Преобразователь постоянного напряже-Ния B СТупЕНчАТОЕ Советский патент 1981 года по МПК H02M7/537 H02M1/12 

(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В СТУПЕНЧАТОЕ

1

Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразованию с помощью-управляемых статических ключей постоянного напряжени в ступенчатое, аппроксимирующее заданный закон изменения выходного напряжения преобразователя, например синусоидальный и может быть использовано в качестве вторичного источника питания устройств измерительной техники и автоматики, в электроприводе.

Известны преобразователи постоянного напряжения в ступенчатое, содержсццие несколько преобразовательных ячеек с .выходным трансформатором, выходы которых соединены последовательно между собой fl .

Недостаток данного преобразователя - значительные габариты и вес, обусловленные использованием выходных трансформаторов, что особенно проявляется при низкой частот выходного напряженияi

Известны также преобразователи постоянного напряжения в ступенчатое, содержащие секционированный источник постоянного напряжения, диодно-транзисторный переключатель .отводов секции источника, соединенный своими выходными клеммами с инвертором, и блок управления

Недостаток этих преобразовауелей - относительно малое число ступеней в выходном напряжении преобразователя при заданном числе секций в источнике постоянного напряжения. Увеличение числа секций нежелательно, так как это существен0но увеличивает массу и габариты преобразователя, снижает его надежность.

Наиболее близок по технической сущности к предлагаемому преобразователь, содержащий несколько источников постоянного напряжения, сое- , диненных согласно-последовательно с помощью суммирующих ключей, причем каждая секция, состоящая из источни0ка и соответствующего суммирующего ключа, шунтирована суммирующим диодом, прямо включенным для предшествующих секций, свободные клеммы крайних секций соединены с нагруз5кой через инвертор, а также блок управления ключами Гз.

Недостатком указанного преобразователя являются искажения формы выходного напряжения на нагрузках 0 с индуктивной реакцией, что ограничивает область использования преобразователя, ухудшает параметры его потребителей.

Цель изобретения - устранение искажений выходного ступенчатого напряжения преобразователя при работу на активно-индуктивную нагрузку.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователе, содержаМем согласно-последовательно соединенных -секций, каждая из которых содержит первый ключ, соединяющий входные выводы секций, используемые для подключения источников питания, с выходны 1и выводами секции, между которыми включен суммирующий диод, причем первый вывод первой секции и второй вывод последней секции образуют выходные выводы преобразователя, введено N вторых ключей, каждый из которых включен-встречнопараллельно указанному диоду.

При этом в качестве первого и второго ключа использованы транзисторы разного типа проводимости, а их базы объединяются.

На фиг. 1 изображена принципиальная -электрическая схема предлагаемого преобразователя, выполненного, например, на транзисторах; на фиг.2 диаграммы включенного состояния ключей преобразователя и напряжения на его нагрузке за половину периода аппроксимируемой синусоиды, поясняющие работу преобразователя. .Преобразователь подключен к источнику 1-3 питания, например, с напряжениями 5 В, 10 В, 20 В соответственно и содержит первые ключи4-6, которые шунтированы обратными диодами 7-9. Каждый источник с соответствующим первым ключом образует секцию, шунтированную одним из суммирующих диодов 10-12 и одним из вторых ключей 13-15. Ключи 16-19 инвертора шунтированы обратными диодами 20-23. Нагрузка 24 переменного тока включена на выходе инвертора . Нагрузку постоянного тока можно подключить к клеммам 25 и 26. Блок 27 управления определяет алгоритм включения ключей преобразователя .

Диаграммы 28-30 (фиг. 2) характеризуют замкнутое состояние первых ключей 4-6 соответственно, диаграмма 31 - включенное состояние ключей 16 и 19 инвертора, диаграммы 3234 - включенное состояние вторых ключей 13-15 соответственно, 35 аппроксимируемая синусоида и аппроксимирующее ее ступенчатое напряжение на нагрузке 24.

Преобразователь работает следующим образом.

На интервале 1 включены первый ключ 4, вторые ключи 14 и 15. Напряжение источника 1 через ключ 4,

диоды 11 и 12 и ключи 16 и 19 инвертора прикладывается к нагрузке 24. Рекуперация энергии нагрузки при этом может осуществляться по цепи: 24, 22, 15, 14, 7, 21, 24 на уровне напряжения источника 1, что исключает всплеск напряжения на нагрузке 24. На интервале 11 включены первый ключ 5 и вторые ключи 15 и 13. Напряжение источника 2 приложено в нагрузке 24 по цепи: 2, 5, 12, 16, 19, 10, 2. Рекуперация возможна при этом по цепи: 24, 22, 15, 8, 2, 13, 21, 24. На интервале 111 включены первые ключи 4 и 5 и второй ключ 15. Суммарное напряжение источников 1 и 2 приложено к нагрузке 24 по цепи: 1, 4, 2, 5, 12, 16, 24, 19, 1. Рекуперация возможна по цепи: 24, 22, 15, 8, 2, 7, 1, 21 24. На интервале IV включены первый ключ 6 и вторые ключи 14 и 13. К нагрузке 24 приложено напряжение источника 3 по цепи: 3, 6, 16, 24, 19, 10, 11, З. Рекуперация возможна по цепи: 24, 22, 9, 3, 14, 13, 21 2-4. На интервале- V включают первые ключи 4 и 6 и второй ключ 14. Суммарное напряжение источников 1 и 3 приложено к нагрузке 24 по цепи: 1, 4, 11, 3, 6, 16,.24, 19, 1. Рекуперация возможна по цепи: 24, 22 9, 3, 14, 7, 1, 21, 24. На инVT

тервале

аппроксимации включены

первые ключи 5 и 6 и второй ключ 1 К нагрузке приложено суммарное напряжение источников 2 и 3 по цепи: 2, 5, 3, 6, 16, 24, 19, 10, Цепь рекуперации при этом: 24, 22, 9, 3, 8, 2, 13, 21, 24 также включает в себя источники 2 и 3,что исключает всплеск напряжения на нагрузке. На интервале VJIf включены первые ключи 4-6, все вторые ключи заперты. К нагрузке 24 приложено суммарное напряжение источников 1-3 по цепи: 1, 4,-2, 5, 3, 6, 16, 24, 19, 1. Рекуперация возможна по цепи: 24, 22, 9, 3, 8, 2, 7, 1, 21, 24. На интервалах аппроксимации IX-Xll сочетания включенных ключей повторяются аналогично описанным на интервалах 1-Y11, но в обратном порядке, в силу симметрии аппроксимируемой синусоиды.

В следующем полупериоде инвертируется напряжение, прикладываемое к нагрузке 24 с клемм 26 и 25 уже через ключи 18 и 17, а управление ключами 4-6 и 13-15 -осуществляют аналогично описанному на участках 1-XllI. В следующий период аппроксимируемого напряжения процессы полностью повторяются.

В предлагаемом преобразователе устранены искажения ступенчатой формы его выходного напряжения на индуктивных нагрузках при любых значениях их коэффициента мощности что расширяет область использовани преобразователя, повышает качество его выходного напряжения, улучшает эксплуатационные параметры потреби телей ; Формула изобретения 1. Преобразователь постоянного напряжения в ступенчатое, содержащий N согласно-последовательно соединенных секций, каждая из которых содержит первйй ключ, соединяющий входные выводы секций, используемые для подключения источников .питания с выходными выводами секции, между которыми включен суммирующий диод, причем первый выходной вывод первой секции и второй выходной вывод последней секции образуют выходные выводы преобразователя, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения качества выходного напряжения при работе на активно-индуктивную нагрузку, введено К - вторых ключей, каждый из которых включен встречнопараллельно указанному диоду. 2. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что первый и второй ключи каждой секции выполнены на транзисторах разного типа проводимости, а базы их Объединены. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент США 3768000, кл. 321-27, 1974. 2.Авторское свидетельство СССР №608245, -кл. Н 02 М 7/48, 1977. 3.Современные задачи преобразовательной техники. Киев, 1975, вып. 4, с. 327.

28 19

J/ J/ J2 JJ

J