Преобразователь постоянного напряжения в знакопеременное напряжение заданной формы Советский патент 1991 года по МПК H02M7/521 

ки 4.1-4.N электропитания, дифференциальные усилители 5.1-5.N, датчики 6.1-6.N тока, выводы 7, 8 для подключения нагрузки 11. В каждом l-ном из 2N каналов ключевого преобразования прямой и инверсный выходы ШИМ 1 I подключены к соответствующим управляющим входам КУМ 2.I, а выходной вывод последнего через ФНЧ 3.I соединен с канальной выходной шиной (на схеме не показана). Выходы источников 4.1-4.N электропитания подключены к питающим шинам попарно сгруппированных КУМ 2,1 и 2.2, 2.3 и 2.42.2N - 1 и 2.2N,

Вывод 7 для подключения нагрузки соединен с выходными шинами четных каналов ключевого преобразования. Каждый датчик 6.2 - 1 тока включен в выходную шину 2 - 1-го (нечетного) канала ключевого преобразования и один из токовых выводов соединен с выводом 8 для подключения нагрузки. Выходы дифференциальных усилителей 5.1-5.N подключены ко входам попарно сгруппированных ШИМ 1.1 и 1.2,

1,3 и 1.4 1.(2N - 1) и 1.2N, первые входы

- к входу источника управляющего сигнала с выходным потенциальным выводом 11, а вторые входы - к выходам датчиков 6.1-6.N тока с одинаковыми порядковыми номерами.

ШИМ 1.1-1.2N предназначены для формирования 2N широтно-модулированных импульсных последовательностей, Многоканальная широтно-импульсная модуляция обеспечивается при формировании в ШИМ каждого канала ключевого преобразования пилообразного напряжения с заданным временным сдвигом At T0/2N . Например, для четырехканальной широтно-импульс- ной модуляции (фиг. 3) используют четыре опорных напряжения Uni-Un4, что соответствует формированию четырех импульсных напряжений е-|-е4 с равномерным фазовым сдвигом на частоте переключений.

КУМ 2.1-2.2N служат для высокоэффективного усиления по мощности импульсных сигналов, формируемых ШИМ 1.1-1.2N.

КУМ 2.1-2.N выполняют по полумостовым схемам (фиг. 2), в которых транзисторы управляются противофазно сигналами с прямых и инверсных выходов ШИМ 1.1- 1.2N. Верхние транзисторы КУМ 2.2I - 1 нечетных каналов подключены к прямым выходам ШИМ 1.21 - 1, а верхние транзисторы четных каналов КУМ 2.2I четных каналов - к инверсным выходам ШИМ 1.21. При этом для питающего напряжения Е0 и управляющего сигнала Uy выходное импульсное напряжение КУМ определяется в нечетных каналах как 62.0 - 1) Ео 1 + sign (Uy-Un2(i - 1)/2, (1)

а в четных каналах как

где sign x

62 I Ео 1 sign (Uy-Un2(i - 1)/2, 1 при x О

1 при х О

Для четного 21 и нечетного 2( - 1) каналов ключевого преобразования используют ШИМ с относительным временным сдвигом То/2 опорных пилообразных напряжений Una и Un(2i-i), чем обеспечивается фазовый сдвиг 180° на частоте переключений формируемых ими широтно-модулированных импульсных последовательностей.

КУМ 2.2I и 2.2I - 1 четного и нечетного каналов ключевого преобразования попарно подключены к источнику 4.1 электропитания, гальванически развязанному от остальных источников, чем обеспечивается попарно-последовательное сложение сигналов в мостовой схеме. Результирующее напряжение, приложенное через соответствующие ФИЧ 3.21 и 3.21 - 1 к нагрузке 9 от каждой пары КУМ, определяется в виде разности их выходных напряжений

30

62 (I - 1), 2 i 62 (i - 1) - 62 i

(2)

На фиг. 3 показаны импульсные напряжения ei,2 ei - 62 и ез,4 ез - 64, формируемые в четырехканальном устройстве для каждой мостовой схемы.

ФНЧ 3.1-3.2N предназначены для выделения на нагрузке 9 полезных низкочастотных составляющих суммарного импульсного напряжения, полученного в результате параллельного сложения выходных импульсных напряжений мостовой схемы. ФНЧ 3.1-3.2N в частном случае, выполняют на дросселях, индуктивность которых определяют из требуемой частоты среза АЧХ устройства. Для суммарного импульсното напряжения приведенная величина эквивалентного дросселя ФНЧ для N-канальной системы

U

(3)

Наличие ФНЧ 3.1-3.2N позволяет обеспечить параллельное сложение высокочастотных составляющих импульсных напряжений каналов, подключенных к выводам 11 и 7. Для таких составляющих реактивное сопротивление последовательно включен ных дросселе и ФНЧ весьма велико. Параллельное сложение высокочастотных составляющих импульсов напряжения

не связано с большой величиной высокочастотных составляющих выходного тока каналов, амплитуда которых не превышает 5 ... 10% от амплитуды тока полезных низкочастотных составляющих сигнала.

Датчики 6.1-6.N тока служат для выделения сигнала, пропорционального току, протекающему в диагоналях мостовых схем, образованных соответствующими КУМ 2.2I и 2.2I - 1 четных и нечетных кана- лов.

Использование гальванически развязанных источников электропитания для каждой мостовой схемы позволяет обеспечить равенство выходных токов каналов ключевого преобразования, включенных в каждую мостовую схему.

Дифференциальные усилители 5.1-5.N предназначены для формирования напряжений на входах ШИМ 1.1-1.2N, пропорци- ональных разностям управляющего сигнала Uy и сигналов обратной связи от датчиков 6.1-6.N тока.

Работает устройство следующим образом. Управляющий сигнал Uy через диффе- ренциальные усилители 5.1-5N поступает на входы попарно сгруппированных ШИМ 1.1-1.2N четных и нечетных каналов ключевого преобразования. Использование гальванически развязанных источников 4.1-4.N электропитания для каждой мостовой схемы, образованной четным и нечетным КУМ 2.2I и 2.(2i - 1), обеспечивает, как уже отмечалось, одинаковые выходные токи в парах каналов ключевого преобразования.

Выходы мостов подключены к выходным шинам параллельно, чем обеспечивается параллельное сложение их выходных сигналов 62.i - 1, еа i, определяемых выражением (1).

ШИМ 1.2i и 1.2i - 1, входящие в состав соседних каналов ключевого преобразования, включенных по мостовой схеме, формируют импульсные сигналы, противофазные на частоте переключений (фазовый сдвиг 180°), с длительностью импульсов, определяемой выходным сигналом соответствующего дифференциального усилителя из совокупности 5.1-5.N. При последовательном сложении импульсных сигналов 62.1 - 1, 62.1 в мостовой схеме суммарное импульсное напряжение e2.i - 1, 2.1 имеет частоту переключений в два раза выше частоты переключений oto отдельного канала ключевого преобразования. Действительно, как иллюстрируется на фиг. 3 для чётырехка- нальной схемы, в результате вычитания напряжений ei и 62 формируется знакопеременное напряжение ei, 2 ei - 62 с более

высокой (в два раза) частотой переключений.

При гальванически развязанных источниках 4.1-4.N электропитания отдельных мостовых схем контурные токи между каналами ключевого преобразования, подключенными к любому из выводов 11, 7 отсутствуют, Эквивалентная схема сложения импульсных напряжений в данном устройстве для четырех каналов ключевого усиления приведена на фиг. 4, а и может быть преобразована к схеме, показанной на фиг. 46. Импульсные .напряжения каждой мостовой схемы ei,2. ез, 4 (фиг. 5) подводятся через дроссели Ф.НЧ 3.1-3.4 и датчики 6.1, 6.2 тока к нагрузке 9.

Поскольку частота переключений выходного импульсного напряжения каждой мостовой схемы в два раза выше частоты Шо переключений отдельных каналов ключевого преобразования, в описываемом устройстве при заданной величине оь комбинационные составляющие импульсных напряжений, параллельно подведенных к нагрузке, группируются в области повышенных частот. Отмеченное преимущество позволяет обеспечить широкий частотный диапазон преобразования сигналов.

Возможный разбаланс выходных токов мостовых схем, обусловленный протеканием контурного тока к (фиг. 4,а), в рассматриваемом техническом решении уменьшается посредством использования отрицательной обратной связи по току в каждой мостовой схеме. Глубина такой обратной связи обеспечивается порядка 20-30 дБ, что дает возможность существенно уменьшить разбаланс выходных токов мостовых схем, обусловленных разницей низкочастотных составляющих их выходных напряжений.

Таким образом, практическое применение данного устройства позволяет обеспечить равенство выходной мощности отдельных каналов ключевого преобразования в более высоком частотном диапазоне и, тем самым, значительно повысить надежность работы преобразователя напряжения.

Формула изобретения

Преобразователь постоянного напряжения в знакопеременное напряжение заданной формы, содержащий 2N каналов ключевого преобразования, в каждом из которых прямойГи инверсный выходы ши- ротно-импульсного модулятора подключены к соответствующим управляющим входам ключевого усилителя мощности, а выходной вывод последнего через фильтр нижних частот соединен с канальной выходной шиной, источник электропитания, выход которого подключен к питающим шинам ключевых усилителей мощности первого и второго каналов ключевого преобразования, источник управляющего сигнала, выводы для подключения нагрузки, первый из которых соединен с выходными шинами четных каналов ключевого преобразования, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности работы, в него введены N-1 дополнительных источников электропитания, N датчиков тока и N дифференциальных усилителей причем питающие шины ключевых усилителей мощности третьего и последующих каналов ключевого преобразования по0

5

парно подключены к выходам дополнительных источников электропитания, каждый датчик тока включен в выходную шину соответствующего нечетного канала ключевого преобразования и один из токовых выводов соединен с вторым выводом для подключения нагрузки, выход каждого дифференциального усилителя подключен к входам широтно-импульсных модуляторов соответствующей пары нечетного и четного каналов ключевого преобразования, первый вход - к выходу источника управляющего сигнала, а второй вход - к выходу датчика тока, относящегося к данной паре каналов ключевого преобразования.

Фиг. 2

а 9

t

Изобретение относится к электротехнике, в частности к источникам вторичного электропитания. Цель - повышение надежности работы. Устройство содержит широт- но-импульсные модуляторы 1.1-1.2М(фиг 1, 2), ключевые усилители 2.1-2.2N мощности, фильтры 3.1-3N нижних частот, источники 4.1-4.N электропитания, дифференциаль ные усилители 5.1-5.N, датчики 6.1-6.N тока. Широтно-импульсные модуляторы 1.1-1.2N формируют пилообразные напряИзобретение относится к электросварке и предназначено для использования в управляемых питающих системах электроприводов, вибростендов и т.д. большой и средней мощности. Цель изобретения - повышение надежности работы. На фиг. 1 и 2 представлены соответственно структурная и частично функциональная схема описываемого преобразователя постоянного напряжения в знакопеременное напряжение заданной формы; на фиг, 3 жения с временным сдвигом Дг Т/2, причем у модуляторов соседних (спаренных) каналов ключевого преобразования пилообразные напряжения находятся в противофа- зе. Ключевые усилители 2.1-2.2N мощности включены по мостовым схемам. При последовательном сложении импульсных сигналов в мостовой схеме суммарное импульсное напряжение имеет частоту переключе; ний, в два раза превышающую частоту переключений отдельных каналов. В связи с этим комбинационные составляющие импульсных напряжений, параллельно подведенных к нагрузке 9, группируются в области повышенных частот, что позволяет обеспечить широкий частотный диапазон преобразования сигналов. Возможный разбаланс выходных токов мостовых схем уменьшается путем использования отрицательной обратной связи по току, реализуемой датчиками 6 1--6.N тока и дифференциальными усилителями 5.1-5 N. Этому же способствует осуществление электропитания мостовых схем от гальванически развязанных источников 4.1 - 4.N 5 ил. - временные диаграммы сигналов, поясняющие принцип многоканальной широтно- импульсной модуляции; на фиг. 4а, б показана эквивалентная схема; на фиг 5 - временные диаграммы напряжений, иллюстрирующие сложение используемых в устройстве сигналов. Устройство содержит широтно-импуль- сные модуляторы (ШИМ) 1.1-1.2N (фиг. 1, 2), ключевые усилители 2.1-2.2N мощности (КУМ) на транзисторах, дроссельные фильтры 3.1-3.2N нижних частот (ФНЧ), источнисо с о ю о Ј о

Uni U/n Un2 Urw

e

о

%

о

ег

о

ец.

о ,-ег

о

о

e

0

1

1

JU U U

и и и

П

Ґ

ии и о у

пп

Фиг.З

Л

Л,

п п , f

П П П

пппп

длл

/.

Ч

п п

и и

6

М

л п п п

Puf.5

S)

и и