Преобразователь постоянного напряжения в переменное с амплитудно-импульсной модуляцией Советский патент 1987 года по МПК H02M7/537 

ИзобреФение относится к преобразовательной технике и может быть использовано во вторичных источниках питания электроавтоматики и электроприводов переменного тока малой мощности (до единиц кВА).

Целью изобретения является улучшение качества выходного напряжения в заданном диапазоне его регулирования путем уменьшения его коэффициента гармоник..

На фиг.I показана принципиальная схема силовой части преобразователя; на фиг.2 - блок-схема управления преобразователем; на фиг.З - временные диаграммы, поясняющие формирование управляющих сигналов, подаваемых на входы ключей преобразователя; на фиг.4 и 5 - варианты упрощенных схем преобразователей; на фиг.6- зависимости коэффициента гармоник выходного напряжения Kp(U) и амплитуды первой гармоники (U) от угла регулиJO

15

20

задающего- генератора 35 связан с управляющими выходами ключей 2-6 основного инвертора 1 и ключей 16-18 демодулятора 19. Управляющие входы вспомогательного ключа 27 и ключей 21-24 вспомогательного инвертора 20 связаны соответственно с прямым 37 и инверсным 38 выходами модулятора ширины импульсов 36.

Модулятор ширины импульсов 36 может быть выполнен в виде генератора пилообразного напряжения 41, компаратора 42 и двух логических элементов И-НЕ 43 и 44, выходы которых образуют соответственно прямой 37 и инверсный 38 выходы.

В состав логического узла 40 входят триггер 45, логические элементы ИЛИ 46-48, логические элементы 2-2 И- ИЛИ 49-50 и логические элементы НЕ 51-53.

.Формирование выходного напряжения преобразователя поясняется врерования (d) для предлагаемого преоб- ,, менными диагргшмами. На фиг.З приве30

40

разователя (сплошная линия) по сравнению с прототипом (пунктирная линия) .

Преобразователь (фиг.1) содержит основной инвертор 1, вьшолненньш на транзисторах 2-5. Один из выходных выводов 6 инвертора подключен к одному концу 7 основной первичной обмотки 8 автотрансформатора 9, вторичная обмотка которого выполнена с отводами 10 и 11, связанными с основными - ; выводами 12 и 13, с выходными вывода- ; ми 14 и 15 преобразователя через клю- i чи 16-18 демодулятора 19. Кроме того, преобразователь содержит вспомогательный инвертор 20 на управляемых ключах с двухсторонней проводимостью 21-24. Первые силовые выводы 25 и 26 вспомогательного инвертора 20 зашун- тированы дополнительным ключом 27, включены между вторым концом 28 основной первичной обмотки 8 и вторым выходным выводом 29 основного инвертора 1. Вторые силовые выводы 30 и 31 вспомогательного инвертора 20 подсоединены к концам 32 и 33 дополни- тельной первичной обмотки 34.

Блок управления (фиг.2) преобразователем включает в себя задающий генератор 35, модулятор ширины импульсов 36 с прямым 37 и инверсным 38 выводами, шестиканальный кольцевой распределитель импульсов 39 и логический узел 40, через которые выход

45

55

дены временные диаграммы формирова- - ния управляющих сигналов, подаваемых на входы ключей преобразователя. Принятые обозначения ТИ1-ТИЗ - тактовые импульсы на выходе задающего генератора 35.

Напряжения на фиг.4 имеют индексы, соответствующие элементам, , и , и - форма напряжения на выходе преобразователя соответственно в режимах вольтосум- мирования, нейтральном и вольтовычитания.

На фиг.4 в трансформаторе используется средняя точка 54 первичной обмотки, а на фиг.5 - общая точка 55 соединения вспомогательного ключа 56 и средней точки 57 введенной первичной обмотки 58.

Принцип работы преобразователя поясняется на примере формирования напряжения с , с паузой, где N - число ступеней на четверти периода выходного напряжения преобразователя; Р - степень уплощения кривой намагничивания.

При подключении питания к блоку управления и силовой части преобразователя и замыкании ключей 2 и 4 основного инвертора и вспомогательного ключа 27 первичная обмотка 3 трансформатора 9 замыкается накоротO

5

0

задающего- генератора 35 связан с управляющими выходами ключей 2-6 основного инвертора 1 и ключей 16-18 демодулятора 19. Управляющие входы вспомогательного ключа 27 и ключей 21-24 вспомогательного инвертора 20 связаны соответственно с прямым 37 и инверсным 38 выходами модулятора ширины импульсов 36.

Модулятор ширины импульсов 36 может быть выполнен в виде генератора пилообразного напряжения 41, компаратора 42 и двух логических элементов И-НЕ 43 и 44, выходы которых образуют соответственно прямой 37 и инверсный 38 выходы.

В состав логического узла 40 входят триггер 45, логические элементы ИЛИ 46-48, логические элементы 2-2 И- ИЛИ 49-50 и логические элементы НЕ 51-53.

.Формирование выходного напряжения преобразователя поясняется вре0

0

5

5

дены временные диаграммы формирова- - ния управляющих сигналов, подаваемых на входы ключей преобразователя. Принятые обозначения ТИ1-ТИЗ - тактовые импульсы на выходе задающего генератора 35.

Напряжения на фиг.4 имеют индексы, соответствующие элементам, , и , и - форма напряжения на выходе преобразователя соответственно в режимах вольтосум- мирования, нейтральном и вольтовы; ; читания.

На фиг.4 в трансформаторе используется средняя точка 54 первичной обмотки, а на фиг.5 - общая точка 55 соединения вспомогательного ключа 56 и средней точки 57 введенной первичной обмотки 58.

Принцип работы преобразователя поясняется на примере формирования напряжения с , с паузой, где N - число ступеней на четверти периода выходного напряжения преобразователя; Р - степень уплощения кривой намагничивания.

При подключении питания к блоку управления и силовой части преобразователя и замыкании ключей 2 и 4 основного инвертора и вспомогательного ключа 27 первичная обмотка 3 трансформатора 9 замыкается накоротко. В напряжениях на первичной обмотке , и формируется пауза, а один из ключей (17) демодулятора 19 остается в этот момент замкнутым, что обеспечивает прохождение реактив- кого тока нагрузки. При замыкании ключей 2 и 5 основного инвертора 1 и ключа 17 демодулятора 19 на выходе преобразователя формируется первая ступень положительной полуволны напряжения Uj,. Замыканием ключей 3, 4 и 16 формируется ступень напряжения и.Дальнейшее формирование напряжения

ходного напряжения ухудшается.

Заданный диапазон регулирования выбирается соотношением чисел витков основной и вспомогательной первичных обмоток трансформатора..

Формула изобретения

1 .Преобразователь постоянного напряжения в переменное с амплитудно)0

импульсной модуляцией, содержащий основной инвертор, один из выходных выводов которого подключен, по крайней мере к одному концу основной первичной обмотки трансформатора, вспомога- ей происходит аналогично в соответст- 5 тельные ключи с двухсторонней провои с амплитудно-импульсной модуляцивии с .временными диаграммами (фиг.З). Регулирование выходного напряжения преобразователя осуществляется взаимосвязанным изменением длительностей включенного состояния ключей 21-24, вспомогательного инвертора 20 и дополнительного ключа 27. Тем самым дополнительно к основному (по мощности) нерегулируемому каналу вводится

димостью, связанные с дополнительной первичной обмоткой трансформатора, вторичная обмотка последнего выполнена с отводами, которые вместе с ее 20 концами подключены к выходным .выводам преобразователя управляемые ключи с двухсторонней проводимостью, образующие демодулятор, блок управления, включающий в себя послевспомогательньш (вольтодобавочный) ре- довательно соединенные между собой гулируемый канал и осуществляется задающий генератор, распределитель частичное широтно-импульсное регули- импульсов, логический узел перерас- рование выходного напряже ния. В режи- пределения импульсов и усилительно- ме во льтосуммирования( фиг.З) в развязывающий узел, а также модуля пределах каждого полупериода напряже- тор ширины импульсов, включенный меж- ния промежуточной высокой частоты ДУ задающим генератором и упомяну- (Ug ) в течение регулировочного ин- тым логическим узлом, причем управ- тервала включаются ключи 21, 24 и вы- ляющие входы по крайней мере поло- ключается вспомогательный ключ 27, а в режиме.вольтовычитания () вклю- 35 чаются ключи 22, 23 и выключается вспомогательный ключ 27. Алгоритмы переключения ключей 2-5 и ключей 16-18 в процессе регулирования остаются номинальными.

В нейтральном режиме (и„ на фиг.З) во включенном состоянии находится вспомогательный ключ 27, а ключи 21- 24 разомкнуты.

На фиг.4 и 5 с целью упрощения структуры преобразователя изображен основной инвертор 20, выполненный по схеме с нулевым выводом,

С целью дальнейщего упрощения при повьш1енной частоте выходного напряже- форматора и другим выходным выводом ния выходными выводами преобразовате- основного инвертора, входные его силовые выводы подсоединены к концам упомянутой дополнительной первичной обмотки трансфо15 матора, управляющие 55 входы дополнительного ключа и ключей инвертора связаны соответственно с одним из парафазных выходов логического элемента 2 И, причем один вход

вины ключей основного инвертора через логический узел связаны с выходами задающего генератора, а управляющие входы вспомогательных ключей через логический узел связаны с выходом модулятора щирины импульсов,, отличающийся тем, что, с целью улучшения качества выходного напряжения в заданном диапазоне его регулирования путем уменьщения его коэффициента гармоник, упомянутые 45 вспомогательные ключи образуют инвертор , причем выходные его выводы за- .шунтированы введенным дополнительным вслючом и включены между вторым концом основной первичной обмотки трансля являются концы вторичной обмотки трансформатору, т.е. в этом случае используется схема преобразователя без демодулятора. Рабочая частота трансформатора равна выходной частоте преобразователя. При сохранении регулировочных свойств качество выходного напряжения ухудшается.

Заданный диапазон регулирования выбирается соотношением чисел витков основной и вспомогательной первичных обмоток трансформатора..

Формула изобретения

1 .Преобразователь постоянного напряжения в переменное с амплитудно

)0

5

довательно соединенные между собой задающий генератор, распределитель импульсов, логический узел перерас- пределения импульсов и усилительно- развязывающий узел, а также модуля тор ширины импульсов, включенный меж- ДУ задающим генератором и упомяну- тым логическим узлом, причем управ- ляющие входы по крайней мере поло- 5

форматора и другим выходным выводом основного инвертора, входные его силовые выводы подсоединены к концам упомянутой дополнительной первичной обмотки трансфо15 матора, управляющие 5 входы дополнительного ключа и ключей инвертора связаны соответственно с одним из парафазных выходов логического элемента 2 И, причем один вход

вины ключей основного инвертора через логический узел связаны с выходами задающего генератора, а управляющие входы вспомогательных ключей через логический узел связаны с выходом модулятора щирины импульсов,, отличающийся тем, что, с целью улучшения качества выходного напряжения в заданном диапазоне его регулирования путем уменьщения его коэффициента гармоник, упомянутые 5 вспомогательные ключи образуют инвертор , причем выходные его выводы за- .шунтированы введенным дополнительным вслючом и включены между вторым концом основной первичной обмотки транспоследнего подключен к выходу модулятора ширины импульсов, а второй - к одному из выходов распределителя импульсов, а управляющие входы всех ключей основного инвертора через логический узел связаны с выходом за- -дающего генератора.

2.Преобразователь по п.1, о т - ли чающийся тем, что при выполнении основного инвертора по схеме с нулевым выводом, в качестве упомянутого второго конца основной

320872 6

первичной.обмотки трансорфматора используется средняя точка этой обмотки.

3.Преобразователь по п.1, о т fO

личающиися тем, что при выполнении инвертора по схеме с нулевым выводом, в качестве одного из его выходных выводов используется общая точка соединения упомянутого дополнительного ключа со средней точкой дополнительной первичной обмотки.

фи9. 2

личающиися тем, что при выполнении инвертора по схеме с нулевым выводом, в качестве одного из его выходных выводов используется общая точка соединения упомянутого дополнительного ключа со средней точ- кой дополнительной первичной обмотки.

ТИ1

гиг тиз

и it 2

§э

h

uS 3

л

й 1

.. г7 ifzr, it

.23) f

Uns U4S

и 2

из

и

5 Ul7

UIB

UlS

UH

B8

U4fu

фиг.З

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может быть использовано во вторичных источниках электропитания. Цель изобретения - улучшение качества выходного напряжения в заданном диапазоне его регулирования. Преобразователь напряжения содержит основной инвертор 1 с первичной обмоткой 8, автотрансформатор 9 с вторичной обмоткой, кото- .рая выполнена с отводами 10, 11, свя занными с основными вьшодами 12, 13 и выходными выводами 14, 15 через . ключи 16-18 демодулятора 19. Преобразователь содержит вспомогательный инвертор 20 на управляемых ключах с двухсторонней проводимостью 21-24. Регулирование выходного напряжения преобразователя осуществляется взди- мосвязанным изменением длительностей включенного состояния ключей 21-24, инвертора 20 и введением дополнительного ключа 27. Тем самым дополнительно к основному нерегулируемому каналу вводится врльтодобавочный регули- руемьш канал и осуществляется частичное генератно-импульсное регулирование выходного напряжения по заданному алгоритму управления. 2 з.п, ф-лы, 6 ил., -rf- 1-7 .i ю (Л со ГС о оо v кэ L j/jJL jij Фи9,1