Способ регулирования выходного напряжения преобразователя постоянного напряжения в переменное с амплитудно-импульсной модуляцией Советский патент 1980 года по МПК H02M7/537 

При втором принципе построения преобразователь содержит несколько однофазных инверторов с одинаковыми алгоритмами управления, но сдвинутыми по фазе в каждом инверторе относительно соседних инверторов, или с разными (но сфазИрованными по основной гармонике) алгоритмами, причем каждый инвертор нагружён на трансформатор, выходные обмотки которых соединены последовательно. Структуры преобразователей, реализующие первый принцип построения с переключением отпаек на вторичной стороне трансформатора, характе-, ризуются повышенной частотой работы согласующего трансформатора, что позволяет получить хорощие массогабаритные показатели преобразователя в целом и поэтому им отдается предпочтение. Регулирование (стабилизация) выходного напряжения преобразователей, построенных по (первому) принципу с Суммированием в узле, может быть осуществлено по способу, описанному в 2. Известный способ регулирования осуществляют путем формирования прямоугольных разнополярных импульсов и преобразъвания их в разные уровни выходного напряжения преобразователя, симметричные на первой и второй четверти периода этого напряжейия. Эти прямоугольные импульсы формируют с частотой, кратной частоте к1вантования уровней вы.кодного напряжения, и с паузой на каждом интервале квантования, равной регулировочному интервалу выходного напряжения, т. е. осуществляют 100%-ное щиротно-импульсное регулирование напряжения К недостаткам известного способа, когда паузу с нулевым потенциалом формируют -В пределах каждого интервала квантования выходного напряжения, можно отнести невысокое качество выходного напряжения преобразователя при его регулировании или стабилизации (например, при изменении напряжения питающей сети в пределах ± 15 Целью изобретения является уменьщение искажений выходного напряжения преобразователя в заданном диапазоне регулирования (стабилизации). Для достижения поставленной цели используют известный способ, который осуществляется путем формирования прямоугольных разнополярных импульсов и преобразования их в разньге уровни выходного напряжения преобразователя, симметрично расположенных относительно середины полупериода этого напряжения. Упомянутые прямоугольнь е импульсы формируют с частотой, кратной частоте квантования уровней выходного напряжения, и с паузой, равной регулировочному интервалу выходного напряжения. В отличие от известного при предлагаемом способе формирование пауз в упомянутых прямоугольных импульсах осуществляют на интервалах квантования, соответствующих меньшим уровням лишь выходного напряжения, а на остальных интервалах квантования формируют меньшие по уровню, чем основные, дополнительные импульсы, длительность которых равна длительности регулировочного интервала. Другое отличие состоит в том, что при формировании пауз в упомянутых прямоугольных импульсах, часть паузы вводят в начале, а часть - в конце интервала квантования. Кроме того, с целью упрощения реализации предлагаемого способа, паузы в упомянутых прямоугольных импульсах вводят или только в начале или только в конце интервала квантования. В зависимости от требований к глубине регулирования выходного напряжения формирование пауз в прямоугольных импульсах осуществляют не только на интервалах квантования, соответствующих наименьшим уровням выходного напряжения, но также и на интервалах квантования с уровнем, ближайшими к наименьшему уровню выходного напряжения... Такой способ регулирования позволяет уменьшить искажения выходного напряжения преобразователя за счет уменьшения числа (N) интервалов квантования, на которых формируют паузы с нулевым потенциалом, до двух, трех или более, а на остаЛьных интервалах квантования формируют перепады напряжений так, что регулировочному интервалу соответствует меньший уровень напряжения, т. е. осуществляют частичное щиротно-импульсное регулирование выходного напряжения преобразователя. На фиг. 1 показана принципиальная схема силовой части преобразователя, реализующего предлагаемый способ и блок-схема устройства для управления преобразователем; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие принцип работы преобразователя по предложенному способу при N 2; на фиг. 3 - алгоритмы управления и выходное напряжение преобразователя при N 3, сформированные по предложенному способу; на фиг. 4 - зависимость коэффициента гармойик выходного напряжения преобразователя, действующего значения U. выходного напряжения и амплитуды его первой гармоники величины регулировочного интервала для известного (4, а) и предлагаемого способа (4, б) при N 2, Преобразователь содержит однофазный мостовой инвертор 1 с ключами 2 - 5, образующими две его стойки. Инвертор I нагружен на первичную обмотку 6 согласующего трансформатора 7. Его вторичная обмотка 8 одной из своих отпаек 9 непосредственно, а другими отпайками 10 - 16 через

ключи 17 - 23 коммутатора 24 соединены с выходными выводами преобразователя.

Принцип формирования управляющих сигналов ключей однофазного инвертора и коммутатора при формировании кривых выходного напряжения по предлагаемому способу поясняется временными диаграммами на фиг. 2, 3,

где Ut...Uf - сигналы управления, подаваемые на входы ключей однофазного инвертора; - форма напряжения на первичной обмотке трансформатора; и - форма выходного напряжения преобразователя;

Ui7...U23-сигналы управления, подаваемые на управляющие входы ключей коммутатора. Исходя из требований к качеству выходного напряжения для иллюстрации, выберем число интервалов квантования на полупериоде выходного напряжения равным, например, семи (см. фиг. 2, в). Ранее, по известному способу, регулирование (стабилизация) выходного напряжения осуществлялось путем формирования прямоугольных импульсов с частотой, кратной частоте квантования уровней выходного напряжения преобразователя и с паузой на каждом интервале квантования, равной регулировочному интервалу выходного напряжения, т. е. осуществлялось 100%-ное щиротно-импульсное регулирование напряжения на каждом интервале квантования. С целью уменьшения искажений выходного напряжения в заданном диапазоне регулирования (стабилизации), на первичной обмотке 6 трансформатора 7 формируют прямоугольные импульсы Отр, (см. фиг. 2, б) с частотой, кратной частоте квантования уровней выходного напряжения U преобразователя, и паузами t (at) (см. фиг. 2, в) с нулевым потенциалом лищь на тех интервалах квантования, на которых к выходным выводам преобразователя подводят наименьший уровень выходного напряжения т. е. на интервалах IQ- t. и tg- t. На

интервалах ti--ta t.5 -ta формируют

двухступенчатые импульсы, у которых длительность нижней ступени равна длительности регулировочного интервала t, а уровни первой, второй и т. д. упомянутых нижних ступеней на первой четверти периода выходного напряжения, т. е. на интервалах ti -

tatj - t4, равны соответственно первому,

второму и т. д. его уровням, на второй же четверти периода выходного напряжения, т. е. на интервалах t4 -ts, ts -te ступенчатые импульсы формируются симметрично. Таким образом на интервалах квантования без пауз осуществляют частичное широтноимпульсное регулирование выходного напряжения.

В том случае, когда требуется больший диапазон регулирования (стабилизации) выходного напряжения преобразователя (см. фиг. 3, а, б, в, г), паузы с нулевым потенциалом формируют не только на тех интервалах квантования, на которых к выходным выводам преобразователя подводят наименьший уровень выходного напряжения, т. е. на интервалах to -ti и te -t, но и на интервалах квантования непосредственно примыкающих к ним, т. е. ti -tj.

Алгоритм формирования двухступенчатых импульсов на интервалах квантования

без пауз, т. е. на интервалах t -tst.5 -

te аналогичен рассмотренному на фиг. 2. В обоих случаях возможна реализация как симметричного широтно-импульсного регулирования выходного напряжения (для примера, рассмотренного на фиг. 2, в), когда часть регулировочного интервала вводится в начале, а часть - в конце интервала квантования, так и несимметричного регулирования, когда паузы вводят только в начале или только в конце интервала квантования (фиг. 3, в). Причем бведение несимметричного регулирования позволяет упростить реализацию предлагаемого способа.

Принцип формирования управляющих сигналов преобразователя поясняется временными диаграммами на фиг. 2.

На интервале to -ti формируют отпирающий сигнал для ключа 5, запирающий сигнал для ключа 4 и сигналы с щиротной модуляцией, подаваемые на входы ключей 2 - 3 мостового инвертора 1 и ключа 21 коммутатора 24, которые в результате этого дважды переключаются. При этом на первичной обмотке 6 трансформатора 7 формируют прямоугольный импульс напряжения UTPJ.C паузами, равными регулировочным интервалам выходного напряжения, а полярнбсть обмоток трансформатора такова, что на нагрузке формируют первый (наименьщий) уровень положительной полуволны выходного напряжения U. На интервале ti -iz формируют отпирающие сигналы для ключей 3 - 4, запирающие сигналы для ключей 2, 5 инвертора 1 и сигналы с щиротной модуляцией, подаваемые на входы ключей 19 - 20 коммутатора 24. В результате на первичной обмотке 6 трансформатора 7 формируют отрицательный импульс напряжения Urp без пауз,а квыходным выводам преобразователя поочередно подводят соседние уровни напряжения (первый уровень и второй) так, что моменты подключения меньщего уровня напряжения (моменты замыкания ключа 20 коммутатора 24) соответствуют регулировочной паузе. Принцип дальнейщего формирования управляющих сигналов на интервале t2...t7 ясен из последующего рассмотрения временных диаграмм на фиг. 2 и аналогичен уже рассмотренным ситуациям. В том случае, когда требуется больший диапазон регулирования (стабилизации) выходного напряжения преобразователя, паузы в прямоугольных импульсах, формируемых на первичной обмотке 6 трансформатора 7, вводят на трех (см. фиг. 3) и более интервалах квантования. Блок-схема (фиг. I, б) содержит однофазный мостовой инвертор 1, согласующий высокочастотный трансформатор 7, коммутатор 24, задающий генератор 25, многоканальный распределитель 26 импульсов и узел 27 управления ключами инвертора. Задающий генератор 25 предназначен для формирования последовательности импульсов, управляющей многоканальным распределителем 26 импульсов и узлом 27 управления ключами инвертора . Распределитель 26 импульсов служит для формирования сигналов управления ключевыми элементами 17- 23 коммутатора 24. Узел 27, представляющий из себя набор логических элементов, формирует упраляющие сигналы для ключей 2 - 5 инвертора 1. На фиг. 4 представлены зависимости коэффициента гармоник выходного напряжения преобразователя Kp(U), действующего значения UQ выходного напряжения и амплитуды его первой гармоники U от величины регулировочной паузы d для случая, когда она, равная регулировочному интервалу, вводится при каждом уровне выходного напряжения преобразователя (4, а.) и избирательно - по предлагаемому способу при N 2 и N 3 (4, б). Из приведенных зависимостей видно, что предлагаемый способ при N 2 позволяет осуществить регулирование напряжения на выходе преобразователя в пределах 1:1,5, а также осуществить стабилизацию напряжения в пределах ± 15% с существенно меньшими искажениями. Для получения большего диапазона регулирования выходного напряжения или меньших искажений следует брать больше значения числа N. Формула изобретения 1. Способ регулирования выходного напряжения преобразователя постоянного напряжения в переменное с амплитудно-импульсной модуляцией путем формирования прямоугольных разнополярных импульсов и преобразования их в разные по уровню основные импульсы выходного напряжения преобразователя, симметрично расположенных относительно середины полупериода этого напряжения, причем упомянутые прямоугольные импульсы формируют с частотой, кратной частоте квантования уровнен выходного напряжения, и с паузой, равной регулировочному интервалу выходного напряжения, отличающийся тем, что, с целью уменьшения искажений выходного напряжения в заданном диапазоне регулнрования, формирование пауз в упомянутых прямоугольных импульсах осуществляют на интервалах квантования, соответствующих меньшим уровням выходного напряжения, а на остальных интервалах квантования формируют меньшие по уровню, чем основные, дополнительные импульсы, длительность которых равна длительности регулировочного интервала. 2.Способ регулирования по п. 1, отличающийся тем, что часть регулировочных интервалов формируют в начале, а часть - в конце интервалов квантования. 3.Способ регулирования по п. 1, отличающийся тем, что, с целью упрощения реализации, регулировочный интервал формируют в начале интервалов квантования. 4.Способ регулирования по п. 1, отличающийся тем, что, с целью упрощения реализации, регулировочный интервал формируют в конце интервалов квантования. 5.Способ регулирования по пп. 1 - 4, отличающийся тем, что формирование пауз в прямоугольных импульсах осуществляют на интервалах квантования, соответствующих наименьшим уровням выходного напряжения. 6.Способ регулирования по пп. 1 - 5, отличающийся тем, что. с целью расширения диапазона регулирования, формирование пауз в прямоугольных импульсах осуществляют также на интервалах квантования с уровнями, ближайшими к наименьщему уровню выходного напряжения. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 280629, кл. Н 02 М 7/48, 1968. 2.Сб. Промышленная и медицинская электроника.- Преобразовательная техника. Труды XXI конференции по радиоэлектронике, посвященной Дню радио, том I. Издательство Томского университета, 1974,

г

4-Я

hhk ill

iJn

li 4% 4| -01.ТГ1 т

IIL-jUirrj

/ 7 2 11

e ,eil jz,

M

)

-oCo ;

r

I

IS

.I

720643

riUl Ug,

- w

o,s

0.6

ОЛ

(1.2

L 0

O.ZОЛ 0,60,8 1,0

KrW ,иш

W

0&

ОЛ

Q.l

Kr(t)

d

i/i

im

ot-