Преобразователь постоянного напряжения в ступенчатое переменное напряжение

 

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В СТУПЕНЧАТОЕ ПЕРЕМЕН-. НОЕ -НАПРЯЖЕНИЕ, содержащий формироват .ель однополярного N -ступенчатого напряжения, вход которого подклкг чей к входным выводам преобразователя , а выход через двухтактный инвертор соединен с выходными выводами преобразователя, и блок управления, - выполненный в виде последовательно соединенных генератора тактовых икг : пульсов, триггерного счетчика импульсов и дешифратора, о т л и ч а ю.зд и и с я тем, что, с целью упрощения и улучшения массо-габаритных показателей, указанный формирователь выполнен в виде транзисторного стабилизатора напряжения, между базой регулирующего транзистора которого и общим для формирователя и инвертора входным выводом включены цепочек , каждая из которых состоит из последовательно соединенных опор9 ного злемента и управляе1«зго ключа, связанного по цепи управления с соответствующим выходом дешифратора. Si S СО со

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

4 {51 ) Н 02 M 7/537

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3640391/24-07. (22) 08.09.83 (46) 15.01.85. Бюл.1Ф 2 (72) В.В.Петров, Ю.M.Îëåùóê и Б.В.Шишков (53) 621.314.58(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

9 930540, кл. Н 02 М 7/48, 1979.

2. Патент Франции - 2418977, кл. Н 02 M 7/48, !980.

3. Авторское свидетельство СССР

Ф 316162, кл. Н 02 M 7/52, 1970. (54)(57) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В СТУПЕНЧАТОЕ ПЕРЕМЕН-.

НОЕ НАПРЯЖЕНИЕ, содержащий формирователь однополярного К -ступенчатого напряжения, вход которого подклю чен к входным выводам преобразователя, а выход через двухтактный инвер..Я0„„1134999 Д тор соединен с выходными выводами преобразователя, и блок управления, - выполненный в виде последовательно соединенных генератора тактовых импульсов, триггерного счетчика импульсов и дешифратора, о т л и ч а ю,шийся тем, что, с целью упрощения и улучшения массо-габаритных показателей, указанный формирователь выполнен в виде транзисторного стабилизатора напряжения, между базой регулирующего транзистора которого и общим для формирователя и инвертора входным выводом включены lN -1 цепочек, калдая из которых состоит из последовательно соединенйых опор- Я ного элемента и управляемого ключа, связанного по цепи управления с соответствующим выходом дешнфратора.

4 11349

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве маломощного источника переменного напряжения.

Известен преобразователь постоян5 ного напряжения в переменное многоступенчатой формы, содержащий инвертор, обмотка трансформатора которого выполнена .с промежуточными отво» дами, управляемые ключи с двусторонней проводимостью и мост из четырех ключей (1 J.

Недостатком данного преобразователя является большое количество силовых ключевых элементов. Например, для получения четырехступенчатой формы выходного напряжения необходимо иметь десять ключей.

Известен также универсальный инвертор, содержащий один или несколь20

1ко блоков питания, каждый из которых имеет комплект из источников постоян-; ного напряжения, схему реверсирования полярности напряжения и схему управления $2), Недостатком указанного устройства является большое количество источников питания, которые при наличии, например, только одной аккумуляторной батареи можно получить введением дополнительных преобразователей напряжения.

Наиболее близким к предлагаемому является полупроводниковый преоб" разователь напряжения, содержащий формирователь постоянного напряже- 35 ния ступенчатой формы, выполненный в виде дополнительного преобразователя с тремя выходными источниками напряжения и тремя силовыми ключами и подключенный к входу с входными 40 выводами преобразователя, а по выходу через двухтактный усилитель мощности - к выходным выводам преобразователя, и блок управления, выполненный в виде последова- 45 тельно соединенных генератора тактовых импульсов, триггерного счетчика импульсов и дешифратора (3 1.

Недостатки этого устройства— сложность построения и. большие мас- 50 са и габариты, поскольку для формирования постоянного напряжения трехступенчатой формы, которое подается на вход усилителя мощности, исполь-. зовано большое количество силового оборудования — дополнительный преобразователь напряжения,с тремя выходными источниками напряжения и три силовых ключа, Неотъемлемыми компонентами преобразователя являются переключающие элементы, трансформатор, выпрямительные элемен" ы, сгг аживающие фильтры, т. е. большое количество элементов, в том числе и реактивных.

Цель изобретения — упрощение и улучшение массогабарнтных показателей устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователе постоянного напряжения в ступенчатое переменное напряжение, содержащем формирователь однополярного К.-ступенчатого напряжения, входом подключенный к входным выводам преобразователя, а выходом через двухтактный инвертор — к выходным выводам преобразователя, и блок управления, выполненный в виде последовательно соединен-. ных генератора тактовых импульсов, триггерного счетчика импульсов и дешифратора, указанный формирователь выполнен в виде транзисторного стабилизатора напряжения, между базой регулирующего транзистора которого и общим для формирователя и инвертора входным выводом включены М-1 цепочек из последовательно соединенных 1опорного элемента и управляемого ключа, связанного по цепи управления с соответствующим выходом дешифратора.

Сущность изобретения состоит в вы. полнении формирователя постоянного напряжения ступенчатой формы лишь на одном силовом элементе — регулирующем силовом транзисторе транзисторного стабилизатора напряжения, формирующем уровни постоянного напряжения ступенчатой формы посредством подключения к базе силового транзистора опорных элементов с разными уровнями напряжения. Подключение опорных элементов к базе регулирующего силового транзистора осуществляется при открывании управляющих ключей по сигналам, поступающим с маломощного бока управления, в последовательности, определяемой необходимой формой выходного ступенчатого напряжения.

На фиг,1 представлена принципиальная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 — пример выполнения принципиальной схемы блока управления на фиг.З вЂ” диаграммы напряжений, поясняющие работу устройства в целом, Устройство содержит формирователь

1 однополярного й-ступенчатого на3 11349 пряжения, выполненный в ниде транзисторного стабилизатора 2 напряжения, которьй, например, состоит из регулирующего силового транзистора 3, включенного в цепь источника пита5 ния, резистора 4, подключенного параллельно переходу коллектор — баэа регулирующего силового транзистора 3, последовательно соединенной с его базой цепочки на транзисторе 5 усилителя постоянного тока и стабилитроне 6.

Управляющий электрод транзистора 5 подключен к среднему выводу делителя 7 напряжения, подсоединенного к выходу транзисторного стабилизатора 2,.М -1 цепочек (в предлагаемом примере их три) 8, 9 и 10, каждая иэ кот рык состоит соответственно из опорных элементов 11, 12 и 13, например стабилитронов с различными напряжениями стабилизации,и управляемых ключей 14, 15 и 16, подключены параллельно между базой регулирующего силового транзистора 3 и общей шиной источника питания Е.

Двухтактный .инвертор 17 выполнен, например, на трансформаторе 18 со средней точкой и на двух силовых транзисторах 19 и 20, при этом вход транзисторного стабилизатора 2, который является входом формирователя

1 напряжения, подключен к выводам источника питания Е, а выход транзисторного стабилиз атор а 2, представляющий собой выход формирователя 1 напряжения, соединен с входом З5 инвертора 17.

Блок 21 управления состоит иэ последовательно соединенных генератора 22 тактовых импульсов, триггер ного счетчика 23 с модулем счета m, 40 равным 4(ь+11, где и — число цепочек из опорных элементов 11, 12 и 13 и управляемых ключей 14, 15 и 16 (в примере в=161, и дешифратора 24 с числом выходов и+2. 45

На фиг,2 генератор 22 выполнен по схеме релаксационного генератора на однопереходном.транзисторе 25, к эммитеру которого подключены резистор 26 и конденсатор 27, представ- 50 ляющие собой RS -цепочку, к первой базе подключен резистор 28 смещения, а к второй — последовательно соеди-. ненные резисторы 29 и 30, представляющие собой делитель напряжения. 55

Триггерный счетчик 23 выполнен на

3К--триггерах 31-34 по схеме последо- . вательного счетчика тактовых импуль99 4 сов, поступающих на счетный триггер

31 с генератора 22 через инвертор 35!

С. триггерного счетчика 23 число считанных тактовых импульсов в двоичном коде (в нашем примере в четырех разрядах) поступает в дешифратор 24, представляющий собой преобразователь двоичного кода числа тактовых импульсов в код управляющих напряжений ключей 14, 15 и 16 и управляющих напряжений силовых-транзисторов 19 и 20, Дешифратор 24 в предлагаемом примере выполнен на инверторах 36—

39 и на сборке логических элементов

И-ИЛИ 40, причем выходы (в общем слу" чае и) управляющих напряжений дешифратора 24, которые соединены с управляемыми ключами 14, 15 и 16, являются выходами 40 сборки, а выходы управляющих напряжений, которые соединены с силовыми транзисторами !

9 и 20, представляют собой инверсные друг другу выходы простейшего преобразователя кода двоичного числа в четвертом разряде, выполненого на инверторе 39.

На фиг.3 показаны0 — постоянное напряжение ступенчатой формы на выходе транзисторного стабилизатора 2;

U переменное напряжение ступенчатой формы на выходе инвертора 17 114 U14 управляющие напряжения поступающие на управляемые ключи 14, 15 и 16 с выходов дешифратора 24

U,,U — управляющие напряжения си1З 2о ловых транзисторов 19 и 20, поступающие с. выходов дешифратора 24;

U — напряжение на выходе транзис11 торного стабилизатора 2 при первом, восьмом, девятом и шестнадцатом тактовых импульсах генератора 22, считанных триггерным счетчиком 23,,U — напряжение на выходе транзистор 12 .ного стабилизатора 2 при втором, седьмом, десятом и пятнадцатом тактовых . импульсах генератора 22, считанных триггерным счетчиком 23; Ц„ — напряжение на выходе транзисторйого стабилизатора 2 при третьем,. шестом, одиннадцатом и четырнадцатом тактовых импульсах генератора 22, считанных триггерным счетчиком 23; 0 — напряжение на выходе транзисторного стабилизатора 2 при четвертом, пятом, двенадцатом и тринадцатом тактовых импульсах генератора 22, считанных .. триггерным счетчиком 23.

Устройство работает следующим об разом.

1134

Управляемые ключи 1.4, 15 и 16 и силовые транзисторы 19 и 20 управляются напряжениями, поступающими с выходов дешифратора 24 в заданной последовательности .по мере счета 5 в триггерном счетчике 23 тактовых импульсов, сформированных генерато./ ром 22 Частота vaKToaarx vxnyrracoa генератора 22 определяет период выходного напряжения предлагаемого устройства, который разделен на. В равных промежутков времени триггерным счетчиком 23. При первом тактовом импульсе (в первом промежутке времени ) открывается управляемый ключ 14 и силовой транзистор 19 (остальные находятся в непроводящем состоянии).

К базе регулирующего силового транзистора 3 подключается первая цепочка 8 со стабилитроном 11, а на выхо- !! де транзисторного стабилизатора 2 формируется напряжение (), практи14 чески равное напряжению стабилизации стабилитрона 11, При втором тактовом импульсе открывается управляемый ключ 15 и силовой транзистор

19 (остальные разомкнуты). К базе регулирующего силового транзистора 3 подключается цепочка 9 со стабилитроном 12, а на выходе транзисторного стабилизатора 2 формируется напряжение О практически равное напряжеУ нию стабилизации стабилитрона 12.

При третьем тактовом импульсе открывается управляемый ключ lб и силовой транзистор 19 (остальные разомк"

1 „3S нуты J. К базе регулирующего силового транзистора 3 подключается цепочка

10 со стабилитроном 13, а на выходе транзисторного стабилизатора 2 фор40 мируется напряжение 0„„, практически равное напряжению стабилизации стабилитрона 13. При четвертом и пятом тактовых импульсах открывается силовой транзистор 19 и на выходе

45 транзисторногo стабилизатора 2 формируется напряжение U> самой схемой этого транзисторного стабилизатора.

Шестой, седьмой и восьмой тактовые импульсы повторяют третий, второй ,и первый. В результате считывания восьми тактовых импульсов на выходе транзисторного стабилизатора 2 формируется первый полупериод постоянного ступенчатого напряжения U, которое через открытый напряжением 5

0 в течение полупериода силовой

19 тр анзи стор 9 прикладывает ся к полуобмотке трансформатора 18 инвертора !

7. В результате, н течение первых восьми тактов на выходе инвертора 17 формируется положительная полуволна ступенчатого напряжения U . Второй

17 полупериод напряжения ступенчатой формы U„ôoðìèðóåòñÿ на выходе транзисторного стабилизатора 2 аналогично описанному по счету тактовых иь пульсов с девятого по шестнадцатый.

Однако через открытый напряжением

О силовой транзистор 20 второй по, лупериод напряжения ступенчатой формы Lt„подается к другой полуобмотке трансформатора 18. В результате, в течение второй половины счета тактовых импульсов (с девятого по шестнадцатый ) на выходе усилителя мощности формируется отрицательная полуволна ступенчатого налряжения 0„

Эффективность изобретения состоит в возможности получения большого числа уровней напряжения, аппроксимируемого синусоидой, только за счет одного силового ключа (регулирующего силовогo транзистора) формирователя однополярного напряжения ступенчатой формы, увеличения числа цепочек из последовательно соединенных опорного элемента и управляемого ключа и изменения известным образом маломощного узла управления, а именно путем увеличения модуля счета триг-, герного счетчика и построения соответствующего дешифратора. Такое построение предлагаемого устройства при достижении одинакового с прототипом качества выходного напряжения при п--3 и возможности получения максимально необходимого числа уровней выходного ступенчатого напряжения, аппроксимйруемого синусоидой, позволяет его упростить и улучшить массогабаритные характеристики за счет сокращения силовых ключей до одного и исключения дополнительного преобразователя, содержащего ряд реактивных элементов (индуктивностей, конденсаторов).Исключение реактивных элементов дает возможность микроминиатюризации, например построения специализированной микросхемы для управления выносным трансформатором.

1134999 г err и и

Гй

1

l !

1 !

1д

11 IE

+14 15

5 6 Ъ

+80

Фиг. У

ВНИИПК Заказ 10099/44 Т аз 64 . Подписное.ли А. àà щщ Ha, r.умгород, ул.Проектная, 4