Регулируемый преобразователь переменного напряжения в переменное Советский патент 1991 года по МПК H02M5/257 

Изобретение относится к электротехнике.

Целью изобретения является повышение надежности и уменьшение уровня коммутационных помех.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема преобразователя; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие его работу.

Преобразователь содержит регулирующий элемент 1, первый силовой вывод которого соединен с первым выводом для подключения сети 2, а второй силовой вывод - с первым выводом для подключения нагрузки 3. Второй вывод для подключения нагрузки 3 и второй вывод для подключения сети 4 объединены. Регулирующий элемент 1 содержит идентичные первый, второй, третий и четвертый управляемые ключи 5-8, соединенные по схеме моста, и последовательный колебательный LC-контур 9, состоящий из катушки индуктивности 10 и конденсатора 11. Выводы первой диагонали моста связаны соответственно с первым и вторым выходными выводами регулирующего элемента 1, во вторую диагональ моста включен последовательный колебательный LC- контур 9. Входы управления первого и четвертого управляемых клюей 5 и 8 в противолежащих плечах моста связаны между собой и подключены к первому управляющему входу регулирующего элемента 1, и к первому выходу блока управления 12. Связанные между собой входы управления второго и третьего управляемых ключей 6 и 7 подключены к второму управляющему входу регулирующего элемента 1 и к второму выходу V блока управления 12. Каждый идентичный управляемый ключ 5-8 содержит первый и второй силовые транзисторы 13 и 14, к коллекторам которых присоединены катоды первого и второго диодов 15 и 16, аноды которых соединены с эмиттерами тех же транзисторов, а также с анодами третьего и четвертого диодов 17 и 18, катоды которых соединены соответственно с базами первого и второго силовых транзисторов 13 и 14. Коллекторы первых силовых транзисторов 13 в первом и третьем управляемых ключах 5 и 7 в смежных плечах моста связаны между собой и подключены к

0

сл

оо со со со

первому выводу первой диагонали моста, к ее второму выводу подключены соединенные -. г жду собой коллекторы вторых силовых транзисторов 14 второго и четвертого управляемых ключей 6 и 8, Коллекторы первых силовых транзисторов 13 управляемых ключей 6 и 8 соединены с коллекторами вторых силовых транзисторов 13 в первом и третьем управляемых ключах соответственно и с выводами второй диагонали моста.

Устройство содержит первый и второй трансформаторы 19 и 20, первые обмотки 21 которых своими первыми выводами соединены с первым выводом для подключения сети 2, а своими вторыми выводами подключены соответственно к первому и второму выходам U, V блока управления 12. Крайние выводы вторых обмоток 22 первого и второго идентичных трансформаторов 19 и 20 подключены к базам соответствующих силовых транзисторов 13 и 14 в первом и четвертом управляемых ключах 5 и 8, эмиттеры тех же силовых транзисторов 13 и 14 подсоединены к отводам соответствующих вторых обмоток 22. Крайние выводы третьих обмоток 23 первого и второго трансформаторов 19 и 20 подключены к базам соответствующих силовых транзисторов 13 и 14 во втором и третьем управляемых ключах 6 и 7, причем эмиттеры тех же силовых транзисторов 13 и 14 подсоединены к отводам соответствующих третьих обмоток 23, которые включены согласно по отношению к первым и вторым обмоткам 21 и 22 первого и второго трансформаторов 19 и 20.

Блок управления 12 обеспечивает на первом и втором выходах противофазные импульсы постоянной длительности и регулируемой частоты, превышающей частоту сети, и может быть построен по известным схемам частотно-импульсного управления, в частности может содержать генератор импульсов 24, управляемый напряжением Е, D-триггер 25, элемент задержки 26, логические элементы И 27 и 28 и ключи 29 и 30, соединенные с первым и вторым выходами U, V блока управления 12.

Преобразователь работает следующим образом.

На выходе генератора импульсов 24 формируются кратковременные импульсы Ј24, частота F24 следования которых намного (в 10 и более раз) превышает частоту Fn напряжения Јп питания (см. фиг. 2). При этом частота /Г24 зависит от управляющего напряжения Е. Импульсы Ј24 поступают на счетный вход D-триггера 25, на его неинвертирующем и инвертирующем выходах при этом формируются поочередно импульсы

Ј25-1 И Ј25-2. ИМПУЛЬСЫ Ј25-1 И Ј25-2 НЗрЯДу

с задержанными в элементе задержки 26 импульсами Ј24 поступают на входы логических элементов И 27 и 28. На выходах логических элементов И 27 и 28 в результате формируются поочередно импульсы Ј2 и

0

Ј28, которые подаются на первый и второй выходы U и V блока управления 12 через ключи 29 и 30 и далее на первые обмотки 21 первого и второго трансформаторов 19 и 20 5 (см. фиг. 2). Ключи 29 и 30 под действием импульсов Ј27 и Ј28 отпираются и через них на шины питания & замыкаются цепи первых обмоток 21 первого и второго трансформаторов 19 и 20. В результате формируются импульсы Ј21-1 и Ј21-2, промодулиро- ванные напряжением сети Јп (см. фиг. 2). Во время положительного полупериода напряжения сети Јп на левой шине питания под действием первого импульса Ј2i-u первые силовые транзисторы 13 в первом и чет5 вертом управляемых ключах 5 и 8 насыщаются. При этом начинается протекание тока /э по цепи левая шина Јл - первый силовой транзистор 13 в первом управляемом ключе 5 - средняя секция первой обмотки 21 первого трансформатора 19 - диод 16 в первом управляемом ключе 5 - последовательный колебательный LC-контур 9 - первый силовой транзистор 13 в первом управляемом ключе 8 - средняя секция второй обмотки 22 первого трансформато5 pa 19 - диод 16 в четвертом управляемом ключе 8 - нагрузка - правая шина питания (см. фиг. 2). Ток /з,4, равный току /э, протекает через нагрузку в положительном направлении, его амплитуда пропорциональна текущей величине напряжения

0 сети Јп (см. фиг. 2). Ток /9 имеет вид полупериода синусоиды. Длительность импульсов тока /э равна длительности полупериода свободных колебаний последовательного колебательного LC-контура 9, она равна -Гэ , где LIO, Сц - соответственно

5 индуктивность и емкость. Протекание тока через средние секции вторых и третьих обмоток 22 и 23 первого трансформатора 19 создает на верхних секциях и на базах соответствующих силовых транзисторов напря0 жение положительной обратной связи, которое пропорционально току /д. Оно удерживает первые силовые транзисторы 13 в первом и четвертом управляемых ключах 5 и 8 в состоянии насыщения после окончания импульса Ј|э. В то же время на нижних сек5 циях вторых и третьих обмоток 22 и 23 первого трансформатора 19 и на базах вторых силовых транзисторов 14 в первом и -четвертом управляемых ключах 5 и 8 образуются отрицательные импульсы, ограничиваемые по амплитуде диодами 18. Эти импульсы

0 удерживают вторые силовые транзисторы 14 в запертом состоянии в течение всей длительности импульса тока /д.

К моменту окончания полупериода Тд токи /д и /3,4 обращаются в нуль, благодаря чему напряжение положительной обратной связи на базах первых силовых транзисторов 13 в первом четвертом управляемых ключах 5 и 8 тоже обращается в нуль,

очи запираются и протекание тока прекращается (см фиг 2).

Далее на втором выходе V блока управления 12 и на первой обмотке 21 первого трансформатора 19 появляется первый импульс Ј|9-и (см фиг 2). Этим аналогично описанному выше во время положительного полу периода Е« достигается насыщение первых силовых транзисторов 13 во втором и третьем управляемых ключах 6 и 7. Ток /9 при этом протекает по цепи первый силовой транзистор 13 в третьем управляемом ключе 7 - средняя секция второй обмотки 22 второго трансформатора 20 - диод 16 - последовательный колебательный LC-контур 9 - силовой транзистор 13 во втором управляемом ключе 6 - средняя секция третьей обмотки 23 второго трансформатора 20 - диод 16 во втором управляемом ключе 6 - нагрузка Импульс тока /9 при этом имеет направление, противоположное предыдущему импульсу, а импульс тока /з,4 совпадает с направлением тока в предыдущем импульсе (см фиг 2)

Далее процессы повторяются Чередование полярности импульсов тока /э позволяет использовать энергию, накопленную в кон денсаторе 11 к концу каждого импульса

Формула изобретения

1 Регулируемый преобразователь переменного напряжения в переменное, содержащий регулирующий элемент, первый сило вой вывод которого соединен с первым выводом для подключения сети, а второй силовой вывод - с первым выводом дня подключения нагрузки, второй вывод для подключения сети объединен с вторым выводом для подключения нагрузки, и блок управления, с первым выходом которого соединен первый управляющий вход регулирующего злеменга, отличающийся гем, что, с целью повышения надежности и уменьшения уровня коммутационных помех, регулирующий элемент содержит идентичные первый, второй, третий и четвертый управляемые ключи, соединенные по схеме моста, а также после довательный колебательный /.С-контур, блок правления снабжен вторым выходом, примем выводы первой диагонали моста соединены соответственно с первым и вторым силовыми выводами регулирующего элемента, ьо вторую диагональ моста включен последовательный колебательный LC-контур, вхо- ьы управления первого и четвертого управ .шемых ключей в противолежащих плечах моста связаны между собой и подключены к первому управляющему входу регулирующего элемента, связанные между собой входы управления второго и третьего управляемых ключей подключены к второму управляющему входу регулирующего элемента и к второму выходу блока управления, формирующего на первом и втором выходах идентичные противофазные импульсы постоянной длительности и регулируемой частоты, превышающей частоту сети

2. Преобразователь по п 1, отличающийся тем, что каждый идентичный управляемый ключ содержит первый и второй силовые

транзисторьцэмиттеры которых связаны между собой, а к коллекторам которых присоединены катоды первого и второго диодов, аноды которых соединены с эмиттерами тех же силовых транзисторов, а также с анодаЬ ми третьего и четвертого диодов, катоды которых связаны соответственно с базами первого и второго силовых транзисторов, при этом коллекторы первых силовых транзисто ров в первом и третьем управляемых ключах в смежных плечах моста соединены

0 между собой и подключены к первомх выводу первой диагонали моста, к ее второму выводу подключены соединенные межд собой коллекторы вторых силовых транзието- ров второго и четвертого управляемых клю

5 чей, коллекторы первых силовых транзисто ров упомянутых управляемых ключей соединены с коллекторами вторых силовых транзисторов в первом и третьем управляемых ключах соответственно и с выводами второй диагонали моста

0

3 Преобразователь по пп 1 и 2, отличающийся тем. что в него введены идентичные первый и второй трансформаторы,пер вые обмотки которых своими первыми вы водами соединены с первым выводом дтя

5 подключения сети, а своими вторыми ьывп да ми подключены соответственно к перво му и второму выходам блока управления, причем крайние выводы вторых обмоток которые выполнены трехсекционными, пер вого и второго трансформаторов подключи ны к базам соответствующих первого и вто рого силовых транзисторов в первом и чет вертом управляемых ключах, эмиттеры тех же силовых транзисторов связаны между собой через среднюю секцию соответствую

5 ших вторых обмоток, крайние выводы третьих обмоток, выполненных трехсекционными, первого и второго трансформаторов подключены к базам соответствующих первого и второго силовых транзисторов во втором и третьем управляемых ключах, причем мит

0 теры тех же силовых транзисторов связаны между собой через среднюю секцию со ответствующих третьих обмоток, которые включены согласно по отношению к первым и вторым обмоткам первого и второго транс форматоров

0

Изобретение относится к электротехнике. Целью изобретения является повышение надежности и уменьшение уровня коммутационных помех. Устройство содержит регулирующий элемент 1, включенный последовательно с нагрузкой в цепи переменного тока. Регулирующий элемент выполнен в виде моста из четырех идентичных управляемых транзисторных ключей 5-8 с трансформаторным управлением. В диагонали постоянного тока моста включен последовательный колебательный LC-контур 9. Регулирование напряжения и управление управляемыми ключами 5-8 осуществляется от блока управления методом частотно-импульсной модуляции, за счет чего достигается поставленная цель. 2 3. п. ф-лы, 2 ил.

Фиг 1

Е2

IIIIIIIHIIIIIIIIII J

-25,

ппппппппп

t

О

I I I I I I I I I

мппппппппп

Ј27°4

-2в

11

о

HTRwftTlt ir

MIfriL

Т, ТЛ

ли