Инвертор с n ступенчатым аппроксимирующим синусоиду выходным напряжением

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

О9> (Ilk

Зев Н 02 М 7/537

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

:&, "Ф1& & & & МФ&& & (21) 3434237/24-07 (22) 07.05.82 (46) 23.08.83. Бюп. ¹ 31 (72) Б. С. Александрович (53) 621.314&58 (088.8) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ к двторсноьаг СВиДЕтельСтву (56) 1. Патент США № 3768000, кл. 321-27, 1973., 2 . Авторское свидетельство СССР № 250729, кл. Н 02 М 7/537, 1969, 3. Авторское свидетельство СССР № 971867, кл. Н 02 М 7/587, 1977. (54)(57) 1. HHBEPTOP С И -СТУПЕНЧАТЫМ, АППРОКСИМИРУЮЩИМ СИНУСОИДУ ВЫХОДНЫМ НАПРЯЖЕНИЕМ, содержащий 8-1 цепочек, состоящих из последовательно соединенных зарядного ключа, конденсатора и зарядного диода, мост основных ключей, входная диагональ которого включена параллельно конденсатору и зарядному ключу первой цепочки, а выходная диагональ соединена с выходными выводами инвертора, N -1 дополнительных ключей, задакеций генераrop, формирователь импульсов и распредели- тель импульсов, причем первый конец всех цепочек, с которым соединен зарядный ключ, подключен к первому входному выводу инвертора, а точка соединения:;конденсатора с зарядным ключом каждой цепочки подключена через дополнительный ключ к второму входному выводу, к которому подключен также второй конец последней цепочки, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД и надежности, второй конец каждой данной цепочки, кроме последней, подключен к точке соединения конденсатора с зарядным диодом в последующей цепочке, а зарядные ключи всех цепочек, кроме последней,. вы- полнены с двухполярной блокировкой напря-.@ жения в запертом состоянии.

2. Инвертор по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что зарядные ключи С„ всех цепочек, кроме последней, выполнены в виде согласно-последовательно соединенных транзистора и диода, а все ос.тальные ключи ийвертора — в виде транзисторов.

1 1037

Изобретение относится к электротехнике и может использоваться в системах электропитания устройств автоматики и радиоэлектроники при преобразовании постоянного напряжения в ступенчатое переменное, близкое по форме к синусоидальнам у.

Известны инверторы с аппроксимацией синусоид6льной формы напряжения пере-менным Й -ступенчатым напряжением. 10

Такие преобразователи выполняются, например, на нескольких транзисторных преобразовательных ячейках с последующим суммированием выходного ступенчатого напряжения с помощью трансформаторов 5Q.

Недостатком таких преобразователей является наличие громоздких трансформаторов при относительно низких частотах выходного напряжения.

Известны типы инверторы со ступенчатым переменным выходным напряжением, которые реализуются путем переключения нескольких источников питания или одного источника с несколькими выходными напряж ениями 1 2) .

Недостатком известных преобразовате.лей является необходимость получения сложного источника питания с несколькими выходными или ряда. самостоятельных источников питания, включаемых каскадно,30 либо автономно, но с различными выход. ными напряжениями. Это приводит к увеличению габаритов устройства, снижению его надежности.

Наиболее .близким по технической cymности к предлагаемому является инвертор, . в котором создание ступенчатого перемен, ного выходного напряжения достигается тем, что в цепь питания моста основных ключей, включены дополнительные ключи, 4О диоды и накопительные конденсаторы, образукацие умножитель напряжения с переключаемым коэффициентом умножения Э).

Этот инвертор содержит Я-1 цепочек (где H-число ступеней в полупериоде 4> выходного напряжения), состоящих из последовательно соединенных зарядного ключа, конденсатора и зарядного диода, мост основнЫх ключей, входная диагональ которого включена параллельно конденсатору и зарядному ключу первой цепочки, а выходная диагональ соединена с выходными выводами инвертора, Й-1 дополнительньа ключей, К-2 перемыкающих ключей, задающий генератор, формирователь импуль сов и распределитель импульсов, причем все цепочки включены между входными выводами инвертора, каждый дополнительный ключ параллельно конденсатору и заЗЭ5 2 рядпому диоду. данной цепочки, а перемыкакхций кл&ч включен между точкой соединения конденсатора с зарядным ключом данной цепочки и точкой соединения зарядного диода с конденсатором последую щей цепочки.

Недостаток данного инвенртора состоит в наличи перемыкающих ключей, потери мощности в которых снижают КПД, а необходимость организации дополнительных каналов управления этими ключами усложняет устройство и снижает его надеж ность, 11ель изобретения - повышение КПД и надежности.

Эта цель достигается тем что в инверторе с М ступенчатым, аппроксимирующим синусоиду выходным напряжением, содержащем Я-1 цепочек, состоящих из последовательно соединенных зарядного ключа, ионденсатора и зарядного диода, мост основных ключей, входная диагональ которого включена параллельно конденсатору и зарядному ключу первой цепочки, а выходная диагональ соединена с выходными выводами инвертора, М-1 дополнительных ключей, задающий генератор, формирователь импульсов и распределитель импульсов, причем первый конец всех цепочек, с которым соединен зарядный ключ, подключен к первому входному выводу инвертора, а точка соединения конденсатора ,с зарядным ключом цепочки подключена через дополнительный ключ ко второму входному выводу инвенртора,. к которому подключен также второй конец последней цепочки, второй конец каждой данной цепочки, кроме последней, подключен к точке соединения конденсатора и зарядного диода в последующей цепочке, а зарядные ключи всех цепочек, кроме последней, выполнены с двухполярной блокировкой напряжения в запертом состоянии.

При использовании в качестве ключей транзисторов зарядные ключи всех цепочек, кроме последней выполнены в виде согласно последовательно соединенных транзистора и диода.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема инвертора; на фиг. 2 - диаграмма напряжения.

Инвертор (фиг. 1) содержит мост основных ключей 1 — 4, выход которого соединен с выходными выводами wsepropa, дополнительные ключи 5 - 7, зарядные ключи 8 - 10, каждый из которых

;соединен последовательно с конденсатором

10373

11 - 13 и зарядным диодом 14 - 16.

Блокирующие диоды 17 и 18 включены ° последовательно с ключами 9 и 10. Клю-. чи управляются распределителем 19 импульсов, формирователем 20 импульсов, 5 и задающим генератором 21.

На фиг. 2 приведены диаграммы выходного напряжения Q> управляюших напряжений 0» ... Ц,, подаваемых на входы соответственных ключей 1....10 и напря- 10 жение U<,.эадаюшего генератора.

Рассмотрим процесс формирования вы.ходного напряжения преобразователя для случая И = 4 (фиг. 1), воспользовавшись диаграммами напряжений, приведенных на фиг. 2, в установившемся режиме, когда на накопительных конденсаторах ус тановится определенное малоизменякл шееся эа период напряжение.

Приняв величину питающего напряжения равной Е, определяем напряжения на накопительных конденсаторах. Напряжение заряда накопительного конденсатора 11 последней цепочки приближенно равном Е, 25

Напряжение заряда. накопительного конденсатора 12 близко к величине 2Е, поскольку его заряд происходит при одновременном включении ключей 5 и 9 от суммы напряжений источника питания З0 и накопительного конденсатора 11. Напряжение заряда накопительного конденсатора 13 приближенно равно 3Е, так как его заряд осуществляется от последовательно включенных конденсатора 12 и ис- З точника питания при одновременном включении ключей 6 и 10.

Пусть в начальный момент времени Ь = Ьо (фиг. 2} ключи 1 - 4 основного моста закрыты и на выходе форми- 40 руется нулевая ступенька выходного напряжения.

В момент = Ь4 включаются ключи

1,4,8 и на нагрузке формируется первая ступенька напряжения, равная Е . Одновре-45 менно подзаряжается конденсатор 1 l от источника питания через зарядный диод

14 и зарядный ключ 8. Остальные ключи находятся в закрытом состоянии.

В момент -.=4 ключ 8 закрывается, а ключи 5 и 9 открываются. При этом формируется вторая ступенька выходного напряжения, величиной примерно равной 2Е по цепи: плкс источника питания, ключ 5, конденсатор 11, диоды 15 и 16, ключ 1, нагрузка, ключ 4, минус источ-.

95 ф ника питания. Одновременно подзаряжает- ся конденсатор 12.

В момент =4 ключи 5 и 9 закрываются, а ключи 6, 8 и 10 открываются.

В этом интервале формируется третья ступенька выходного напряжения, примерно равная 3Е по цепй: плкс источника питания, ключ 6, конденсатор .12, диод

16, ключ 1, нагрузка, ключ 4, минус ° источника питания. Одновременно п одзаряжается конденсатор 1 3 по цепи: плюс источника питания, ключ 6, конденсатор 12, диод 16, конденсатор 13, блокирующий диод 18, ключ 10, минус источника питания и под заряжается конденсатор 11 по цепи; плкс источника питания, диод 14, конденсатор 11, ключ 8, минус источника питания.

В момент =, . ключи 6, 8 и 10 зак рываются, а ключи 5, 7 и 9 открываются. При этом формируется четвертая ступенька выходного напряжения, примерно равны 4Е по цепи: плкс источника питания, ключ 7, конденсатор 13, ключ 1, нагрузка, ключ 4, минус источника питания. Одновременно подзаряжается конденса. тор 12 по цепи: плкс источника питания, ключ 5, конденсатор 11, диод 15, конденсатор 12, блокирующий диод 17, ключ

9, минус источника питания.

В момент.Е= ключи 5, 7 и 9 закрываются, а ключи 6 и 8 открываются. B этом интервале на п нает формироваться ступенька ниспадающего участка положительной полуволны выходного напряжения.

Дальнейший процесс формирования ступеычатого выходного напряжения происходит аналогично и прислеживается с учетом диаграмм управляющих напряжений (фиг. 2).

Отрицательная полуволна выходного напряжения образуется таким же путем, но при открытых ключах 2 и 3, и закрытых ключах 1 и 4 основного моста.

Благодаря введению новых связей.и использованию новых элементов — блокирующих диодов, предлагаемый преобразователь положительно отличается от известного. Так, например, при формировании четырехступенчатой кривой выходного напряжения по предлагаемому изобретению суммарное количество силовых транзисторов уменьшено по сравнению с известным устройством 12 шт. на 10 шт., а силовых диодов с 10 шт. до 9 шт. Потери мощности снизились примерно на 4%.

1037395

1037395

ИВ

,6 z О4Й 9 x

Составитель В; Моин

Редактор П. Коссей Техред А, Ач

Корректор .Л. Бокшан

Тираж 687, Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР ло делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 6025/57

Филиал ППП Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4