход делителя 22 частоты, с выхода которого импульсы с частотой, в восемнадцать раз меньшей тактовой частоты поступают на второй вход регистра сдвига 23 (фиг.4). На прямых и инверсных выходах его триггеров формируют последовательности прямоугольных импульсов вьпсодной частоты Ц/ ,

Ч 1г ii причем фазовый сдвиг между соответствующимиоднотипными сигналами Ц и V, V и

V.. соседних триггеров составляет

TT/fi (на фиг.4 для простоты изобра- жены сигналы только на прямых выходах) . После гальванической развязки и усиления эти сигналы поступают на управляющие входы соответствующих инверторных ячеек 1-3. Переключение ключей в соответствии с поступающими на их управляющие входы сигналами управления обеспечивает формирование на выходах инверторных ячеек 1 - 3, а также на первичных 14 - 16 и вторичных 17 - 19 обмотках трансформаторов 8-10 напряжений прямоугольной формы с паузой d « 7/3 между их палуволнами. Напряжения 02 на вторичных обмотках 17 - 19 трансформаторов 8-10 имеют вид, показан ный на фиг.2 б. Поясним формирование напряжений на вторичных обмотках трансформаторов 8 - 10 на примере инверторной ячейки 1, нагруженной на первичную обмотку 14 трансформатора 8. На интервале wtQ-iot. открыты ключи 4 и 6 инверторной ячейки 1, концы первичной обмотки

14 трансформатора 8 подключены при этом кположительной шине питания и на вторичной обмотке 17 фор- мируется пауза напряжения Ui. В момент wi закрывается ключ 6 и отпирается ключ 7 к первичной обмотке 14 прикладьгоается напряжение питания, а на вторичной обмотке 17 формируется положительная полуволна напряжения Ui.

На интервале Lotj-luij открыты ключи 5 и 7, на вторичной обмотке

17 формируется вторая пауза напряжения Uj. На интервалеu t5 4 Рвз

3760Ч

открытые ключи 5 и 6 к первичной :обмотке 14 прикладывается напряжение обратной полярности (по сравнению с полярностью на интервале 5 ), а на вторичной обмотке 17 формируется отрицательная полуволна напряжения U2. Далее все процессы повторяются. Формирование напряжений Uj и происходит аналогично, 0 но с относительным фазовым сдвигом

Т - а (фиг 2. б). Напряжение Uj, между выводами 20 и 21 получают суммированием в выходной цепи из последовательно соединенных вторичных

5 обмоток 17 - 19 трансформаторов Ь10 напряжений . Форма напряжения Ul показана на фиг. 2,6.

Модификацией описанного преобразователя может быть преобразователь

0 с регулированием величины выходного напряжения.(фиг.1). Этот преобразователь снабжен тремя дополнительными инверторными ячейками с тремя дополнительными трансформаторами,

5 соединенньии между собой аналогично основным инверторным ячейкам и трансформаторам и образующими дополнительную инверторную группу36 с выходными выводами 37 и 38. Выходные выводы 21 и 37 основной 13 и дополнительной 36 инверторных групп соединены между собой. При этом вторичные обмотки основных и дополнительных трансформаторов оказываются

5 соединенными ежцу собой последовательно, образуя выходную цепь, подключенную к выходным выводам 20 и 38. Система управления такого преобразователя (фиг.1,б) снабжена регули-

0 руемым широкодиапазонным фазосдвигающим узлом 39 и вторым блоком 40 управления, состоящим из дополнитель ного делителя частоты на 3N и дополнительного регистра сдвига, выполненных и соединенных между собой аналогично с основньми делителем частоты и регистром сдвига, Фазосдбигающийузел 39 подключен своим входом к выходу задающего генератора 11, а

0 выходом - к входу дополнительного блока 40 управления. Связи между выходами дополнительного регистра сдвига и управляющими входами ключей дополнительных инверторных ячеек

5 выполнены аналогично связям между выходами основного регистра сдвига и управляющими входами ключей основных инверторных ячеек. 5n Работа такого преобразователя .(дЛя L 3 N 6) поясняется временными диаграммами, приведенными на фиг.2,б. Процессы, протекающие в дополнительном блоке 40 управлени и дополнительной инверторной группе 36, аналогичны уже рассмотренным процессам в рсновных блоке 12 управ ления и инверторной группе 13. Напряжение 1/22 между выходными вывода 37 и 38 дополнитепьнойинверторной группы 36 имеет такую же форму, как и напряжение ,U2 между выходными выводами 20 и 21 основной инверторНой группы 13, и сдвинуто по фазе по отношению к нему на регулщ)уемый фазовый угол сЛ(фиг.2,б). Геометрическое суммирование напряжений и,, и цепи последовательно соединенных вторичных обмоток основ ных и дополнительных трансформаторо обеспечивает формирование между выходными вьшодами 20 и 38 преобразователя регулируемого напряжения U2 Фазовый сдвиг . сЛ между выход- ными напряжениями основной 13 и дополнительной 36 инверторных групп обеспечивает регулируемый фазосдвигающий узел 39, который формирует на своем выходе последовательность импульсов тактовой частоты, сдвинутую относительно последовательности импульсов, поступающих на вход фазосдвигающего узла 39 с выхода задающего генератора на регулируемы угол cf. Указанная последовательность импульсов с выхода фазосдвигающего узла 39 поступает на вход дополнительного блока 40 управления Второй модификацией преобразователя может быть преобразователь с промежуточным высокочастотным (ПВЧ) преобразователем. Этот преобразователь снабжен демодулятором 4, выполненным по схеме однофазного мост вого инвертора на полностью управляемых ключах. 42 - 45 с двусторонней проводимостью.;Своими СИЛОВЫМИ входными вьшодами 46 и 47 демодулятор 41 подключен к выходным выводам 20 и 21 основной инверторной группы 13. Выходные выводы 48 и 49 демодулятора 41 образуют выход преобразователя. Система управления такого преобр зователя (фиг,1,б) снабжена дополнительньм высокочастотным задающим генератором 50 и формирователем 31 06 импульсов с прямым и инверсным фрцц выходными сигналам, выполнейньп и на JK - триггере в счетном режиме. Блок 12 управления снабжен 2М-канальным логическим узлом 52. Два входа логического узла 52 подключены к прямому и инверсному выходам формирователя 51 импульсов, остальные входы логического узла 52 подключены к соответствующим выходам основного регистра 23 сдвига. Выходы логического узла 52 связаны с управляющими входами соответствующих ключей инверторных ячеек 1-3. Соответствие между номером канала логического узла 52, номером инверторной ячейки и номером стойки, с управляющими входами ключей которой связаны выходы данного канала,такое же, как и соответствие, между номерами.триггеров регистра 23 сдвига, инверторных ячеек 1- 3 и стоек в основном варианте преобразователя, и определяется формулой (Р-1) К.+ (, На фиг.2, в приведены временные диаграммы поясняющие формирование выходного напряжения преобразователя с ПВЧ - преобразованием; на фиг.4 - временные диаграммы, поясняющие формирование сигналов управления на выходе логического узла 52. На фиг. 2 и 4 приняты следующие обозначения: new, - сигналы соответственно на прямом и инверсном выходах формирователя 51 импульсов; ыПВЧ.пвч. - сигналы соответствен 1 11 но на прямых и инверсфПВЧППВЧньт выходах 1 - 12-го -I1Z каналов логического узла 52; у 1ШЧ - и - напряжения на вторичных обмотках 17 - 19 трансформаторов 8 10;и, - напряжение между выйодами 20 и 21 основа ной инверторной группы;и, - выходное напряжение преобразователя; Преобразователь работает следующим образом. Задающим .генератором 50 формируютпоследовательность импульсов высокой частоты, определяющей частоту 71 ПВЧ - преобразования, С выхода задающего генератора 50 эти импульсы поступают на вход формирователя 51 импульсов, формирующего на своих прямом и.инверсном выходах сигналы %вч пвч сигналы поступают на два входа логического узла 52, на остальные входы которого поступают сигналы -У- V г с соответствующих выходов регистра 23 сдвига. На выходах логического узла формируются сигналы управления ключами инверторных ячеек (на фиг.4 для простоты приведены сигналы только на прямых выходах логического узла 52). Переключение ключей инверторных ячеек 1 - 3 в соответствии с поступающими на их управляющие входы сигналами управления (на фиг.2, в фигурными скобками выделен сигналы управления ключами каждой инверторной ячейкой) обеспечивает формирование на вторичных обмотках 17-19 трансформаторов 8-10 напр жений которые представляют собой напряжения Uj (фиг.2,б) промодулированные прямоугольным сигналом промежуточно высотой частоты. Суммированием напряжений формируют на выводах 20 и 21 инверторной группы 13 напряжение U , которо подают на силовые входные выводы 46 и 47 демодулятора 41, на управляющие входы ключей 42 - 45 которог 0 поступают усиленные и гальванически развязанные сигналы управления пвч и Фр . Переключение ключей 42 - 45 демодулятора 41 обеспечивает демодуляцию напряжения Uj и формирование на силовых выходных вьтодах 48 49 преобразователя напряжения U (фиг,2,в). Предлагаемый преобразователь с регулированием величины выходного напряжения также может быть выполнен с ПВЧ- преобразователем. При этом второй блок 40 управления преобразователя снабжен 12-канальным логическим узлом, выполненным и подключенным аналогично логическому узлу 32 блока 12 управления, а входные выводы 46 и А7 демодулятора подключены к вьшодам 20 и 38 инверторных ячеек 13 и 36. Работа такого преобразователя аналогична работе предыдущего варианта преобразователя. Данная система зшравления универсальна и позволяет создавать преобразователи из унифицированных силорых блоков (с различным числом инверторных ячеек) с заданным качеством выходного напряжения. В случае необходимости получения трехфазного выхода преобразователя в системе управления достаточно лшпь увеличить число триггеров регистра сдвига и каналов логического узла до 3N, а силовую часть каждой фазы выполнить по аналогии с однофазным вариантом.

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО . НАПРЯЖЕНИЯ В КВАЗИСИНУСОИДАЛЬНОЕ, содержащий Ц мостовых инверторных ячеек f включающих в себя первую и вторую стойки, управляемых ключей и силовой трансформатор. вторичные обмотки силовых трансформаторов ячеек включены последовательно, образуя выходную цепь, задающий генератор и блок управления в виде последовательно связанных мемоду собой делителя частоты и регистра сдвига, отличающийся тем, что, с целью унификации блока управления, улучшения массогабаритных показателей и качества выходного напряжения, задающий генератор выполнен на 6Н-кратную i частоту преобразователя, делитель частоты выполнен с коэффициентом деления ЗМ, регистр сдвига выполнен на 2N триггерах, управляющие входы ключей первой и второй стоек инверторных ячеек связа(Л ны с выходами ЦР-1)4-t-r «К +1 го триггера регистра сдвига, где ,2,3,....; Р - номер стойки

Uy pi

35

З-щЗ - 6-)

52

flpa

U2, 2.

Фаг.

«п.

а

|

я

f,-I

V,№(

ft№

Vi№1

«Й,/И

Vbng r

vw

-i-nJrT-r- --4j-4-r -i-i-r-t-i-i-r-i m. m . t-i-ft-r-t-rfait

ьеГИ

Ar.«