Преобразователь частоты Советский патент 1987 года по МПК H02M7/538 H02M5/27 

ния 2. Последний включает в себя задатчик частоты биений, задатчик вЕ сокой частоты заполнения биений 22, логический узел управления генератором биений 23 и узел развязки и усиления 26, Демодулятор 4 выполнен в виде двух согласно-параллельно включенных по шинам постоянного тока транзисторных инверторных мос1

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при разработке источников вторичного электропитания преимущественно централизованного типа .

Цель изобретения - упрощение при высоком уровне выходного напряжения. На фиг. 1 изображена структурная схема силовой части и системы управления преобразователя на фиг. 2- структурная схема узла развязки и усиления (УРУ)5 на фиГо 3 - варианты защитных цепочекj на фиг 4 - диаграммы, поясняющие формирование сигналов управления и выходного напряжения преобразователя (Ug - напряжение биений,5 Ugj - выпрямленное напряжение биений , i - ток на выходе-первого транзисторного моста 55 и. - выходное напряжение преобразователя; i. выходной ток преобразо- ва теля) „

В преобразователе (фиг с 1) можно вьщелить две основные части; силовую часть 1 и систему 2 управления Силовая часть содержит последовательно соединенные генератор 3 биений и демодулятор 4 о

Под генератором биений (ГБ) понимаются устройства, энергетический поток на выходе которых имеет форму биений или квазибиений. ГБ может быть реализован как с помощью инвер- торно-трансформаторных узлов, и с помощью электрических машин, возбуждаемых изменяющимся с определенной частотой потоК оМо

Демодулятор 4 содержит два согласно-параллельно включенных по шинам постоянного тока транзисторных

56165

тон 5, 6 с датчиком тока 19 в одной из шин постоянного тока с выходным сигналом в коде 0,1. Блок управления снабжен дополнительным логическим узлом 25 управления демодулятором, а узел развязки и усиления 26 содержит четыре одинаковых предусилителя, выполненных по одно- такГтной схеме инвертора. 4 ил о

моста 5 и 6„ Первый мост 5 выполнен на транзисторах 7-10, а второй мост 6 - на транзисторах 11-14.

Выводы 14 и 16 переменного тока первого моста 5 образуют силовой вход демодулятора, а выводы 17 и 18 переменного тока второго моста 6 образуют его выход.

Первый мост 5 обеспечивает процесс рекуперации активной и возврата реактивной .мощности, второй мост 6 осуществляет основной процесс инвертирования.

С целью максимального сн ижения мощности управления ключами возвратного инвертора в цепь постоянного тока демодулятора включен датчик 19

тока (ДТ) с выходньм сигналом S в двоичном коде 0,1, Соответствующие . переключения транзисторов 7-10 в этом случае будут происходить только на участке рекуцерации реактивной

мощности, а транзисторы 11-14 будут включены только при подаче в нагрузку активной мощности.

Система 2 управления включает в себя блок 20 управления, содержащий

задатчик. 21 часто |гы биений с прямыми F и инверсным F выходными сигналами, задатчик 22 высокой частоты заполнения биений с прямым F и инверсным F выходными сигналами, логический узел 23 управлениа ген.ерато- ром биений, основной логический узел 24, дополнительный логический узел 25, а также усилительно-развязывающий узел (УРУ) 26,, состоящий

из четырех одинаковых однотактных усихштелей 26,1-2.4 мощности

31356

(фиг. 2), включающих в себя ключевой элемент, выполненный, например, на базе составного транзистора на транзисторах 27 и 28, импульсный трансформатор с первичной 29.1 и двумя / вторичными 29,2 и 29.3 обмотками. Первичная обмотка 29.1 импульсного трансформатора зашуитирована диодом 30.

Логический узел 24 реализует ло- Ш гические выражения:

f-F-S + E F-S

f F-S + f-F-S

;

(1) (2)

причем выход этого логического узла с сигналом А через УРУ связан с управляющими входами одной пары диагонально расположенных транзисто- ров 7 и 10 первого моста 5, а выход с сигналом В через УРУ связан с другой парой диагонально расположенных транзисторов 8 и 9 этого моста, обеспечивая протекание обратно- го тока в цепи постоянного тока второго моста 6, встречно полярности напряжения генератора р иений

В состав логического узла 24 входят логические элементы 31 и 32 и логические элементы НЕ 33 и 34. Их связи с блоками 19, 21 и 22 определяются выражениями (1) и (2).

Выходы F и F задатчика 21 часто- ты бие.ний через дополнительное логическое устройство 25 и УРУ 26.1 и 26.2 связаны с управляющими входами диагонально расположенных пар транзисторов 11, 14 и 12,, 13 соответ- ственно второго моста &, обеспечивая процесс инвертирования выпрямленного напряженная (Ug.j)

Дополнительное логическое устройство (ДНУ) 25 реализует логические выражения:

М S-F

N S.F.

(3) (4)

входы ДЛУ связаны с задатчиком 21 частоты и датчиком 19 тока,

В состав дополнительного логического устройства 25 входят логические элементы НЕ 35 и 2И 36 и 37,

Защитная цепочка 38 включена между выводами 39 и 40 постоянного тока.

/

Ш

15

20 25

ЗС

40

0

е

165 ,4

Необходимость введения защитной цепочки обусловлена неидеальностью характеристик системы управ. тения и транзисторовJ которая приводит к перенапряжениям. На фи1 о 3 :представ- лены простейшие варианты защитных цепочек, .состоящие из последовательно соединенных стабилитрона и резистора (фиг. За) и конденсатора и резистора (фиг, Зб),

Преобразователь работает следующим образом.

С выхода генератора биений (или квазибиений) 3 на выводы 15 и 16 демодулятора 4 поступает последовательность знакопеременных импульсов с изменяющейся по низкочастотному закону амплитудой (фиг. 4)„ Эти знакопеременные импульсы выпрямляют с помощью коллектор-базовых траз зисторов первого моста 5, а затем инвертируют с помощью транзисторов 11-14 второго моста 6.

В работе транзисторов 7-10 необходимо вьщелить два режима: режим выпрямления и рекуперации активной или возврата реактивной мощности, а в работе транзисторов 11-14 - основной режим инвертирования, а также рекуперации активной или возвра га реактивной мощности. Б режиме рыпрям- ления (с момента t по tg и с гю tg, фиг„ 4) транзисторы 7-10 работают как диоды (используются коллектор-базовые переходы тра11зисторов) , Аналогично (т.е. как диоды), но в режиме рекуперации активной или возврата реактивной мощности работают транзисторы 11-14 второго моста 6 (с момента t, по t и с t, по t, фиг, 4), Для реализации этого режима в данном случае необходимо выполнить огфеделенное условие. Учитывая, что транзисторами мостов управляют от предусилителей с трансформаторным выходом, необходимо при работе транзисторов в этом режиме (при использовании их в качестве диодов) закорачивать либо вторичную, либо первичную обмотку трансформатора этого предусилителя. В противном случае последовательно с коллектор-базовым переходом окажется включена индуктивность трансформатора, которая приведет к нежелательной деформации электромагнитных процессов преобра- .зователя и к дополнительным перенаQ

пряжениям. Особенностью данного реше

ния является то, что в качестве ключевого элемента, закорачивающего в нужный момент первичную (29,1) обмотку трансформатора, используется диод 30. В режиме выпрямителя для транзисторов 7-10 и режиме рекуперации активной и возврата реактивной мощности для транзисторов 11-14 на обмотках трансформатора наводится ЭДС, показанная на фиг, 2 в скобках, которая благодаря диоду 30 закорачивается по первичной обмотке (29.1). В случае работы транзисторов через эмиттер-коллекторный переходы (режим инвертирования для транзисторов 11-14 и режим рекуперации актив- ной и возврата реактивной мощности для транзисторов 7-10) они работают в своем нормальном режиме. При этом управляют ими с помощью сигналов системы управления. Диод 30 в этом режиме не работает. Таким образом, когда в режиме выпрямления транзисторы 7-10 первого инверторного моста 5 работают как диоды (через коллектор- базовый переходы)5 транзисторы 11-14 второго инверторного моста работают в своем нормальном режиме (через эмиттер-коллекторный переходы), а когда происходит рекуперация активной или возврат реактивной мощности, транзисторы 7-10 работают в нормальном режиме (через эмиттер-коллекторный переходы), а транзисторы 11-14- как диоды (через коллектор-базовый переходы).

I

Процесс управления транзисторами

7-10 первого инверторного моста 5 и транзисторами 11-14 второго мостового инвертора 6 осуществляют системой 2 управления.

Формирование сигналов управления происходит следующим образом,

Задатчик 21 частоты биений формирует на своем выходе последователь- ность импульсов F и F (фиг„ 4) тактовой частоты, определяющей частоту выходного напряжения преобразовате- ля, С выхода задатчика 21 частоты эти импульсы поступают на вход логического узла 23 управления генератором биений и на входы логических элементов 31 и 32 основного логичес- кого узла 24 управления первым мое- том демодулятора 4, а также на входы логических элементов 36 и 37 дополнительного логического узла 25

5

0

5

0 5

0

5

0

5

управления вторым мостом демодулятора 4.

Задатчик 22 высокой частоты заполнения биений формирует последовательность сигналов высокой частоты, определяющей частоту промежуточного высокочастотного преобразования. С выхода задатчика 22 сигналы S и S поступают на входы логического узла

23и на входы логических элементов 31 и 32 основного логического узла 24. На остальные входы логических элементов 31 и 32 логического узла

24поступает сигнал S с датчика 19 тока.

На выходах основного логического уз ла 24 в соответствии с приведенными логическими выражениями формируют сигналы А и В управления транзисторами первого моста (фиг ,4), причем сигнал А через УРУ связан с управляющими входами пары диагонально расположенных транзисторов 7 и 10, а сигнал В через УРУ - с управляющими входами пары диагонально расположенных транзисторов 8 и 9.

На входы логических элементов 36 и 37 узла 25, кроме упомянутых импульсов F и F, поступает предварительно проинвертированный на логическом элементе 35 сигнал S с датчика 19 тока.

На выходах узла 25 в соответствии с приведенными логическими йыражения- ми (3) и (4) формируют сигналы М и N управления транзисторами второго инверторного моста (фиг, 4), причем сигнал М через УРУ 26.1 связан с управляющими входами пары диагонадь- но расположенных транзисторов 11 и 14, а сигнал N через УРУ 26 ..2 связан с управляющими входами пары диагонально расположенных транзисторов 12 и 13.

Использование датчика 19 тока и приведенного алгоритма управления ключами максимально снижает мощность управления транзисторами обоих ин- верторных мостов, а использование коллекторных переходов транзисторов в качестве диодов обратного тока уменьшает установленную мощность за счет отказа от мостов диодов обратного тока и, следовательно, массу .устройства.

Формула изобретения

Преобразователь частоты, содержащий последовательно соединенный ге 1

нератор биений и демодулятор, выполненный в виде двух согласно-параллельно включенных по цепи постоянного тока транзисторных мостов с датчиком тока в одной из цепей постоянного тока с выходным сигналом . S в двоичном коде, блок управления, включающий в себя задатчик частоты биений с прямым F и инверсньм F вы- ходными сигналами, связанный с управляющими входами транзисторов второго транзисторного моста, задатчик высокой частоты запол21ения биений с прямым f и инверсным f выходными сигналами, узел управления генератором биений, входами связанный с за- датчиками частоты, основной логический узел управления транзисторами первого моста демодулятора с выход- ными сигналами А, В, реализуюищй логические выражения:

А f F-S + F-S

В f-F-S + f-F-S.,

причем входы основного логического узла Связаны с задатчиками частоты и датчиком тока, а также усилительно- развязывающий узел, отличающийся тем, что, с целью упрощения при уройне выходного

IQ 15 20

56165

напряжения, блок управления снабжен дополнительным логическим узлом управления транзисторами второго моста демодулятора с выходными сигналами М, N, реализующим логические выражения:

М S-FJ N S-F,

входы дополнительного логического узла связаны с задатчиками частоты и дат-чиком тока, усилительно-развязывающий узел содержит четыре одинаковых однотактных усилителя мощности с трансформаторным выходом, причем первичные обмотки трансформато - ров зашунтированы диодом, а вторичные обмотки первой пары усилителей мощности, управляющие цепи которых соединены с основным логическим узлом, подсоединены к управляющим входам диагонально расположенных транзисторов первого моста демодулятора, вторичные обмотки второй па- ры усилителей мощности, управляющие цепи которых связаны с дополнительным логическим узлом, подключены к управляющим входам диагонально расположенных транзисторов второго моста демодулятора.

Изобретение относится к преобразовательной технике и м.б. использовано при разработке источников вторичного электропитания преиму1 1;ест- венно централизованного типа. Целью изобретения является упрощение при высоком уровне выходного напряжения Устройство содержит последовательно соединенные .-генератор биений 3 и демодулятор 4, а также блок-управлеtaoA 00 СП

13.2

фие.З

. фи&. 2

ra

Редактор М.Петрова

Составитель В.Моин Техред Л.Сердюкова

Заказ 5808/52

Тираж 659Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

(puz,

Корректор А.Зимокосов