Стабилизированный инвертор со ступенчатым выходным напряжением Советский патент 1980 года по МПК H02M1/12 H02M7/537 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам питания ап паратуры переменным и постоянным током и может быть использовано при разработке вторичных источников питания. Известен инвертор со стабилизированным выходным напряжением ступенчатой синусоидальной формы, получаемым за счет электрического суммирования выходных напряжений ряда инверторных ячеек, имеющих фазореверсирующие блоки управления, содержащие задающий генератор эталонного напряжения и схему сравнения выпрямленньк напряжений каждой ячейки с эталонньш напряжением задающего гене ратора l. Недостаток устрйства - большое количество связей между выходом и входом каждой 5тчейки, что приводит к усложнению системы управления. Известны инверторы со ступенчатой аппроксимирующей синусоиду формой выходного напряжения, содержащ.ие несколько инверторных ячеек, выходы которых суммируются, а управление которьпу1и осуществляется с помощью нескольких компараторов, имеющих различный уровень срабатывания 2, Гз. Однако при отказе какой-либо 5гчейки происходит пропуск работы соответствующего компаратора, и форма кривой выходного напряжения существенно искажается т.е. нормальная работоспособность инвертора нарушается. Цель изобретения - повышение надежности путем ввода в работу резервных ячеек без искажения формы выходного напряжения. Эта цель достигается тем, что в стабилизированном инверторе со ступенчатым выходным напряжением заданной формы, содержащем N основных и резервньк ин- верторных ячеек, соединенных по входу пара/1лельно, а по выходу - последовательно, и подключенньрс по цепи управления к соответствующему выходу коммутатора, имею.щего N объединенных по входу компараторов с различными уровнями срабатывания, и сравнивающий усилитель, одшг вход которого соединен с генератором эталонного напряжения заданной формы, а другой вход подключении выходу инвертора, введены р.елейный пороговьй элемент и интегрирующий конденсатор. Релейный пороговый элемент включен между выходом сравнивающего усилителя и входом компараторов, а параллельно этому входу включен интегрирующий конденсатор. На фиг. 1 показана структурная схема стабилизированного инвертора; на фиг.2.характеристика напряжения релейного порогового элемента; на фиг.З - схема релейного порогового элемента; на фиг.4 диаграммы напряжений. Инвертор содержит ряд инверторных ячеек 1 с выходными трансформаторами ,входы которых подключены к общему источнику питания с напряжением U , d выходы соединены последовательно и подключены к выходным выводам инвертора, на которьк формируется ступенчатое напряжение U| заданной, например синусоидальной формы. Ячейки управляются от коммутатора 3, содержащего ряд (по числу ячеек) компараторов 4, имеющих разные уровни срабатьшания. Входы компараторов объединены. С выходными вьшодами инвертора соединен один вход сравнивающего усилителя 5, другой вход которого соединен с гене тором 6 эталонного напряжения заданной формы, а выход соединен со входом компараторов 4 через релейный пороговьй элемент 7. Параллельно объединенному входу компараторов 4 включен интегрирующий конденсатор 8. Работа инвертора протекает следующим образом. Пусть в начальный момент времени .Ьо (фиг.4а) увеличивается напряжение U(j полуволны синусоиды генератора ©, а выходное напря сение UH преобразователя равно нулю. Тогда на входе релейного элемента .7 со временем нарастает напряжение рассогласования напряжение на выходе усилителя 5, В мо мент времени t напряжение достигает порогового значения для релейно го элемента 7, имеющего характеристику изображенную на фиг. 2. Релейный элемен срабатъшает и на его выходе появляется положительное напряжение, которое обеспечивает интенсивный заряд конденсатора 8. Увеличение напряжения на ксжденсаторе приводит к тому, что через некоторъй промежуток времени (единицы микросе кунд) срабатьшает компаратор 4 коммутатора 3, обеспечивая включение первой инверторной ячейки 1. На выходе ячейки появляется напряжение, формирующее первую ступень выходного напряжения. Так начинается процесс формирования возрастающего фронта полуволны выходного напряжения- |jj, . Включение первой гчейки приводит к тому, что напряжение рассогласования U,- скачкообразно умень5шается (фиг.4а), а релейный элемент 7 возвращается в нейтральное состояние (фиг.2), при этом на конденсаторе 8 запоминается напряжение, соответствующее уровню срабатьшания коммутатора 3 по первому выходу. Дальнейший рост опорного напряжения и ( приводит к увеличению напряжения рассогласования 1/5 и HOBOK-iy срабатыванто реле 7. Напряжение на конденсаторе 8 увеличивается до второго уровня срабатъшания коммутатора 3, при этом с последнего поступает сигнал на включение второй ячейки. Подключается в рабо-г ту вторая инверторная ячейка 1, увеличивается выходное напряжение (J , уменьщается () и переходит в нейтральное состояние релейный элемент 7. На конденсаторе 8 запоминается напряжение, соот- . ветствующее уровню срабатывания коммутатора 3 по первым двум выходам. Таким образом формируется возрастающий фронт полуволны выходного напряжения. В момент времени t (фЕЯ.2) напряжение UH становится равным опорному напряжению Ufa . поэтому реле 7 срабаты- вает в обратную сторону (фиг.2). Начинается быстрое уменьшение напряжения на конденсаторе 8 вплоть до момента рт лючения лищней ячейки, что обеспечивается срабатьшанием коммутатора 3. Реле 7 переходит в нейтральное состояние, и далее процесс повторяется. Процесс формирования второй полуволны синусоиды аналогичен. При изменении напряжения питания U изменяется только величина напряжения добавки одной ячейк и, лог:ика же работы преобразователя остается прежней. Устройство управления всегда переключает столько ячеек, чтобы как можно ближе приблизить велич шу и форму выходного напряжения к опорному. Для нормальной работы напряжение добавки одной ячейки даже при максимальном Питающем напряжении меньще порогового напряжения U;,pp релейного элемента 7. Инвертор при отказе одной или нескольких ячеек работает следующим образом. 579 Пусть, например, в процессе формирова ния нарастающего фронта синусоиды отказывает одна из включенньк ранее ячеек 1. При этом выходное напряжение уменьшается, а напряжение рассогласования Ur с выхода усилителя 5 превьЕиает пороговую величину напряжения Опор релейного элемента 7, который срабатьшает в результате чего на интегрирующий конденсатор в подается положительное напряжение.Конденсатор 8 начинает заряжаться с постоян ной времени цепи заряда, напряжение U на нем возрастает (фиг.46). Если отказ ячейки происходит в момент времени 4f то через интервал времени д.: напряжегие на конденсаторе 8 увеличивается настолько, что достигает уровня срабатьтання очередного компаратора коммутатора 3. Появление сигнала на выходе этого компаратора приводит к включению следующей ячейки 1, а, следовательно, к увеличеншо напряжения Уц на выходе инвертора. Увеличение выходного напряжения вьюьшает уменьшение напряжения рассогласования U до величины, меньшей порогового значе- НИН релейного элемента 7. Последний переходит в нейтральное состояние, при котором ни заряд, ни разряд интегригрующего конденсатора 8 невозможны. А это обеспе чивает постоянное число включенных ячеек (включая ячейку, заменившую неисправную вплоть до момента времени,; когда напряж ние на выходе инвертора вновь не отличается от опорного напряжения U на величи йу большую,чем,. UjiQD. Происходит новое срабатьтание реле 7, вновь изменяется напряжение на конденсаторе 8 и вновь подключается или отключается ячейка с тем, чтобы всегда вьтолнялось равенство напряжений UH JfaТак как постоянная,заряда Дразряда интегрирующего конденсатора в предлагаемой схеме очень мала (порядка нескольких микросекунд), то и замена неис3правной ячейки на исправную осуществляется практически мгновенно без ухудшения формы и величины выходного напряжения. Этим предлагаемый инвертор отличается от известного. .Таким образом, предлагаемый инвертор более надежен по сравнению с известным. Формула изобретения Стабилнзированньй инвертор со ступенчатым выходным напряжением заданной |)ормы, содержащий N основных и резервных ннверторных ячеек, соединенных по входу параллельно, а по выходу - после- довательно, и подключенных по цепи управления к соответствующему выходу коммутатора, имеющего N обьединегшых по 1зходу компараторов с различными уровнями срабатьтания, н сравнивающий усилитель, одвд вход которого соединен с генератором эталонного напря кения заданной формы, а другой вход подключен к выходу инвертора, отличающийся тем, что, с целью повыщения надежности путем ввода в работу резервных 51чеек без искажения формы выходного напряжения, выход сравнивающего усилителя соед1шен через введенный релейный пороговый элемент со входом указанных компараторов, параллельно которому включен интегрирую щий конденсатор. Источники инфсч мации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 5051О4, кл. Н О2 М 7/48, 1971. 2.Патент США № 38200ООЗ, кл. 321-5, 1975. 3.Методы повышения эффективности транзисторных преобразовательных схем. Куйбышев, 1976, с. 49.

U

Uf

Фиг.2

a

Фаг.)