Преобразователь частоты

 

Изобретение относится к преобразовательной технике и м.б. использовано при разработке источников вторичного электропитания преиму1 1;ественно централизованного типа. Целью изобретения является упрощение при высоком уровне выходного напряжения Устройство содержит последовательно соединенные .-генератор биений 3 и демодулятор 4, а также блок-управлеtaoA 00 СП

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 4 Н 02 М 7/538 5/27

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И ABTOPCHQMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3704327/24-07 (22) 29.11.83 (46) 30. 11.87. Бюл. ¹- 44 (71) Московский энергетический институт (72) О,Г. Пахомов и К.Г, Мыцык (53) 621.314.58(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 692032, кл. Н 02 M 5/04, 1977.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1317612, кл, Н 02 М 7/538, 1983.

„,:SU» 1356165 А 1 (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ (57) Изобретение относится к преобразовательной технике и м.б, использовано при разработке источников вторичного электропитания преимущественно централизованного типа. Целью изобретения является упрощение при высоком уровне выходного напряжения.

Устройство содержит последовательно соединенные генератор биений 3 и демодулятор 4, а также блок- управления 2. Последний включает в себя задатчик частоты биений, задатчик высокой частоты заполнения биений

22, логический узел управления генератором биений 23 и узел развязки и усиления 26. Демодулятор 4 выполнен в виде двух согласно-параллельно включенных по шинам постоянного тока транзисторных инверторных мос1356165 тов 5, б с датчиком тока 19 в од-. ной из шин постоянного тока с выходным сигналом в коде 0,1. Блок управления снабжен дополнительным логическим узлом 25 управления демодулятором, а узел развязки и усиления 26 содержит четыре одинаковых предусилителя, выполненных по однотактной схеме инвертора. 4 ил.

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при разработке источников вторичного электропитания преимущественно централизованного типа, Цель изобретения — упрощение при высоком уровне выходного напряжения, На фиг. 1 изображена структурная схема силовой части и системы управления преобразователя; на фиг. 2 = структурная схема узла развязки и усиления (УРУ); на фиг. 3 — варианты защитных цепочек; на фиг. 4 диаграммы, поясняющие формирование сигналов управления и выходного напряжения преобразователя (U — напряжение биений, U g — выпрямленное напряжение биений, 2,1 — ток на выходе первого транзисторного моста 5.

U — выходное напряжение преобразо2 вателя; i — выходной ток преобразователя).

В преобразователе (фиг. 1) можно выделить две основные части; силовую часть 1 и систему 2 управления. Силовая часть содержит последовательно соединенные генератор 3 биений и демодулятор 4.

Под генератором биений (ГБ) понимаются устройства, энергетический поток на выходе которых имеет форму биений или квазибиений. ГБ может быть реализован как с помощью инверторно-трансформаторных узлов, так и с помощью электрических машин, возбуждаемых изменяющимся с определенной частотой потоком.

Демодулятор 4 содержит два согласно-параллельно включенных по шинам постоянного тока транзисторных моста 5 и 6. Первый мост 5 выполнен на транзисторах 7-10, а второй мост

6 — на транзисторах 11-14.

Выводы 14 и 16 переменного тока первого моста 5 образуют силовой вход демодулятора, а выводы 17 и 18 переменного тока второго моста 6 образуют его выход.

Первый мост 5 обеспечивает процесс рекуперации активной и возврата реактивной мощности, второй мост б осуществляет основной процесс инвертирования.

С целью максимального снижения мощности управления ключами возвратного инвертора в цепь постоянного тока демодулятора включен датчик 19

20 тока (ДТ) с выходньп сигналом S в двоичном коде 0,1. Соответствующие переключения транзисторов 7-10 в этом случае будут происходить только на участке рекуперации реактивной

2б мощности, а транзисторы 11-14 будут включены только при подаче в нагрузку активной мощности.

Система 2 управления включает в себя блок 20 управления, содержащий

30 задатчик. 21 частоты биений с прямыми P и инверсным 7 выходными сигналами, задатчик 22 высокой частоты заполнения биений с прямым F и инверсным Р выходными сигналами, логиЗ ческий узел 23 управления генератором биений, основной логический узел 24, дополнительный логический узел 25, а также усилительно-развязывающий узел (УРУ) 26,, состоящий из четырех одинаковых однотактных усилителей 26.1-2д.4 мощности

А= f F S+ f F Я

f FS+ f FS (2) 1г

М = S т (3) N= SF.

50 задатчиком 21

9 тока. ельнога логичесходят логические 536 и 37.

38 включена межпостоянного та3 1356 (фиг. 2), включающих в себя ключевой элемент, выполненный, например, на базе составного транзистора на транзисторах 27 и 28, импульсный трансформатор с первичной 29.1 и двумя

1 вторичными 29,2 и 29,3 обмотками.

Первичная обмотка 29.1 импульсного трансформатора зашунтирована диодом 30, Логический узел 24 реализует ло- 10 гические выражения: причем выход этого логического узла с сигналом А через УРУ 2О.З связан с управляющими входами одной пары диагонально расположенных транзисто- 2(1 рон 7 и 10 первого моста 5, а выход с сигналом В через УРУ 26,4 связан с другой парой диагонально расположенных транзисторов 8 и 9 этого моста, обеспечивая протекание обратно- 25 го тока н цепи постоянного тока второго моста 6, встречно полярности напряжения генератора иений.

В состав логического узла 24 вхо-дят логические элементы 2-ЗИ-ИЛИ 31 30 и 32 и логические элементы НЕ 33 и 34. Их связи с блоками 19, 21 и

22 определяются выражениями (1) и (2).

Выходы F и Р задатчик» 21 часта—

3) ты биений через дополнительное лог««ческое устройство 25 и УРУ 26.1 и

26.2 связаны с управляющими входами диагонально расположенных пар транзисторов 11, 14 и 12, 13 соответственно второго моста 6, обеспечивая процесс инвертирования ныпрямленнаго напряжен«я (0 .1), Дополнительное логическое устройство (ДЛУ) ?5 реализует логические выражения: входы ДЛУ связаны с частоты 1«датч««ком 1

В состав дополнит кого устройства 25 в элементы НЕ 35 и 2И

Защитная цепочка ду выводами 39 и 40 ка °

165 4

Необходимость введен «я защитной цепочки обусловлена неидеальнастью характеристик с« стемы упранления и транз «сторон, которая пр««вад««т к перенапряже;«иям. На фи« . 3 представлены прастейшие варианты защитных цепочек, состоящие из последовательна соединенных стабилитрона и резисгора (фиг, За) и конденсатора h« резистора (фиг. Зб), Преобразователь работает следующим образом.

С выхода генератора биений (или квазибиений) 3 на выводы 15 и 16 демодулятора 4 поступает последовательность знакапеременных импульсов с изменяющейся по низкочастотному закону амплитудой (фиг. 4). Эти знакапеременные импульсы выпрямляют с помощью коллектор-базовых тра« зисторон первого моста 5„ а затем инвертируют с помощью транзисторов 11 14 второго моста 6.

В рабате транзисторов 7-10 не:,бхадимо выделить цва режима: режим выпрямления и рекуперации активной или возврата реактивной мащностц, а в работе транзисторов 11 — 14 — основной режим инвертирования. а также реку««ераци«« активной илн возвуа.г реакт««вной мощности. Б .?еж «ме гь«прямл ения (с мамонта t nO t 6 и t Г.О

5 6 7 ф1«г, 4) транз««còo 1t« 7 — ": 0 р .бо— тают как диады qиспальзyются коллек тор-базоные переходы транзисторов).

Аналогично («,е, как диоды), но н режиме рекупер".ö«H активной 1««ш но-врата реактивной мощности работают транзисторы 1 1-14 второго моста 6 (с момента «:„ па t и с t. no фиг. 4). Для реализации этого режима н данном случае необходимо выполнить огределенное условие„ Учитывая, чта транзисторами мостов управляют от предусилителей с тр".íñôàðìàòàðным выходом. необходима при работе транзисторов в этом режиме (при ис««альзавании их в качестве диодов) закорачивать либо вторичную, либо первичную обмотку трансформатора этага предусилителя, В противном случае последовательно с коллектор-базовым переходом окажется включена индуктивность трансформатора, которая приведет к нежелательной деформации электромагнитных процессов греобра.завателя и к дополнительным перенаО пряжениям. Особенностью данного реше1356165 ния является то, что в качестве ключевого элемента, закорачивающего в нужный момент первичную (29.1) обмотку трансформатора, используется

5 диод 30. В режиме выпрямителя для транзисторов 7-10 и режиме рекуперации активной и возврата реактивной мощности для транзисторов 11-14 на обмотках трансформатора наводится

ЭДС, показанная на фиг. 2 в скобках, которая благодаря диоду 30 закорачивается по первичной обмотке (29.1), В случае работы транзисторов через эмиттер-коллекторный переходы (режим инвертирования для транзисторов 11-14 и режим рекуперации активной и возврата реактивной мощности для транзисторов 7-10) они работают в своем нормальном режиме,. При этом управляют ими с помощью сигналов системы управления, Диод 30 в этом режиме не работает. Таким образом, когда в режиме выпрямления транзисторы 7-10 первого инверторного моста 5 работают как диоды (через коллекторбазовый переходы), транзисторы 11 — 14 второго инверторного моста работают в своем нормальном режиме (через эмиттер-коллекторный переходы), а когда происходит рекуперация активной или возврат реактивной мощности, транзисторы 7-10 работают в нормальном режиме (через эмиттер-коллекторный переходы), а транзисторы 11-14— как диоды (через коллектор-базовыи

35 переходы)„ !

Процесс управления транзисторами

7-10 первого инверторного моста 5 и транзисторами 11-14 второго мосто- 40 вого инвертора 6 осуществляют системой 2 управления.

Формирование сигналов управления гроисходит следующим образом.

Задатчик 21 частоты биений формирует на своем выходе последовательность импульсов Г и Г (фиг. 4) тактовой частоты„ определяющей частоту выходного напряжения преобразовате- 5п ля. С выхода задатчика 21 частоты эти импульсы поступают на вход логического узла 23 управления генеоатором биений и на входы логических элементов 31 и 32 основного логического узла 24 управления первым мостом демодулятора 4, а также на входы логических элементов 36 и 37 дополнительного логического узла 25 управления вторым мостом демодулятора 4.

Задатчик 22 высокой частоты заполнения биений формирует последовательность сигналов высокой частоты, определяющей частоту промежуточного высокочастотного преобразования. С выхода задатчика 22 сигналы S u S поступают на входы логического узла

23 и на входы логических элементов

31 и 32 основного логического узла

24, На остальные входы логических элементов 31 и 32 логического узла

24 поступает сигнал S с датчика 19 тока.

На выходах основного логического узла 24 в соответствии с приведенными логическими выражениями формируют сигналы А и В управления транзисторами первого моста (фиг,4),причем сигнал А через УРУ связан с управляющими входами нары диагонально расположенных транзисторов 7 и 10, а сигнал В через УРУ вЂ” с управляющими входами пары диагонально расположенных транзисторов 8 и 9.

На входы логических элементов 36 и 37 узла 25, кроме упомянутых им-. пульсов Р и 7, поступает предварительно проинвертированный на логическом элементе 35 сигнал S с датчика 19 тока.

На выходах узла 25 в соответствии с приведенными логическими выражениями (3) и (4) формируют сигналы М и N управления транзисторами второго инверторного моста (фиг. 4), причем сигнал M через УРУ 26,1 связан с управляющими входами пары диагонально расположенных транзисторов 11 и 14, а сигнал N через УРУ 26.2 связан с управляющими входами пары диагонально расположенных транзисторов 12 и 13.

Использование датчика 19 тока и приведенного алгоритма управления ключами максимально снижает мощность управления транзисторами обоих инверторных мостов, а использование коллекторных переходов транзисторов в качеств диодов обратного тока уменьшает установленную мощность за счет отказа от мостов диодов обратного тока и, следовательно, массу устройства.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

Преобразователь частоты, содержащий последовательно соединенный геА= f F S+ f F Я

B = f F S + f F ° S

25 причем входы основного логического узла Связаны с эадатчиками частоты и датчиком тока, а также усилительноразвязывающий узел, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью упрощения при высоком уровне выходного

13561 нератор биений и демодулятор, выполненный в виде двух согласно-параллельно включенных по цепи постоянного тока транзисторных мостов с дат5 чиком тока в одной иэ цепей постоянного тока с выходным сигналом S в двоичном коде, блок управления, включающий в себя эадатчик частоты бйений с прямым F и инверсным Р выходными сигналами, связанный с управляющими входами транзисторов второго транзисторного моста, задатчик высокой частоты заполнения биений с прямым f u HHEppcHbJM f выходными

15 сигналами, узел управления генератором биений, входами связанный с задатчиками частоты, основной логический узел управления транзисторами первого моста демодулятора с выходными сигналами A B реализующий логические выражения:

8 напряжения, блок управления снабжен дополнительным логическим узлом управления транзисторами второго моста демодулятора с выходными сигналами

M, N, реализующим логические выражения:

M= SF;

N=SF. входы дополнительного логического узла связаны с задатчиками частоты и датчиком тока, усилительно-развяэывающий узел содержит четыре одинаковых однотактных усилителя мощности с трансформаторным выходом, причем первичные обмотки трансформато ров эашунтированы диодом. а вторичные обмотки первой пары усилителей мощности, управляющие цепи которых соединены с основным логическим узлом, подсоединены к управляющим входам диагонально расположенных транзисторов первого моста демодулятора, вторичные обмотки второй па ры усилителей мощности, управляющие цепи которых связаны с дополнительным логическим узлом, подключены к управляющим входам диагонально расположенных транзисторов второгс моста демодулятора.

1356165

Составитель В.Моин

Техред Л.Сердюкова

Редактор М.Петрова

Корректор А,Зимокосов

Тираж 659 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 5808/52

Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул ° Проектная, 4