Способ управления преобразователем постоянного напряжения в переменное @ -ступенчатое и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к управлению преобразователем постоянного напряжения в п-ступенчатое переменное с ограниченной степенью резервирования. Цель изобретения - повышение надежности работы преобразователя . Преобразователь содержит п амплитудно-импульсных модулятора (АИМ), нагруженных на первичные обмотки суммирующего трансформатора, вторичные обмотки которого образуют выходную цепь. Способ состоит в формировании п последовательностей импульсов управления (ПИУ) для АИМ и подаче Пг-й ПИУ на управляющие входы каждого из п АИМ последовательно во времени с шагом Т и периодом пТ, причем Прю и nj-ю ПИУ подают со сдвигом во времени, равным (j-i) Т. ПИУ формируют в виде пачек импульсов высокой частоты. Устройство управления содержит последовательно соединенные задающий генератор , Делитель частоты, блоки фазового сдвига и формирования длительности, а также дополнительно введенные счетчик, инвертор , п преобразователей параллельного кода в последовательный и п распределителей импульсов на элементах 2И-НЕ. .Цель достигается путем усреднения коэффициента загрузки и числа циклов включено-выключено на периоде кривой выходного напряжения. 2 с , и 1 з.п. ф-лы, 6 ил. i (Л ю со со оо

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (5ц 4 Н 02 М 7/48 (>

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ.ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3710768/24-07 (22) 11.03.84 (46) 07.05.86. Бюл. № 17 (71) Институт электродинамики АН УССР (72) В. E. Тонкаль, А. В. Новосельцев, Ю. И. Дыхненко и М. Г. Стрелков (53) 621.316.727 (088.8) (56) Голубев П. В. и др. Проектирование статических преобразователей. — М.:

Энергия, 1974, с. 10 — 14, 11 — 30.

Руденко В. С., Сенько В. И.,Чиженко И. М.

Преобразовательная техника. — Киев: Выща школа, 1978, с. 393 — 409, 395. (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПЕРЕМЕННОЕ и-СТУПЕНЧАТОЕ

И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к управлению преобразователем постоянного напряжения в и-ступенчатое переменное с ограниченной степенью резервирования. Цель изобретения— повышение надежности работы преобразователя. Преобразователь содержит п амплитуд„„Я0„„1229930 д 1 но-импульсных модулятора (АИМ), нагруженных на первичные обмотки суммирующего трансформатора, вторичные обмотки которого образуют выходную цепь. Способ состоит в формировании п последовательностей импульсов управления (ПИУ) для АИМ и подаче и;-й ПИУ на управляющие входы каждого из и АИМ последовательно во времени с шагом Т и периодом пТ, причем n þ и nю ПИУ подают со сдвигом во времени, равным (j — i) Т. ПИУ формируют в виде пачек импульсов высокой частоты. Устройство управления содержит последовательно соединенные задающий генератор, делитель частоты, блоки фазового сдвига и формирования длительности, а также дополнительно введенные счетчик, инвертор, п преобразователей параллельного кода в последовательный и и распределителей импульсов на элементах 2И вЂ” НЕ. Цель достигается путем усреднения коэффициента загрузки и числа циклов включено-выключено на периоде кривой выходного напряжения.

2 с . и 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

1229930

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в регулируемых системах вторичного электропитания, где невозможно резервирование или степень его применения ограничена.

Цель изобретения — повышение надеж5 ности работы преобразователя.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства управления преобразователем, реализующая предложенный способ управления без промежуточного высокочастотного преобразования; на фиг. 2 — временные диаграммы работы устройства по предлагаемому способу; на фиг. 3 — блок-схема второго варианта устройства управления преобразователем с промежуточным звеном повышенной частоты; на фиг. 4 — временные диаграммы работы этого устройства; на фиг. 5 а, б, — схема формирования длительности и счетчик; на фиг. 6 а, б— преобразователь параллельного кода в последовательный и распределитель импульсов.

Как в первом случае (фиг. 1), так и во втором (фиг. 3) приведены однофазные варианты преобразователей для случая п=3 (количество амплитудно-импульсных модуляторов).

Полупроводниковый преобразователь 25 (фиг. 1) содержит задающий генератор 1, делитель 2 частоты, блок 3 фазового сдвига, представляющий собой преобразователь последовательного кода в параллельный, блок 4 формирования длительности, счетчик 5, инвертор 6, преобразователи 7 — 9 параллельного кода в последовательный, распределители 10 — 12 импульсов, формирователи 13 — 15 импульсов управления силовыми ключами амплитудно-импульсных модуляторов 16 — 18, нагруженных на первичную обмотку суммирующих трансформаторов 19—

21 соответственно, вторичные обмотки которых соединены последовательно и образуют выходную цепь преобразователя.

ni — а на фиг. 2 представляют собой временные диаграммы работы устройства. 4О

Второй вариант преобразователя (фиг. 3) с промежуточным звеном повышенной частоты содержит задающий генератор 22, делитель 23 частоты, инвертор 24, блок 25 фазового сдвига, блок 25 формирования дли- 4S тельности, счетчик 27, инвертор 28, преобразователи 29 — 31 параллельного кода в последовательный, распределители 32 — 34 импульсов, формирователи 35 — 37 импульсов управления силовыми ключами амплитудно-импульсных модуляторов 38 — 40, нагруженных

50 на первичную обмотку суммирующих трансформаторов 41 — 43 соответственно, вторичные обмотки которых соединены последовательно и через демодулятор 44 подключены к нагрузке. Далее схема содержит два распределителя 45 и 46 импульсов и формирователь 47 импульсов управления силовыми ключами демодулятора 44.

Pi — Pa на фиг. 4 — напряжения на элементах схемы второго варианта преобразователя при управлении по предлагаемому способу.

Блок формирования 4(и 26) длительности (фиг. 5а) может быть выполнен на основе трех 1К-триггеров 48 — 50, число выходов которых равно числу амплитудно-импульсных модуляторов п преобразователя, а число их входов — 2n.

Счетчики 5 и 27, схема которых представлена на фиг. 5б, представляют собой двоично-десятичный четырехразрядный счетчик 51 с коэффициентом деления на шесть.

Одна из возможных схем преобразователей 7 — 9 (и 29 — 31) параллельного кода в последовательный (фиг. 6а) построена на основе мультиплексора 52 и элемента ИЛИ—

НЕ 53, соединенного по входу с выходом мультиплексора 52.

Схема распределителей 10 — 12 (и 32—

34) импульсов приведена на фиг. 6б и состоит из двух элементов 54 и 55 совпадения, первые входы которых объединены.

Сущность способа рассмотрим на примере работы схемы (фиг 1).

Высокочастотный задающий генератор 1 вырабатывает последовательность прямоугольных импульсов с частотой fo, поступающих на вход делителя 2 частоты. Импульсы а (фиг. 2) с частотой f = fp/ê (к — коэффициент деления делителя 2 частоты) с выхода делителя 2 частоты поступают на блок 3 фазового сдвига, представляющий собой регистр сдвига и формирующий шесть последовательностей импульсов а — n>. Импульсы с выходов блока 3 фазового сдвига поступают на вход схемы формирования 4 длительности, на выходах которой образуются последовательности импульсов no, ng u neo с частотой 2Ь. и фазовым сдвигом 1/f при длительностях 5/f„, 3/f и 1/1„соответственно и которые равны по длительности и фазовому сдвигу ступенькам кривой выходного напряжения. Сигнал ар с первого выхода блока 3 фазового сдвига одновременно поступает на вход счетчика 5.

Выходные сигналы nip и ссд счетчика 5 поступают на первый и второй управляющие входы преобразователей 7 — 9 параллельного кода в последовательный, на информационные входы которых поступают сигналы а, ng u neo с выходов блока 4 формирования длительности. Информационными входами преобразователей 7 — 9 служат информационные входы мультиплексора 52, соединенные между собой как показано на фиг. 6а, Посредством сигналов счетчика 5 (n q и а з) последовательно опрашиваются информационные входы Х1, Х2, ХЗ мультиплексоров преобразователей 7 — 9. При кодовой комбинации «00» на управляющих входах всех мультиплексоров, которая соответствует первому периоду кривой выходного напряжения, происходит опрос первых информацион1229930

50 з ных входов преобразователей 7 — 9 и на первый вход распределителя 10 импульсов поступает самый длинный импульс (а 4) управления (амплитудно-импульсный модулятор 16 формирует самую длинную ступень кривой выходного напряжения), на первый вход распределителя 11 импульсов поступает самый короткий (а ) по длительности импульс управления (амплитудно-импульсный модулятор 17 формирует самую короткую ступень кривой выходного напряжения) и, наконец, на первый вход распределителя 12 импульсов поступает средний (xi ) сигнал (амплитудно-импульсный модулятор 18 формирует среднюю ступень кривой выходного напряжения).

На втором периоде кривой выходного напряжения код опроса «01» на управляющих входах мультиплексоров преобразователей 7 — 9 разрешает прохождение импульсов управления с вторых информационных входов, в результате чего на первый вход распределителя 10 поступает средний по длительности сигнал (< ) управления, на вход распределителя 11 — самый длинный (а1 ) по длительности импульс, а на вход распределителя 12 поступает самый короткий импульс управления (а16). Это приводит к 2S формированию первым амплитудно-им пульсным модулятором средней ступени кривой выходного напряжения, а вторым и третьим амплитудно-импульсным модуляторами — самой длинной и самой короткой ступеней выходного напряжения соответственно. 30

Кодовая комбинация «10» на управляющих входах преобразователей 7 — 9, соответствующая третьему — первому периодам кривой выходного напряжения, обеспечивает прохождение сигналов управления с третьих информационных входов преобразователей З параллельного кода в последовательный на их выходы, что позволяет формировать посредством первого — третьего амплитудно-импульсных модуляторов соответственно самую короткую, среднюю и самую длинную ступени кривой выходного напряжения.

Далее описанный процесс опроса информационных входов мультиплексоров преобразователей 7 — 9 кода повторяется с периодом, равным числу амплитудно-импульсных модуляторов преобразователя, т.е. с периодом Т = ЗТ = 3/f>...

Последовательности сигналов управления х 4, сс ь и а16 (фиг. 2) посредством распределителей 10 — 12 импульсов разделяются на две последовательности каждая — сс 7, а18 (распределитель 10), Rig, а2О (распределитель 11) и а2, <22 (распределитель 12), которые появляются соответственно на первом и втором выходах распределителей и через первый и второй входы формирователей 13 — 15 импульсов поступают на управляющие входы соответствующих диагоналей силовых ключей амплитудно-импульсных модуляторов 16 — 18, выполненных по любой из полумостовых или мостовых схем, где диагональ моста определяется элементами 54 и 55 совпадений распределителей импульсов путем подачи на их вторые входы импульсов а с первого выхода счетчика 5 и сс с выхода инвертора 6 соответственно и которые совпадают с первым и вторым полупериодом кривой выходного напряжения, что соответствует левой и правой диагоналям моста модуляторов.

Во втором варианте преобразователь (фиг. 3) с промежуточным звеном повышенной частоты, управляемый по предлагаемому способу, работает следующим образом. Высокочастотный задающий генератор 22 вырабатывает последовательность прямоугольных импульсов с частотой fo, поступающих на вход делителя 23 частоты. Импульсы с частотой f„=fp/К с выхода делителя 23 частоты поступают на блок 25 фазового сдвига, формирующий шесть последовательностей импульсов, поступающих на входы блока 26 формирования длительности, на выходах которого образуются последовательности импульсов, как и в первсм варианте, с частотой 2Ь, и фазовым сдвигом 1/f при длительности 5/f„, 3/f„, 1/f соответственно, которые равны по длительности и фазовому сдвигу ступеням кривой выходного напряжения преобразователя. Одновременно сигнал с первого выхода блока 25 фазового сдвига поступает на вход счетчика 27. Выходные сигналы счетчика 27 поступают на первые управляющие входы преобразователей 29 — 31 параллельного кода в последовательный (на управляющие входы Х9, XIO, Х11 мультиплексоров на фиг. 6а), на информационные входы которых поступают сигналы с выходов блока 26 формирования длительности. На второй и третий входы распределителей 32—

34 импульсов (на вторые входы элементов

2И вЂ” НЕ 54 и 55 на фиг. бб) поступают соответственно импульсы Р с промежуточного выхода делителя 23 частоты, частота которых соответствует несущей частоте промежуточного высокочастотного заполнения, и инверсные им импульсы р с выхода инвертора 24 (f>))f„= f,/K).

Преобразователи 29 — 31 и распределители 32 — 34 работают так же, как и в случае формирования кривой выходного напряжения без промежуточного .высокочастотного преобразования (фиг. 1 и 2), однако импульсы управления на выходе распределителей импульсов представляют собой пачки импульсов с частотой несущей, причем длительность и фазовый сдвиг пачек соответствуют ступеням кривой выходного напряжения. Пачки импульсов с выходов распределителей 32 — 34 через формирователи 35—

37 импульсов поступают на управляющие входы силовых ключей амплитудно-импульсных модуляторов 38 — 40.

1229930

Формула изобретения

1. Способ управления преобразователем постоянного напряжения в переменное п-сту55

На выходных суммирующих трансформаторах 41 — 43 амплитудно-импульсных модуляторов 38 — 40 соответственно формируются импульсы р4, Pg и Р6 (фиг. 4). Для наглядности на фиг. 4 представлены импульсы

Рг и рз на вторичных обмотках сум5 мирующих трансформаторов в преобразователе без промежуточного высокочастотного преобразования, формируемых посредством устройства (фиг. 1).

Одновременно происходит формирование 10 управляющих импульсов силовыми ключами демодулятора 44 посредством двух распределителей 45 и 46 импульсов, на второй и третий входы которых (на вторые входы элементов 2И вЂ” НЕ 54 и 55 на фиг. 6б) поступают импульсы р с промежуточного

15 выхода делителя 23 частоты и инверсные импульсы р с выхода инвертора 28 соответственно. На первые входы упомянутых распределителей импульсов поступают сигналы a t t (фиг. 2) с первого выхода счетчика 27 и инверсные импульсы сс с выхода инвертора 28.

Импульсы с выходов распределителей 45 и 46 импульсов через формирователь 47 импульсов поступают на управляющие входы силовых ключей демодулятора 44. Демодулятор выполнен по мостовой схеме на четырех ключах с двухсторонней проводимостью, каждый из которых состоит, например, из двух встречно-параллельно включенных диодно-транзисторных пар. Демодулятор 44 служит для реверсивного выпрямления напряжения р7 (фиг. 4), поступающего с последовательно соединенных обмоток суммирующих трансформаторов 41 — 43 на его вход.

Выходное напряжение р8 демодулятора 44 является выходным напряжением Ux преоб- 35 разовател я.

Таким образом, применение предложенного способа управления позволяет повысить надежность работы полупроводниковогс. преобразователя за счет усреднения коэффициента загрузки (случай без применения высоко- 40 частотного промежуточного преобразования) или коэффициента загрузки и числа переключений (циклов включено — выключено) при высокочастотном промежуточном преобразовании.

В то же время предложенный способ 45 управления позволяет улучшить массогабаритные показатели преобразователя,реализовать принцип унификации путем усреднения коэффициента загрузки и числа циклов включено — выключено на периоде кривой выходного напряжения, обеспечивая полную схемную и технологическую идентичность амплитудно-импульсных модуляторов преобразователя. пенчатое, содержащим п амплитудно-импульсных модуляторов, нагруженных на первичные обмотки суммирующих трансформаторов, вторичные обмотки которых соединены последовательно и образуют выходную цепь преобразователя, состоящий в том, что формируют и последовательностей импульсов управления и амплитудно-импульсными модуляторами, причем и;-ю последовательность импульсов управления подают на управляющий вход i-го модулятора в соответствии с требуемым законом формирования и-ступеней кривой выходного напряжения, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности работы, подают и;-ю последовательность импульсов управления последовательно во времени с шагом Т и периодом пТ на управляющие входы каждого из имодуляторов,,при этом и;;--ю и и;-ю последовательности импульсов управления подают на управляющие входы амплитудноимпульсных модуляторов со сдвигом во времени, равным (j — i)T.

2. Способ и. 1, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности работы, и последовательностей импульсов управления и амплитудно-импульсными модуляторами формируют в виде пачек импульсов высокой частоты.

3. Устройство для управления преобразователем постоянного напряжения в переменное п-ступенчатое, содержащее последовательно соединенные задающий генератор, делитель частоты, блок фазового сдвига и блок формирования длительности, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности работы, в него введены счетчик, инвертор,п преобразователей параллельного кода в последовательный и и распределителей импульсов, выполненных на двух элементах 2И вЂ” НЕ каждый, при этом вход счетчика соединен с первыим выходом блока фазового сдвига, выход младшего разряда счетчика непосредственно подключен к первым входам первых элементов 2И вЂ” HE и распределителей импульсов и через инвертор — к первым входам вторых элементов 2И вЂ” НЕ п распределителей импульсов, выходы старших разрядов счетчика подсоединены соответственно к управляющим входам преобразователей параллельного кода в последовательный, первый вь1ход блока формирования длительности соединен с первым информационным входом первого преобразователя параллельного кода в последовательный, с вторым информационным входом второго преобразователя кода и с и-м входом и-го преобразователя, второй выход блока формирования длительности соединен с вторым информационным входом первого преобразователя параллельного кода в последовательный, с третьим информационным входом второго преобразователя и с первым

1229930

7 входом и-го преобразователя, а п-й выход блока формирования длительности с п-м информационным входом первого преобразователя параллельного кода в последовательный, с первым информационным входом второго преобразователя и с (n — 1)-м информационным входом и-го преобразователя, вы8 ходы п преобразователей параллельного кода в последовательный подключены соответственно к вторым входам элементов 2И вЂ” НЕ и распределителей импульсов, выходы которых предназначены для соединения с управляющими входами силовых ключей и амплитудно-импульсных модуляторов.

1229930

1229930

1229930

78 У(Н УО.Г) 1g 71 /гбао,П74) У1

Редактор С. Лыжова

Заказ 2234/57 1

УГ

gj

Составитель О. Парфенова

Техред И. Верес Корректор А. Зимокосов

Тираж 631 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий ! 13035, Москва, )К вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, .4

+11 6 1

Ак