Преобразователь постоянного напряжения в переменное напряжение заданной формы Советский патент 1988 года по МПК H02M7/538 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитания и электропривода для преобразования постоягного напряжения в переменное напряжение заданной формы, например синусоидальной.

Цель изобретения - повышение качества выходного напряжения путем ег о стабилизации и улучшения спектрального состава.

На фиг. 1 показана блок-схема преобразователя; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие принцип работы.

Преобразователь (фиг.1) содержит модулятор 1, состоящий из N инвертор- ных ячеек 2-5 (для примера ), собранных по мостовой схеме на тран- зисторах 6-9 с выходными трансформаторами 10-13. Вторичные обмотки трансформаторов 14-17 соединены последовательно. Непрерывный регулятор 18 напряжения выходом подключен к сило- ному входу N-Й инверторной ячейки. Демодулятор 19 силовым входом подключен к последовательно включенным вторичным обмоткам 14-17. Задающий генератор 20 прямым выходом соединен с управляющими входами левых полумостов инверторных ячеек 2-5 и счетным входом основного реверсивного счетчика 21, выходы которого подключены к адресным входам постоянного запо- минающего устройства (ПЗУ) 22. Реверсивный счетчик 21 выходами прямого и обратного переноса подключен к R и S-входам основного триггера 23, выходы которого подключены к сумми- рующему и вычитающему входам реверсивного сЧетчика 21. Выход обратного переноса реверсивного счетчика 21 соединен с тактовым входом дополнительного триггера 24. Основные 25-27 и дополнительный 28 коммутаторы своими входами соединены с прямым и инверсным выходами задающего генератора 20. Выходы основных коммутаторов подключены к управляющим входам пра- БЫК полумостов инверторных ячеек 2-4 выход дополнительного коммутатора подключен к управляющему входу демодулятора 19, а управляющий вход ком- NryTaTopa 28 соединен с выходом триг- гера 24. Управляющий вход правого полумоста ячейки 5 подключен .к инверсному выходу задающего генератора 20 Аналоговый сумматор 29 первыми входами поразрядно подключен к выходу ПЗУ 22, а вторым входом - к выходу измерительного выпрямителя 30, вход которого соединен с выходом демодулятора 19. Выход аналогового сумматора 29 подключен к управляющему входу непрерывного регулятора 18 и RC-цепи 31, конденсатор 32 которой зашунтиро ван paзpядньnvl ключом 33.

Кроме этого, преобразователь содержит два пороговых элемента 34 и 35, логическую схему ИЛИ 36, дополнительный реверсивный счетчик 37. Входы пороговых элементов 34 и 35 подключены к средней точке RC-цепи 31, а выходы связаны с входами логической схемы ИЛИ 36 и суммирующим и вычитающим входами счетчика 37. Выход схемы 36 подключен к управляющем входу разрядного ключа 33, а выход реверсивного счетчика 37 поразрядно соединен с управляющими входами основных коммутаторов 25-27.

Аналоговый сумматор может быть выполнен на операционном усилителе, при этом сопротивления резисторов пропорциональны двоичному коду. В качестве непрерывного регулятора может быть использован усилитель класса В.

На диаграммах (фиг. 2) показаны: напряжение 38 на вторичной обмотке 17, предел регулирования по напряжению 39 ячейки 5, выходное напряжение

40аналогового сумматора 29, порог

41срабатывания элемента 34, импульсы 42 на выходе элемента 34, напряжение 43 на вторичной обмотке 14, напряжение 44 на входе демодулятора, напряжение 45 на вторичной обмотке 15, порог 46 срабатывания элемента 35, импульсы 47 на выходе элемента 35, выходное напряжение 48 преобразователя .

Преобразователь работает следующим образом. i

Предположим, что в исходном состоянии счетчики 21 и 37 обнулены, а триггер 23 находится в состоянии Сигналы с прямого выхода задающего генератора 20 подаются на счетный вход реверсивного счетчика 21, с выхода которого линейно нарастающий код поступает на адресные входы ПЗУ 22. На выходе ПЗУ 22 формируеагя двоичный параллельный управляющий код соответствующий величине ступенчато

аппроксимируемого выходного напряжения требуемой формы.

Рассмотрим формирование нарастающего выходного напряжения npeoepa io- вателя. С выхода ПЗУ 22 возрастающий код подается на первые входы аналогового сумматора 29, с выхода которого напряжение поступает на управляющий вход непрерывного регулятора 18. В результате на вторичной обмотке 17 трансформатора 13 появляется нарастающее по амплитуде высокочастотное напряжение. На обмотках 14-16 трансформаторов 10-12 напряжения равны нулю, так как ключи 6, 8 и 7, 9 работают синфазно. Это достигается тем что при нулевом коде счетчика 37 управляющие сигналы с коммутаторов 25-27 поступают на правые полумосты ячеек 2-4 с прямого выхода задающего генератора 20. Напряжение с выходных обмоток 14-17 поступает на демодулятор 19 и с его выхода через измерительный выпрямитель 30 на второй вхо аналогового сумматора 29. При зтом, если аналоговый сумматор выполнен на операционном усилителе, напряжение на выходе измерительного вьтря- мителя 30 имеет полярность, противо- положную полярности, подаваемой на первый входы аналогового сумматора. Таким образом замыкается отрицательная обратная связь, обеспечивающая формирование и стабилизацию выходного напряжения. Например, если увели чивается напряжение питания, то на выходе аналогового сумматора 29 появляется напряжение, изменяющее напряжение питания ячейки 5 посредством непрерывного регулятора 18, при этом выходное напряжение остается неизменным. При заполнении счетчика 21 переключается триггер 23 и формируется линейно убывающий код. В результате на выходе преобразователя формируется уменьшающееся по амплитуде напряжение. После обнуления счетчика 21 на его выходе обратного переноса появляется импульс, переключающий триггер 24, в результате на управляющий вход демодулятора 19 с коммутатора 28 подается инверсный сигнал и полярность выходного напряжения преобразователя изменяется на противоположную.

При возрастании кода управления с ПЗУ 22 выходное напряжение 38 (фиг. 2) ячейки 5 достиг ает предела 39 регулирования по напряжению, при

,-

Q j, 20д 25 ,Q дс

35

40

50

55

этом напряжение 40 на выходе лнллсм о- вого сумматора 29, подаваемое через RC-цепь 31 на входы пороговых устройств 34 и 35, достигает nopot.i Л срабатывания (момента t,). Нл ныходс порогового устройства 34 появляется сигнсШ Лог.1, которьгУ через логическую схему ИПИ 36 подается на управляющий вход ключа 33. Ключ срлба- тывает и разряжает конденсатор 32. В результате на выходе устройства 34 формируется короткий импульс 42, который поступает на суммирующий вход счетчика 37, увеличивая его код на единицу. С выхода младшего разряда счетчика 37 сигнал поступает fia управляющий вход коммутатора 25. Фаза сигналов с выхода коммутатора 25 изменяется на противоположную, в результате ключи 6, 8 и 7, 9 начинают работать в противофазе и на вторичной обмотке 14 появляется напряжение 43, которое, суммируясь с напряжением 38 ячейки 5, подается в виде напряжения 44 на вход демодулятора 19. С выхода демодулятора 19 напряжение через измерительный выпрямитель 30 поступает на второй вход аналогового сумматора 29, уменьшая его выходное напряжение 40. При этом уменьшается напряжение 38 на вторичной обмотке 17 трансформатора 13. Формируемые на вторичных обмотках 14-16 трансформаторов 10-12 напряжения пропорциональны двоичному коду (2°, 2, ...), позтому при дальнейшем увеличении кода управления напряжение 40 на выходе аналогового сумматора 29 вновь достигает порогового уровня 41 (момента t) и код счетчика 37 увеличивается на единицу. В результате на вторичной обмотке 15 трансформатора II появляется напряжение 45, а ячейка 2 выключается и на вторичной обмотке 14 напряжение 43 вновь равно нулю. Увеличение кода управления с выхода ПЗУ 22 ведет к увеличению кода на выходе реверсивного счетчика 37, в результате возрастает выходное напряжение преобразователя. При формировании спадающего участка выходного напряжения преобразователя напряжение 40 на выходе аналогового сумматора 29 становится равным нулю, а затем меняет знак на противоположный, достигая порога срабатывания 46 порогового устройства 35 (момент t,). На выходе порогового устройства формируется импульс

5

47, который поступает на вычитающий вход реверсивного счетчика 37, уменшая его код на единицу.

Если на преобразователь действуе возмущение воздействия, например, в виде изменения напряжения питания, то чем больше это воздействие, тем выше напряжение на выходе аналогового сумматора, тем быстрее конденсат 32 RC-цепи 31 зарядится до порогово уровня 41 (46) и, следовательно, выше частота импульсов, поступающих на входы счетчика 37. По мере отработки возмущающего воздействия напр жение на выходе аналогового сумматора 29 уменьшается и одновременно снжается частота импульсов, изменяющи состояние реверсивного счетчика 37, тем самым обеспечивая устойчивость системы стабилизации. В результате на выходе преобразователя формируется выходное напряжение 48, величина и форма которого запрограммированы ПЗУ 22 и практически не зависят от напряжения питания и нагрузки.

Таким образом, в предложенном устройстве осуществляются плавная регулировка выходного напряжения посредством непрерывного регулятора н пряжения и дискретная с помощью ин- верторных ячеек, реализующих принци импульсно-кодовой модуляции, что обспечивает высокое качество и стабилность выходного напряжения преобразвателя .

Формула изобретения

Преобразователь постоянного напря- женин в переменное напряжение заданной формы-, содержащий модулятор, выполненный на базе инверторных ячеек, собранных по мостовой схеме с выходными трансформаторами, вторичные обмотки которых соединены последовательно и через демодулятор подключены к выходным выводам преобразователя, задающий генератор, прямым выходом подключенный к счетному входу основного реверсивного счетчика, выходы которого поразрядно подключены к постоянному запоминающему устройству, основ- Hofi триггер, R- и S-входы которого

с 5

Q

0

5

5

5

Q 0

соединены с выходами прямого и обратного переноса основного реверсивного счетчика, прямой и инверсный выходы с суммирующим и вычитающим входами этого счетчика, выход обратного переноса основного реверсивного счетчика подключен к тактовому входу дополнительного триггера, основные и дополнительный коммутаторы, первыми входами подключенные к прямому и инверсному выходам задающего генератора, второй вход дополнительного коммутатора подключен к выходу дополнительного триггера, а выход коммутатора соединен с управляющим входом демодулятора, отличающийся тем, что, с целью повышения качества выходного напряжения, N-я инверторная ячейка выполнена с непрерьгоным регулированием амплитуды выходного напряжения, введены аналоговый сумматор, первые входы которого поразрядно подключены к выходу постоянного запоминающего устройстга, а пь;ход - к управляющему входу N-Й инверторпой ячейки, измери- тельньй выпpям iтeль, входом подключенный к выходу демодулятора, а выходом - к второму входу аналогового сумматора, RC-цепь, которая подключена к выходу аналогового сумматора, а ее конденсатор зашунтирован разрядным ключом, два пороговых элемента, входы которых подключены к средней точке RC-цепи, логическая схема ИЛИ, входы которой подключены к выходам пороговых элементов, а выход - к уп- рав пяющему входу разрядного ключа, дополнительный реверсивный счетчик, суммирующий вход которого подключен к выходу одного из пороговых элементов, вычитающий вход - к выходу другого порогового элемента, а выход поразрядно соединен с управляющими входами основных коммутаторов, выходы которых связаны с управляющими входами правых полумостов всех инвер- TOpHbix ячеек кроме N-й, причем управляющие входы левых полумостов всех инверторных ячеек подключены к прямому выходу соответствующего коммутатора, а управляющий вход правого полумоста N-Й ячейки - к инверсному выходу задающего генератора.

f

J

15

10

iff

i1

ТЙ

/j

18

Изобретение относится к электротехнике и м.б. использовано в системах вторичного электропитания и электропривода. Цель - повышение качества выходного напряжения. Преобразо-- ватель постоянного напряжения в переменное содержит N инверторных ячеек с трансформаторами, вторичные обмотки которых соединены последовательно и подключены к демодулятору. Введение цепи обратной связи инвертора с непрерывным регулированием амплитуды позволит осуществить плавную регулировку выходного напряжения (посредством инвертора с непрерывным регулированием) и дискретную (с помощью инверторных ячеек). Это обеспечивает высокое качество и стабильность выходного напряжения. 2 ил. (О

S

20

C2t

ГЭ7

L-TJJ

19

быход

Zt

: -

27

26

J7

3ff - .f

Фаг. 2