Устройство для управления однофазным мостовым инвертором Советский патент 1980 года по МПК H02P13/18 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве устройства для управления однофазными инверторами, при применении последних как в качестве самостоятельных источников питания однофазным напряжением, так и в качестве составных узлов многофазных преобразователей. Известен однофазный инвертор, устройство управления которым позволяет осуществлять широтно-импульсную модуляцию (ШИМ) ВЫХОДНОГО напряжения. Качество получаемого при этом выходного напряжения не высоко 1.. Наиболее близким решением по технической сущности к изобретению является устройство для управления однофазным мостовым инвертором, при помощи которого осуществляется формирование выходного напряжения инвертора в виде сигнала с широтно-импульсной модуляцией i. Устройство содержит логический блок, выполненный в интегральном исполнении, два распределителя импульсов и задающий генератор. Одни входы логического блока связаны с задающим генератором через один распределитель импульсов, а другие - через последовательно соединенные второй распределитель импульсов и делитель частоты, который в случае может иметь как целый, так и дробный коэффициент деления. Через усилительно-развязывающее устройство выходы логического блока связаны с управляющими входами силовых ключей инвертора. На выходе инвертора при этом имеет место напряжение с однополярной щиротноимпульсной модуляцией. Ключи одной из стоек данного инвертора работают на выходной частоте, а ключи другой стойки осуществляют переключения на более высокой частоте. Недостатком известного устройства является то, что такой принцип работы обуславливает неравномерную загрузку ключевых элементов инвертора, требует специальной, дифференцированной проработки конструктивных элементов (например, радиаторов охлаждения полупроводниковых ключей) и усложняет производство. Кроме того, микросхемное выполнение логической части устройства управления требует осуществлеия гальванической развязки и согласоваия уровней логических сигналов с оконечым каскадом усиления сигналов для управения силовыми ключами инвертора. При ТОМ развязка должна осуществляться на изкой выходной частоте, что при обычном s рансформаторном варианте выполнения приводит к увеличению массы и габаритов согласуйще-развязывающих трансформаоров, а следовательно, и всего устройства в целом. Необходимость в активном запирании силовых ключей инвертора требует вне- дения в устройство соответствующего узла смещения, что также усложняет инвертор и ухудщает его массогабаритные и энергетические показатели.

Целью изобретения являются повышение КПД и упрощение устройства.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для управления однофазным мостовым инвертором, содержащее логический блок, одни входы которого связаны 20 с задающим генератором через распределитель импульсов, а другие входы - через последовательно соединенные второй распределитель импульсов и делитель частоты, распределители импульсов выполнены двух- jj канальными по пересчетной схеме, логический блок содержит два однофазных инвертора, каждый из которых нагружен на первичную обмотку одного из двух трансформаторов и управляющими входами.ключей соединен с соответствующими выходами од- 30 ного из двух каналов первого распределителя импульсов и четное число модуляторов в виде однофазных инверторов на полностью управляемых ключах с двусторонней проводимостью, причем силовой вход каждого модулятора подключен к выходной обмотке одного из упомянутых трансформаторов, управляющие входы ключей модуляторов подключены к выходным обмоткам одного и того же трансформатора и соединены с соответствующими выходами 40 одного из каналов второго распределителя импульсов, а выходы модуляторов являются выходами устройства. При этом функции логического блока расщиряются и сочетают в себе не только основную - информационную, но также и функции гальвани-

ческой развязки, согласования и усиления управляю1цих сигналов. При этом гальваническая развязка производится не на низкой выходной частоте, а на промежуточной, которая примерно на порядок выще выход- jo ной, что значительно уменьшает массу и г бариту развязывающих трансформаторов. Кроме того, так как сигнал на выходе устройства имеет двухпрлярную форму, отпадает необходимость в специальном узле смещения, необходимом для активного запира- ния транзисторов мостового инвертора.

Как указывалось выше, коэффициент деления делителя частоты может принимать

любое значение, в том числе и дробное в зависимости от требований, предъявляемых к качеству выходного напряжения (тока) однофазного инвертора. Поэтому для упрощения его реализации, задающий генератор может выполняться совмещенным с другим делителем частоты, а результирующий коэффициент деления окажется равным отношению выходных частот двух делителей.

На фиг. 1 - принципиальная схема однофазного инвертора, выполненного на транзисторах одного типа проводимости (а) и на комплементарных парах транзисторов (б); на фиг. 2 - принципиальная схема устройства для управления однофазным инвертором; на фиг. 3 - временные диаграммы, поясняющие принцип работы устройства.

Устройство для управления однофазным инвертором (фиг. 2) содержит задающий генератор 1, который может быть выполнен в виде совмещенных генератора 2 импульсов и делителя 3 частоты, делителя 4 частоты, распределителей 5-6 импульсов и логического блока 7. Распределит.ели импульсов 5-6 выполнены однотипными, двухканальными, по пересчетной схеме, например, на триггерах I-К типа. Тактовые выходы одного из распределителей связаны с задающим генератором 1, а второго - с делителем 4 частоты. Логический блок 7 содержит одно фазные инверторы 8-9, выходы которых нагружены на первичные обмотки высокочастотных трансформаторов 10-11. Вторичные обмотки этих трансформаторов подключены к входам четного числа (в данном случае четырех) модуляторов 12-15. Модуляторы 12-15 выполнены на полностью управляемых ключах 16-23 с двусторонней проводимостью. Управляющие входы ключей однофазных инверторов 8-9 связаны с выходами 24-27 одного распределителя 5 импульсов, а управляющие входы ключей 16-23 модуляторов связаны с выходами 28-31 второго распределителя 6 импульсов. Выходы модуляторов 32-33 и 34-35 подключены к управляющим входам ключей стоек мостового однофазного инвертора 36, 37 и 38, 39 соответственно (см. аб, вг, на фиг. 1,а). ,

В том случае, когда ключи стоек однофазного мостового инвертора выполнены на комплементарных парах транзисторов (фиг. 1,6) устройство для управления однофазным инвертором содержит только два модулятора (например, 12 и 14), выходы 32 и 34 которых подключены к управляющим входам 40, 41 (см. фиг. 1,6) пар комплементарных транзисторов, образующих стойки.

Принцип формирования выходных сигналов устройства и напряжения однофазного мостового инвертора поясняется временными диаграммами на фиг. 3,тде показаны: и 2- сигнал управления генератора 2 импульсов;Ua-сигнал с выхода делителя 3 частоты;и 4-сигнал с выхода делителя 4 частоты;и 14, Иге-сигналы с выходов 24, 26 p tпределителя 5 импульсов,период частоты которых равен Т1; и 28 И 30 - сигналы с выходов 28-30 распределителя 6 импульсов, период частоты которых равен Тм; и 32, и 35 - форма управляющих сигналов с выходов 32-35 модуляторов 12-15 UH - форма фазного напряжения инверторов по фиг. 1, период частоты которого равен Т 2. Устройство работает следующим образом. Задающий генератор 2 формирует последовательность синхронизирующих импульсов, подаваемых на входы двух делителей частоты (например, на четыре делитель 3 частоты и на пять делитель частоты 4, см , фиг. 3). Импульсы с выходов делителей поступают на тактовые входы двух распределителей импульсов 5 и 6, на выходах каждого из которых формируют последовательности прямоугольных импульсов разной частоты, сдвинутых на угол -j-, 24-31. Прямоугольные импульсы частоты f i с выходов 2427 подают на управляющие входы ключей однофазных инверторов 8 и 9, а импульсы частоты f/H выходов 28-31 - на управляющие оды ключей модуляторов 16-23. При этом положительному импульсу на осциллограммах и 24-Uao (фиг. 3) соответствует открытое состояние ключа, а нулевому потенциалу - закрытое. На выходе модуляторов получают сигнал с двухполярной ШИМ 32-35, которые непосредственно подают на управляющие входы ключей однофазного мостового инвертора. Выходное напряжение инвертора имеет вид сигнала с однополярной ШИМ (см. U ц на фиг. 3). Частота основной гармоники выходного напряжения инвертора равна разности частот ,(или ,-1/Тм). В зависимости от требований к качеству выходного напряжения (тока) отношение частот f i/fftvвыбирается тем ближе к единице, чем выше эти требования. Для обеспечения регули1)ования выходной частоты однофазного инвертора задающий генератор 1 должен быть выполнен управляемым, по частоте. Магнитно-транзисторное выполнение логического блока позволяет осуществить операции управления, развязки, усиления и согласования уровней сигналов управления в одном узле одновременно с выполнением логических операций.. При этом отпадает необходимость в усилительно-развязывающем узле смещения, что упрощает устройство. Наличие в модуляторах 12-15 полностью управляемых ключей 16-23 с двусторонней проводимостью, выполненных, например, в виде диодно-транзисторных сборок, требует гальванической развязки сигналов с выхода распределителя 6 импульсов, что в случае интегрального выполнения триггеров рас-, пределителя требует наличия усилительноразвязывающего узла между распределителем 6 и ключами 16-23 модуляторов. Одйако в этом случае развязка осуществляется на микроуровне сигналов управления элементов логического блока 13 на высокой частоте модуляции, период которой равен Тм и в несколько раз (примерно на порядок) меньше периода выходной частоты инвертора Т 2, что вызывает существенное уменьшение габаритов и веса усилительно-развязывающего узла. Например, при выходной частоте порядка 400 Гц и частоте модуляции порядка 2000 Гц масса трансформатора уменьшается почти втрое (при использовании пермаллоевых сердечников), а общая масса устройства уменьшается на 20-30%. При более низких значениях выходной частоты этот эффект будет проявляться в еще большей степени. Устройство для управления однофазными мостовыми инверторами может применяться в тех случаях, когда требуется преобразование постоянного напряжения в переменное, однофазное, улучшенной по сравнению с прямоугольной формой. Однофазный инвертор может быть использован как самостоятельный источник питания, а также как составной узел многофазных преобразователей. Формула изобретения Устройство для управления однофазным мостовым инвертором, содержащее логический блок, одни входы которого связаны с задающим генератором через первый распределитель импульсов, а другие входы- через последовательно соединенные второй распределитель импульсов и делитель частоты, отличающееся тем, что, с целью повышения КПД и упрощения, распределители импульсов выполнены двухканальными по пересчетной схеме, логический блок содержит два однофазных инвертора, каждый из которых нагружен на первичную обмотку одного из двух трансформаторов и управляющими входами соединен с соответствующими выходами одного из каналов первого распределителя импульсов, а также четное число модуляторов в виде однофазных инверторов на полностью управляемых ключах с двусторонней проводимостью, причем силовой вход каждого модулятора подключен к выходной обмотке одного из упомянутых трансформаторов, а управляющие входы ключей модуляторов подключены к выходным обмоткам одного

720663

и того же трансформатора и соединены с соответствующими выходами одного из каналов второго распределителя импульсов, а выходы модуляторов являются выходами устройства.

frt

0

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Патент Франции № 1553476, кл.Н 02 М, 1961.

2.Патент США №3958171, 321/9А, 1976.

+ f« 0

ЖП

гК 1

f

/ V

iF

зн II на.

. 2.

720663