Способ управления преобразователем постоянного напряжения в переменное @ -ступенчатое и устройство для его осуществления Советский патент 1986 года по МПК H02M7/48 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в регулируемых системах вторичного электропитания, где невозможно резервирование или степень его применения ограничена.

Цель изобретения - повышение надеж- ности работы преобразователя.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства управления преобразователем, реализующая предложенный способ управления без промежуточного высокочастотного npte- образования; на фиг. 2 - временные диаграммы работы устройства по предлагаемому способу; на фиг. 3 - блок-схема второго варианта устройства управления преоб- разователем с промежуточным звеном повышенной частоты; на фиг. 4 - времен- ные диаграммы работы этого устройства; на фиг. 5 а, б, - схема формирования длительности и счетчик; на фиг. 6 а, б - преобразователь параллельного кода в последовательный и распределитель импульсов.

Как в первом случае (фиг. 1), так и во втором (фиг. 3) приведены однофазные варианты преобразователей для случая (количество амплитудно-импульсных модуляторов).

Полупроводниковый преобразователь (фиг. 1) содержит задающий генератор 1, делитель 2 частоты, блок 3 фазового сдвига, представляющий собой преобразователь последовательного кода в параллельный, блок 4 формирования длительности, счетчик 5, инвертор 6, преобразователи 7-9 параллельного кода в последовательный, распределители 10-12 импульсов, формирователи 13-15 импульсов управления силовыми ключами амплитудно-импульсных модуляторов 16-18, нагруженных на первичную обмотку суммирующих трансформаторов 19- 21 соответственно, вторичные обмотки которых соединены последовательно и образуют выходную цепь преобразователя.

«1-а22 на фиг. 2 представляют собой временные диаграммы работы устройства.

Второй вариант преобразователя (фиг. 3) с промежуточным звеном повышенной частоты содержит задающий генератор 22, делитель 23 частоты, инвертор 24, блок 25 фазового сдвига, блок 25 формирования дли- тельности, счетчик 27, инвертор 28, преобразователи 29-31 параллельного кода в последовательный, распределители им- пульсов,формирователи 35-37 импульсов управления силовыми ключами амплитудно-импульсных модуляторов 38-40, нагруженных на первичную обмотку суммирующих трансформаторов 41-43 соответственно, вторичные обмотки которых соединены последовательно и через демодулятор 44 подключены к нагрузке. Далее схема .содержит два распределителя 45 и 46 импульсов и формирователь 47 импульсов управления силовыми ключами демодулятора 44.

на фиг. 4 - напряжения на элементах схемы второго варианта преобразователя при управлении по предлагаемому способу.

Блок формирования 4 (и 26) длительности (фиг. 5а) может быть выполнен на основе трех 1К-триггеров 48-50, число выходов которых равно числу амплитудно-импульсных модуляторов п преобразователя, а число их входов - 2п.

Счетчики 5 и 27, схема которых представлена на фиг. 56, представляют собой двоично-десятичный четырехразрядный счетчик 51 с коэффициентом деления на шесть.

Одна из возможн.ых схем преобразователей 7-9 (и 29-31) параллельного кода в последовательный (фиг. 6а) построена на основе мультиплексора 52 и элемента ИЛИ- НЕ 53, соединенного по входу с выходом мультиплексора 52.

Схема распределителей 10-12 (и 32- 34) импульсов приведена на фиг. 66 и состоит из двух элементов 54 и 55 совпадения, первые входы которых объединены.

Сущность способа рассмотрим на примере работы схемы (фиг 1).

Высокочастотный задающий генератор 1 вырабатывает последовательность прямоугольных импульсов с частотой fo, поступающих на вход делителя 2 частоты. Импульсы ai (фиг. 2) с частотой (к - коэффициент деления делителя 2 частоты) с выхода делителя 2 частоты поступают на блок 3 фазового сдвига, представляющий собой регистр сдвига и формирующий шесть последовательностей импульсов «2-а. Импульсь с выходов блока 3 фазового сдвига поступают на вход схемы формирования 4 длительности, на выходах которой образуются последовательности импульсов as, «9 и «10 с частотой 2Гвых и фазовым

сдвигом I/fa при ДЛИТеЛ ЬНОСТЯХ 5/fa, 3/fa

и I/fa соответственно и которые равны по длительности и фазовому сдвигу ступенькам кривой выходного напряжения. Сигнал «2 с первого выхода блока 3 фазового сдвига одновременно поступает на вход счетчика 5.

Выходные сигналы «12 и оцз счетчика 5 поступают на первы.й и второй управляющие входы преобразователей 7-9 параллельного кода в последовательный, на информационные входы которых поступают сигналы «8, «9 и «10 с выходов блока 4 формирования длительности. Информационными входами преобразователей 7-9 служат информационные входы мультиплексора 52, соединенные между собой как показано на фиг. 6а.

Посредством сигналов счетчика 5 («i2 и «is) последовательно опрашиваются информационные входы XI, Х2, ХЗ мультиплексоров преобразователей 7-9. При кодовой комбинации «00 на управляющих входах всех мультиплексоров, которая соответствует первому периоду кривой выходного напряжения, происходит опрос первых информационных входов преобразователей 7-9 и на первый вход распределителя 10 импульсов поступает самый длинный импульс (аи) управления (амплитудно-импульсный модулятор 16 формирует самую длинную ступень кривой выходного напряжения), на первый 5 вход распределителя 11 импульсов поступает самый короткий (ais) по длительности импульс управления (амплитудно-импульсный модулятор 17 формирует самую короткую ступень кривой выходного напряжения) и, ю наконец, на первый вход распределителя 12 импульсов поступает средний (ocie) сигнал (амплитудно-импульсный модулятор 18 формирует среднюю ступень кривой выходного напряжения).

ненных по любой из полумостовых или мостовых схем, где диагональ моста определяется элементами 54 и 55 совпадений распределителей импульсов путем подачи на их вторые входы импульсов аи с первого выхода счетчика 5 и аи с выхода инвертора 6 соответственно и которые совпадают с первым и вторым полупериодом кривой выходного напряжения, что соответствует левой и правой диагоналям моста модуляторов.

Во втором варианте преобразователь (фиг. 3) с промежуточным звеном повышенной частоты, управляемый по предлагаемому способу, работает следующим образом. Высокочастотный задающий генератор 22 выраНа втором периоде кривой выходного 15 батывает последовательность прямоуг ольных

напряжения код опроса «01 на управляющих входах мультиплексоров преобразователей 7-9 разрещает прохождение импульсов управления с вторых информационных входов, в результате чего на первый вход распределителя 10 поступает средний по длительности сигнал (сС) управления, на вход распределителя 11 - самый длинный (ajs) по длительности импульс, а на вход распределителя 12 поступает самый короткий

импульсов с частотой fo, поступающих на вход делителя 23 частоты. Импульсы с частотой с выхода делителя 23 частоты поступают на блок 25 фазового сдви- 2Q га, формирующий щесть последовательностей импульсов, поступающих на входы блока 26 формирования длительности, на выходах которого образуются последовательности импульсов, как и в первом варианте, с частотой 2Гвых и фазовым сдвигом l/f при

импульс управления (). Это приводит к 25длительности 5/fa, 3/fct, 1/fo. соответственно, формированию первым амплитудно-импульс-которые равны по длительности и фазово- ным модулятором средней ступени кривойму сдвигу ступеням кривой выходного напря- выходного напряжения, а вторым и третьимжения преобразователя. О.дновременно сиг- амплитудно-импульсным модуляторами - са-нал с первого выхода блока 25 фазового сдви- мой длинной и самой короткой ступеней вы-га поступает на вход счетчика 27. Выходные ходного напряжения соответственно. 30сигналы счетчика 27 поступают на первые упКодовая комбинация «10 на управляющих входах преобразователей 7-9, соответствующая третьему - первому периодам кривой выходного напряжения, обеспечивает прохождение сигналов управления с третьих информационных входов преобразователей параллельного кода в последовательный на их выходы, что позволяет формировать посредством первого-третьего амплитудно-импульсных модуляторов соответственно самую

35

равляющие входы преобразователей 29-31 параллельного кода в последовательный (на управляющие входы Х9, Х10, XII мультиплексоров на фиг. 6а), на информационные входы которых поступают сигналы с выходов блока 26 формирования длительности. На второй и третий входы распределителей 32- 34 импульсов (на вторые входы элементов 2И-НЕ 54 и 55 на фиг. 66) поступают соответственно импульсы Э с промежуточнокороткую, среднюю и самую длинную ступе- до выхода делителя 23 частоты, частота

ни кривой выходного напряжения.

Далее описанный процесс опроса информационных входов мультиплексоров преобразователей 7-9 кода повторяется с периодом, равным числу амплитудно-импульсных модуляторов преобразователя, т.е. с перио- 45 дом Т ЗТ 3/(вых.

Последовательности сигналов управления аи, ai5 и ai6 (фиг. 2) посредством распределителей 10-12 импульсов разделяются на две последовательности каждая - aiy, а|8 (распределитель 10), aig, 0.20 (рас- пределитель 11) и 0,21, ii (распределитель 12), которые появляются соответственно на первом и втором выходах распределителей и через первый и второй входы

которых соответствует несущей частоте промежуточного высокочастотного заполнения, и инверсные им импульсы с выхода инвертора 24 ( {Jg).

Преобразователи 29-31 и распределители 32-34 работают так же, как и в случае формирования кривой выходного напряжения без промежуточного высокочастотного преобразования (фиг. I и 2), однако импульсы управления на выходе распределителей импульсов представляют собой пачки импульсов с частотой несущей, причем длительность и фазовый сдвиг пачек соответствуют ступеням кривой выходного напряжения. Пачки импульсов с выходов распреформирователей 13-15 импульсов поступа-55 делителей 32-34 через формирователи 35-

ют на управляющие входы соответствую-37 импульсов поступают на управляющие вхощих диагоналей силовых ключей амплитуд-ды силовых ключей амплитудно-импульсных

но-импульсных модуляторов 16-18, выпол-модуляторов 38-40.

ненных по любой из полумостовых или мостовых схем, где диагональ моста определяется элементами 54 и 55 совпадений распределителей импульсов путем подачи на их вторые входы импульсов аи с первого выхода счетчика 5 и аи с выхода инвертора 6 соответственно и которые совпадают с первым и вторым полупериодом кривой выходного напряжения, что соответствует левой и правой диагоналям моста модуляторов.

Во втором варианте преобразователь (фиг. 3) с промежуточным звеном повышенной частоты, управляемый по предлагаемому способу, работает следующим образом. Высокочастотный задающий генератор 22 вырабатывает последовательность прямоуг ольных

батывает последовательность прямоуг ольных

импульсов с частотой fo, поступающих на вход делителя 23 частоты. Импульсы с частотой с выхода делителя 23 частоты поступают на блок 25 фазового сдви- га, формирующий щесть последовательностей импульсов, поступающих на входы блока 26 формирования длительности, на выходах которого образуются последовательности импульсов, как и в первом варианте, с частотой 2Гвых и фазовым сдвигом l/f при

длительности 5/fa, 3/fct, 1/fo. соответственно, которые равны по длительности и фазово- му сдвигу ступеням кривой выходного напря- жения преобразователя. О.дновременно сиг- нал с первого выхода блока 25 фазового сдви- га поступает на вход счетчика 27. Выходные сигналы счетчика 27 поступают на первые упдлительности 5/fa, 3/fct, 1/fo. соответственно, которые равны по длительности и фазово- му сдвигу ступеням кривой выходного напря- жения преобразователя. О.дновременно сиг- нал с первого выхода блока 25 фазового сдви- га поступает на вход счетчика 27. Выходные сигналы счетчика 27 поступают на первые уп

равляющие входы преобразователей 29-31 параллельного кода в последовательный (на управляющие входы Х9, Х10, XII мультиплексоров на фиг. 6а), на информационные входы которых поступают сигналы с выходов блока 26 формирования длительности. На второй и третий входы распределителей 32- 34 импульсов (на вторые входы элементов 2И-НЕ 54 и 55 на фиг. 66) поступают соответственно импульсы Э с промежуточно выхода делителя 23 частоты, частота

которых соответствует несущей частоте промежуточного высокочастотного заполнения, и инверсные им импульсы с выхода инвертора 24 ( {Jg).

Преобразователи 29-31 и распределители 32-34 работают так же, как и в случае формирования кривой выходного напряжения без промежуточного высокочастотного преобразования (фиг. I и 2), однако импульсы управления на выходе распределителей импульсов представляют собой пачки импульсов с частотой несущей, причем длительность и фазовый сдвиг пачек соответствуют ступеням кривой выходного напряжения. Пачки импульсов с выходов распределителей 32-34 через формирователи 35-

15

На выходных суммирующих трансформаторах 41-43 амплитудно-импульсных модуляторов 38-40 соответственно формируются импульсы р4, р5 и рб (фиг. 4). Для наглядности на фиг. 4 представлены импульсы рь Р2 и РЗ на вторичных обмотках сум- мирующих трансформаторов в преобразователе без промежуточного высокочастотного преобразования, формируемых посредством устройства (фиг. 1).

Одновременно происходит формирование 10 управляющих импульсов силовыми ключами демодулятора 44 посредством двух распределителей 45 и 46 импульсов, на второй и третий входы которых (на вторые входы элементов 2И-НЕ 54 и 55 на фиг. 66) поступают импульсы р с промежуточного выхода делителя 23 частоты и инверсные импульсы р с выхода инвертора 28 соответственно. На первые входы упомянутых распределителей импульсов поступают сигналы осц (фиг. 2) с первого выхода счетчика 27 и инверсные импульсы оСп с выхода инвертора 28.

Импульсы с выходов распределителей 45 и 46 импульсов через формирователь 47 импульсов поступают на управляющие входы силовых ключей демодулятора 44. Демодуля- тор выполнен по мостовой схеме на четырех ключах с двухсторонней проводимостью, каждый из которых состоит, например, из двух встречно-параллельно включенных диод- но-транзисторных пар. Демодулятор 44 служит для реверсивного выпрямления напряжения р (фиг. 4), поступающег о с последовательно соединенных обмоток суммирующих трансформаторов 41-43 на его вход. Выходное напряжение PS демодулятора 44

20

30

пенчатое, содержащим п амплитудно-импульсных модуляторов, нагруженных на первичные обмотки суммирующих трансформаторов, вторичные обмотки которых соединены последовательно и образуют выходную цепь преобразователя, состоящий в том, что формируют п последовательностей импульсов управления п амплитудно-импульсными модуляторами, причем п,-ю последовательность импульсов управления подают на управляющий вход i-ro модулятора в соответствии с требуемым законом формирования п-сту- пеней кривой выходного напряжения, отличающийся тем, что, с целью повыщения надежности работы,.подают п,-ю последовательность импульсов управления последовательно во времени с шагом Т и периодом пТ на управляющие входы каждого из п модуляторов, при этом п,-ю и п,-ю последовательности импульсов управления подают на управляющие входы амплитудно- импульсных модуляторов со сдвигом во времени, равным (J-i)T.

2.Способ п. 1, отличающийся те.м, что, с целью повыщения надежности работы, п последовательностей импульсов управления п амплитудно-импульсными модуляторами формируют в виде пачек импульсов высокой частоты.

3.Устройство для управления преобразователем постоянного напряжения в переменное п-ступенчатое, содержащее последовательно соединенные задающий генератор, делитель частоты, блок фазового сдвига и блок формирования длительности, отличающееся тем, что, с целью повыщения

является выходным напряжением Ывых преоб- надежности работы, в него введены счетразователя.

Таким образом, применение предложенного способа управления позволяет повысить надежность работы полупроводникового преобразователя за счет усреднения коэффициенчик, инвертор,п преобразователей параллельного кода в последовательный и п распределителей импульсов, выполненных на двух элементах 2И-НЕ каждый, при этом вход счетчика соединен с первыим выходом блота загрузки (случай без применения высоко- 40 ка фазового сдвига, младшего разря- частотного промежуточного преобразования) или коэффициента загрузки И числа переключений (циклов включено - выключено) при высокочастотном промежуточном преобразовании.

да счетчика непосредственно подключен к первым входам первых элементов 2И-НЕ п распределителей импульсов и через инвертор - к первым входам вторых элементов 2И-НЕ п распределителей импульВ то же время предложенный способ сов, выходы старших разрядов счетчика подуправления позволяет улучшить массогаба- ритные показатели преобразователя,реализо- вать принцип унификации путем усреднения коэффициента загрузки и числа циклов включено-выключено на периоде кривой выходного напряжения, обеспечивая полную схемную и технологическую идентичность амплитудно-импульсных модуляторов преобразователя.

Формула изобретения

1. Способ управления преобразователем постоянного напряжения в переменное п-стусоединены соответственно к управляющим входам преобразователей параллельного кода в последовательный, первый вЫход блока формирования длительности соединен с

rQ первым информационным входом первого преобразователя параллельного кода в последовательный, с вторым информационным входом второго преобразователя кода и с п-м входом п-го преобразователя, второй выход блока формирования длительности соединен

55 с вторым информационным входом первого преобразователя параллельного кода в последовательный, с третьим информационным входом второго преобразователя и с первым

5

0

0

0

пенчатое, содержащим п амплитудно-импульсных модуляторов, нагруженных на первичные обмотки суммирующих трансформаторов, вторичные обмотки которых соединены последовательно и образуют выходную цепь преобразователя, состоящий в том, что формируют п последовательностей импульсов управления п амплитудно-импульсными модуляторами, причем п,-ю последовательность импульсов управления подают на управляющий вход i-ro модулятора в соответствии с требуемым законом формирования п-сту- пеней кривой выходного напряжения, отличающийся тем, что, с целью повыщения надежности работы,.подают п,-ю последовательность импульсов управления последовательно во времени с шагом Т и периодом пТ на управляющие входы каждого из п модуляторов, при этом п,-ю и п,-ю последовательности импульсов управления подают на управляющие входы амплитудно- импульсных модуляторов со сдвигом во времени, равным (J-i)T.

2.Способ п. 1, отличающийся те.м, что, с целью повыщения надежности работы, п последовательностей импульсов управления п амплитудно-импульсными модуляторами формируют в виде пачек импульсов высокой частоты.

3.Устройство для управления преобразователем постоянного напряжения в переменное п-ступенчатое, содержащее последовательно соединенные задающий генератор, делитель частоты, блок фазового сдвига и блок формирования длительности, отличающееся тем, что, с целью повыщения

надежности работы, в него введены счетчик, инвертор,п преобразователей параллельного кода в последовательный и п распределителей импульсов, выполненных на двух элементах 2И-НЕ каждый, при этом вход счетчика соединен с первыим выходом блока фазового сдвига, младшего разря-

да счетчика непосредственно подключен к первым входам первых элементов 2И-НЕ п распределителей импульсов и через инвертор - к первым входам вторых элементов 2И-НЕ п распределителей импульсов, выходы старших разрядов счетчика подсоединены соответственно к управляющим входам преобразователей параллельного кода в последовательный, первый вЫход блока формирования длительности соединен с

первым информационным входом первого преобразователя параллельного кода в последовательный, с вторым информационным входом второго преобразователя кода и с п-м входом п-го преобразователя, второй выход блока формирования длительности соединен

с вторым информационным входом первого преобразователя параллельного кода в последовательный, с третьим информационным входом второго преобразователя и с первым

входом n-го преобразователя, а п-й выход блока формирования длительности с п-м ин; формационным входом первого преобразователя параллельного кода в последовательный, с первым информационным входом второго преобразователя и с (п-1)-м информационным входом п-го преобразователя, выходы п преобразователей параллельного кода в последовательный подключены соответственно к вторым входам элементов 2И-НЕ п распределителей импульсов, выходы которых предназначены для соединения с управляющими входами силовых ключей п амплитудно-импульсных модуляторов.

Фиг.1

ii cLz

3

d ds ds cCj

3

cfrt i,z

dn

Л,и

d,s Oi,s

oCn cits

dis did аг, dzs

ППППППППППППППППППППППППППППППППППППППППП. nmmПППП

n

п

n

-TL

Jl

JTL

rL

n

a.

JZL

rL

JIL

-EL

JTL

JTL

n

n

JTL

n

n

a

JTL

rL

I

CL

n

jn

JTL

JIL

JIL

Л

ZLC

1 Г

I г

I г

JTL

JIL

JIL

jn.

j:i

JTL

JIL

-TL

Jl

JTL

rL

rL

JIL

-EL

JTL

JTL

n

rL

I

CL

JIL

JIL

Л

I г

jn.

j:i

JTL

JIL

Ч

CpuzJ

7,8,9f29, ЩЗГ)

10J1,1Z(JZ,33,J4)

5J(

LJ

a.

фиг. 6

Составитель О. Парфенова

Редактор С. ЛыжоваТехред И. ВересКорректор А. Зимокосов

Заказ 2234/57Тираж 631Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Изобретение относится к управлению преобразователем постоянного напряжения в п-ступенчатое переменное с ограниченной степенью резервирования. Цель изобретения - повышение надежности работы преобразователя. Преобразователь содержит п амплитудно-импульсных модулятора (АИМ), нагруженных на первичные обмотки суммирующего трансформатора, вторичные обмотки которого образуют выходную цепь. Способ состоит в формировании п последовательностей импульсов управления (ПИУ) для АИМ и подаче Пг-й ПИУ на управляющие входы каждого из п АИМ последовательно во времени с шагом Т и периодом пТ, причем Прю и nj-ю ПИУ подают со сдвигом во времени, равным (j-i) Т. ПИУ формируют в виде пачек импульсов высокой частоты. Устройство управления содержит последовательно соединенные задающий генератор, Делитель частоты, блоки фазового сдвига и формирования длительности, а также дополнительно введенные счетчик, инвертор, п преобразователей параллельного кода в последовательный и п распределителей импульсов на элементах 2И-НЕ. .Цель достигается путем усреднения коэффициента загрузки и числа циклов включено-выключено на периоде кривой выходного напряжения. 2 с , и 1 з.п. ф-лы, 6 ил. i (Л ю со со оо