Устройство для управления мостовым инвертором Советский патент 1991 года по МПК H02M7/48 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при построении централизованных источников вторичного электропитания (ИВЭ) со стабилизированным выходным напряжением или децентрализованных,регулируемых по напряжению ИВЭ, обеспечивающих преобразование постоянного напряжения в переменное.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей инвертора за счет обеспечения регулирования его выходного напряжения, минимизация искажений.

На фиг,1 изображена принципиальная схема устройства для управления мостовым инвертором; на фиг.2- временные диаграммы, поясняющие принцип работы устройства и выходное напряжение мостового инвертора.

Устройство для управления (фиг.1) мостовым инвертором, включает в себя задатчик 1 частоты, подключенный к N-канальному регистру 2 сдвига импульсов (на фиг.1 семиканал ьному, ) с пар афаз- ными выходами СИ Qi; Q2; Q2... Q и модулятору 3 ширины импульсов. Указанный регистр 2 может быть выполнен.например, на NIK-триггерах с перекрестной связью (не показаны), а модулятор 3 - в виде совмещенного генератора пилообразного напряжения - компаратора 4V S-выход которого подключен к инвертору 5, выходом образующего парафазный S-выход модулятора 3. Выходы регистра 2 и модулятора 3 подключены к входам узла 6 формирования управляющих сигналов. Последний выполнен шестиканальным. Его канал, предназначенный для формирования сигнала М1 (М1), содержит три элемента ЗИ-НЕ 7-9 (10-12), выходы которых подключены к входам элемента 4И-НЕ 13 (14). На выходе элемента 13 (14) в результате будет сформирован управу

ляющий сигнал, определяемый логическим выражением

MHQ3Q4S)(Q4QeS)(Q6Q7S) Qi

(МН Эзб4§) (Q4QeS) (QeQyS) СИ).

Канал узла 6 формирования управляющего сигнала М2 (М2) помимо указанных элементов ЗИ-НЕ 7-9 (10-12) содержит четвертый элемент ЗИ-НЕ 15 (16) и элемент 4И-НЕ 17 (18). На выходе элемента 4И-НЕ 17 (18) в этом случае будет сформирован сигнал- г .

М2 (Q3Q4S) (CUQeS) (CUQeS) (QeCbS) 03648 + CtoQeS + Q4QeS +

( M2 (Q3Q4S) (CUQeS) (CUQeS) (QeQrS)

5з04§ + CUQeS + CUQeS + QeCbSJ.

Канал узла 6 формирования управляющего сигнала МЗ (МЗ) помимо элемента ЗИНЕ 15(16) содержит элемент 2И-НЕ 19 (20) и элемент ЗИ-НЕ 21 (22), выходы которых

подключены к входам элемента 4И-НЕ 23 (24), четвертым входом соединенного с выходом регистра 2. Выход элемента 4И- НЕ 23(24) подключен к входу элемента ЗИ-НЕ 25(26), другие вхдоды которого соединены с выходами элементов ЗИ-НЕ 22 и 27 (21 и 28). На выходе элемента ЗИНЕ 25 (26) будет сформирован сигнал

35

МЗ (Q3S) (Q4QeS) (QiQ7S)Q2 + + Q3U2S

( M3 (Q3S) (Q4U6S) ()Q2 +

+ Q3U2S ). .

Выходы M1, M1 - МЗ, МЗ узла 6 формирования связаны через усилительно-развязывающий узел 29 с управляющими входами соответствующих ключей 30-35 си- ловой части мостового инвертора, который

включает в себя три стойки ключей 30-35, причем две из них выполнены в виде полностью управляемых ключей переменного тока, а средняя стойка ключей 34, 35 - на транзисторах, шунтированных диодами обратного тока. Средние точки стоек ключей 30-33 подключены к концам двух согласно включенных первичных обмоток 36 и 37 выходного трансформатора 38, общая точка которых подключена к средней точке стойки ключей 34, 35.

Качество преобразованной электроэнергии мостового инвертора (коэффициент гармоник выходного напряжения, Кг его спектральный состав и амплитуда основной гармоники UOCH) существенно зависит от соотношения длительностей и амплитуд ступеней, сформированной квазисинусоидальной кривой выходного напряжения Квых. Если амплитуда ступеней иВых определяется соотношением чисел витков первичных обмоток 36 и 37, то их длительность зависит от числа каналов регистра 2, т.е. от числа N.

Общими логическими выражениями, описывающими в общем случае связи между N-канальным регистром 2 и узлом 6 фор- мирования управляющих сигналов, являются следующие выражения:

М1 (CbCUS) (Q4QN-iS) (QN-tQNS) Qi,M1 {Q3d4S)(Q4QN-iSHQN-iQNS)Qi: M2 Q3Q4S+ CUQN-1S+ CUQN-1S+ СЫОыЗ; М2 Q4QN-1S+ Q,qQN-iS+ QN-iQNS;

М3 (QaS) (CUQu-iS) (QiQwS) Qa+ + (Q3Q2S) + (QiQNS);

M3 (Q3S) (Q4QN-1S) (QiQNS) Qa+

+ (Q3Q2S) + (QiQNS).

Принцип работы устройства для управления мостовым инвертором поясняется временными диаграммами, представленными на фиг.2. Задатчик 1 частоты синхронизирует работу устройства. Импульсы вида Ui определяют частоту работы модулятора 3 ширины импульсов (скважность выходного сигнала S (S) которого определяется управляющим сигналом U... a), a также поступают на счетный вход регистра 2 сдвига. Фазовый сдвиг между последовательными симметричными прямоугольными импульсами Qi 02...СЫ; QiQ2...Qw составляет п /N (равный длительности ступеней выходного напряжения инвертора). Эти сигналы (импульсы) поступают на входы узла 6 формирования управляющих сигналов, в котором осуществляются логические опера- 5 ции. В результате будут сформированы новые последовательности импульсов, определяемые вышеприведенными логическими выражениями. Номер каждого элемента 7 - 28 в узле 6 формирования со- 10 ответствует индексу полученной последовательности импульсов, некоторые из которых представлены на фиг.2. Ключи 30-35 мостового инвертора переключаются в соответствии с разработанным алгоритмом и на 15 выходе последнего формируется напряжение вида Увых (фиг.2), реализующее алгоритм частично широтно-импульсного регулирования (ЧШИР).

Предложенное устройство может найти 0 применение при построении централизованных источников питания, когда требуется обеспечить преобразование постоянного напряжения в переменное, согласование номинальных уровней напряжения питания 5 и нагрузки, а также стабилизацию выходного напряжения в достаточно широком диапазоне ( ± 20%). Данное устройство может использоваться и в децентрализованных источниках питания, обеспечивая регулирова- 0 ние выходного напряжения наиболее эффективным методом ЧШИР, реализованным без усложнения схемы силовой части - инвертора (недостатка, присущего данному методу регулирования), при высоком качест- 5 ве выходного напряжения.

Формула изобретения 1. Устройство для управления мостовым инвертором, включающим три стойки ключей и выходной трансформатор, общая точ- 0 ка двух согласно включенных первичных обмоток Wi и Л/2 которого подключена к средней точке второй стойки ключей, выполненных в виде встречно-параллельно включенных транзисторов с управляющими 5 входами М2 и М2 и диодов, причем свободный вывод первой из упомянутых обмоток Wi подключен к средней точке первой стой- JCH ключей с управляющими входами М1 и М1, а вывод второй обмотки Wa соединен со 0 средней точкой третьей стойки полностью управляемых ключей переменного тока с управляющими входами МЗ и МЗ, содержащее последовательно соединенные задатчих частоты, N-канальный регистр сдвига с rtapa- 5 фазными выходами Qi, Qi, ..UN, QN, где N б, узел формирования упо авляющих сигналов, выходы М1, М1 - МЗ, МЗ которого предназначены для подключения к соответствующим управляющим входам упомянутых ключей инвертора, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет обеспечения регулирования выходного напряжения инвертора, оно снабжено модулятором пульсов с парафазными выходами S и бГ, включенными между задатчиком частоты и. узлом формирования управляющих сигналов, а выполнение и связи между входами и выходами последнего определяются следующими логическими выражениями:

М1 (CbCUS) (CUQN-iS) (QN-iQNS) Qi;

М1 (Q3Q4S) (CUQN-1S) (QN-1Q.NS) Qi;

M2 - ОзСй5+ Q4QN-1S+ Q4QN-1S+ СЫОмЗ; М2 Q3CUS+ Q4UN-1S+ CUQN-1S+ Оы-ЮмЗ;

М3 (Q3S) (Q/iQN-tS) (Qi6NS) Q2+ + (Q3Q2S) + (QiQNS);

10

M3 (Q3S) (Q4QN-iS) (QiQNS) Q2+

+ ,(Q3Q2S) + (QiQNS).

2. Устройство по п.1,отличающееся тем, что, с целью минимизации искажений, упомянутый регистр сдвига выпол- нем девятиканальным ().

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при построении источников вторичного электропитания централизованного типа в тех случаях, когда по условиям эксплуатации требуется обеспечить улучшенное качество преобразованной электроэнергии с регулируемыми (или стабилизированными) параметрами. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет