Бестрансформаторный полумостовой инвертор

 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при разработке источников вторичного злектропитания и устройств автоматики. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем обеспечения одновременного с инвертированием понижения напряжения. Устройство содержит коммутирующие ключи, конденсаторы и нагрузку. Два коммутирующих ключа выполнены управляемыми и соединены согласно-последо- .вательно между выводами для подключения источника питания. Точка соединения упра вляемых ключей является первым выводом для подключения нагрузки, а остальные коммутирующие ключи выполнены неуправляемыми на диодах. Диоды объединены с конденсаторами в два аналогичных конденсаторно-диодных блока, представляющих собой схему накопления-деления. Ступени в каждом блоке соединены последовательно через зарядные диоды. Катоды первых разрядных диодов и первая обкладка конденсатора первой ступени объединены и представляют собой вход конденсаторно-диодного блока. Аноды вторых разрядных диодов и вторая обкладка конденсатора п-й ступени объединены и представляют собой выход конденсаторно-диодного блока. В схеме возможно применение широтно-импульсной модуляции как с помощью основных управляемых ключей, так и с помощью дополнительных управляемых ключей. Количество управляемых ключей не зависит от козф. понижения напряжения. 3 з.п. ф-лы, 2 ил. (Л со М ND СЛ а 00

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 4 Н 02 М 7/538

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTPM (2 1) 41 1 3001/24-0 7 (22) 23.06.86 (46) 07.02.88. Бюл. В 5 (72) И.И.Иванов (53) 621.314.58 (088.8) (56) Патент США В 4135235, кл. Н 02 М 7/537, 1979.

Моин В.С., Лаптев Н.Н. Стабилизированные транзисторные преобразователи. — Энергия, 1972, с.113, рис.5-5 г. (54) БЕСТРАНСФОРМАТОРНЫЙ ПОЛУМОСТОВОЙ

ИНВЕРТОР (57) Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при разработке источников вторичного электропитания и устройств автоматики. Цель изобретения — расширение функциональных возможностей путем обеспечения одновременного с инвертированием понижения напряжения.

Устройство содержит коммутирующие ключи, конденсаторы и нагрузку. Два коммутирующих ключа выполнены управляемыми и соединены согласно-последо.вательно между выводами для подключе„„Я0„„1372563 А1 ния источника питания. Точка соединения управляемых ключей является первым выводом для подключения нагрузки, а остальные коммутирующие ключи выполнены неуправляемыми на диодах.

Диоды объединены с конденсаторами в два аналогичных конденсаторно-диодных блока, представляющих собой схему накопления-деления. Ступени в каждом блоке соединены последовательно через зарядные диоды. Катоды первых разрядных диодов и первая обкладка конденсатора первой ступени объединены и представляют собой вход конденсаторно-диодного блока. Аноды вторых разрядных диодов и вторая обкладка конденсатора и-й ступени объединены @ и представляют собой выход конденсаторно-диодного блока. В схеме возможно применение широтно-импульсной модуляции как с помощью основных управляемых ключей, так и с помощью дополнительных управляемых ключей. Количество управляемых ключей не зависит от коэф. понижения напряжения. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1372563

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитания и автоматики для преобразования посто5 янного напряжения в переменное с понижением его значения.

Цель изобретения — расширение функциональных воэможностей путем обеспечения одновременного с инвертированием понижения значения выходного напряжения относительно входного.

На фиг.! приведена схема бестрансформаторного полумостового инвертора, на фиг.2 — то же, с управляемым выходным напряжением (с управляемым коэффициентом понижения напряжения).

Инвертор содержит полумост основных управляемых ключей 1 и 2, включенных согласно-последовательно между входными выводами 3 и 4 для подключения источника электрической энергии. Точка 5 соединения ключей является первым выводом для подключения 25 нагрузки R . Первый и второй конденсаторные узлы 6 и 7 образуют второй полумост и содержат N параллельно соединенных ветвей. На фиг.1 показаны первая ветвь 8, вторая ветвь 9, (N-1)-я ветвь 10 и N-я ветвь 11. Ветви с второй по (N-1)-ю состоят из последовательно включенных второго разрядного диода 12, конденсатора 13 и первого разрядного диода 14. Плюсовые выводы конденсаторов 13 в каж35

1! I I дой ветви отмечены знаком +, минусовые выводы беэ знака. Конденсатор

13 в каждой ветви подключен к аноду второго разрядного диода 12, а минусовым выводом к катоду первого разрядного диода 14. Первая ветвь 8 каждого конденсаторного узла 6 и 7 состоит из последовательно соединенных конденсатора 13 и первого разрядного диода 14, а N-я ветвь 11 — из после45 довательно соединенных второго разрядного диода 12 и конденсатора 13, соединенных аналогично второй, третьей и т.д. ветвям. Ветви через N-1 зарядных диодов 15 соединены после- 50 довательно. Минусовый вывод конденсатора 13 каждой из (N-1) ветвей подключен к аноду (N-1)-го разрядного диода 15, катод которого подключен к аноду второго разрядного диода

N-й ветви. Вход !6 и выход 17 конден. саторных узлов связаны с вторым выходным выводом 18.

Блок 19 управления управляет ключами 1 и 2 и может быть выполнен, например, по схеме симметричного мультивибратора, генератора Роера, или в качестве блока управления может быть применен трансформатор с двумя вторичными обмотками, управляющими ключами 1 и 2, первичная обмотка которого подключена к выходным выводам 5 и 18 непосредственно или через резистор. Возможно также применение блока управления с широтноимпульсной модуляцией (ШИМ).

В инвертор (фиг.2) введены дополнительно диоды 20 и 21, а также N дополнительных управляемых ключей.

На фиг.2 показаны первый 22, второй

23, (N-1)-й 24, N-й 25 дополнительные управляемые ключи. Дополнительные диоды 20 и 21 включены последовательно между первым 6 и вторым 7 конденсаторно-диодным блоками, причем первый дополнительный диод 20 катодом подключен к выходу 17 первого конденсаторного узла, второй дополнительный диод 2 1 анодом подключен к входу 16 второго конденсаторного узла, точка

26 соединения дополнительных диодов является вторым выводом для подключения нагрузки. Каждый из N дополнительных управляемых ключей одним своим силовым выводом подключен к минусовому выводу конденсатора соответствующей ветви первого конденсаторного узла, а вторым силовым выводом к плюсовому выводу конденсатора (N+1-M)-й ветви второго конденсаторного узла.

Первый дополнительный управляемый ключ 22 соединяет конденсатор 13 первой ветви 8 первого узла 6 с конденсатором 13 N-й ветви 11 второго узла

7, второй дополнительный управляемый ключ 23 — конденсатор 13 второй ветви 9 первого узла 6 с конденсатором

13 (N-1)-й ветви 10 второго узла 7, (N- 1)-й дополнительный управляемый ключ 24 — конденсатор 13 (N-1)-й ветви 10 первого узла 6 с конденсатором 13 второй ветви второго узла 7,N-й дополнительный управляемый ключ 25 — конденсатор 13 N-й ветви 11 первого узла 6 с конденсатором 13 первой ветви второго узла 7.

Инвертор работает следующим образом.

В один полупериод управляемый ключ 1 открыт, а управляемый ключ 2 закрыт. Конденсаторы 13 первого кон2563

4 ных и предыдущий полупериод, оказывается меньше напряжения источника питания за вычетом напряжения на нагрузке. Поэтому открываются зарядные

5 диоды 15 и конденсаторы 13 первого конденсаторного узла начинают заряжаться. Разрядные диоды 12 и 14 первого конденсаторного узла закрываются. При этом конденсаторы 13 заряжаются в полярности, указанной на фиг. 1, полярность напряжения на нагрузке показана в скобках. Далее процессы пов137 денсаторного узла 6 в параллельном включении разряжаются на нагрузку через открытые разрядные диоды 12 и

14, а также управляемый ключ 1. Зарядные диоды 15 закрыты, так как к ним приложено напряжение конденсаторов 13 в закрывающем направлении через открытые разрядные диоды 12 и 14.

Конденсаторы 13 второго конденсаторного узла 7 в последовательном включении заряжаются от источника питания через открытые зарядные диоды 15,а также нагрузку. Разрядные диоды 12 и 14 второго конденсаторного узла 7 в этот полупериод закрыты, так как цепь разряда конденсаторов разомкнута, а напряжение источника электрической энергии за вычетом напряжения на нагрузке выше суммарного напряжения последовательно включенных конденсаторов

13. Ток заряда конденсаторов ограничивается сопротивлением нагрузки.

При повышении суммарного напряжения на конденсаторах U до значения

N U . — где U — напряжение питания п. N+1 и У

1 заряд конденсаторов прекращается. Начиная с этого момента через нагрузку течет только ток разряда конденсаторов первого конденсаторного узла 6, соединенных при разряде параллельно.

При использовании конденсаторов 13 сравнительно большой емкости (в зависимости от частоты переключения иннертора и тока нагрузки), когда пульсация напряжения на этих конденсаторах мала, выходное напряжение имеет прямоугольную форму с амплитудой

" U . и полярностью, укаэанной ь Н+1 на фиг.1 без скобок. Для передачи одинаковой мощности в ветвях первой и

N-й необходимо ввести по одному диоду (фиг.1, показано пунктиром).

В начале другого полупериода управляемый ключ 1 закрывается, а ключ

2 открывается. При этом открывается цепь параллельного разряда конденсаторов 13 второго конденсаторного уз- ла 7. Заряженные в предыдущем полупериоде конденсаторы начинают разряжаться на нагрузку через разрядные диоды 12 и 14, а зарядные диоды 15 закрываются. Первый конденсаторный узел 6 переходит в режим заряда. Сумма напряжений на конденсаторах 13, соединенных последовательно через разрядные диоды и частично разряженторяются.

15 Таким образом, на выходе инвертора формируется переменное напряжение.

При использовании н предлагаемом иннерторе ШИМ, например, с целью стабилизации выходного напряжения воз20 можно состояние, когда оба управляемых ключа 1 и 2 закрыты. Такое же состояние возможно, когда запуск инвертора производится после подачи напряжения источника питания, а также если выключение устройстна производится в обратном порядке. В этом случае каждый конденсатор 13 заряжа1 ется до напряжения U = U — так как

"2Я

30 на входное напряжение включено последовательно 2N конденсаторов 13 и в первоначальное время запуска инвертора напряжение на нагрузке не пре1 нышает значения

"2Я

Укаэанное уменьшение напряжения на нагрузке при запуске и ныключении инвертора повышает надежность как самого инвертора, так и обслуживаемой

40 им аппаратуры, так как автоматически решается проблема исключения броскон напряжения при запуске и выключении инвертора без снятия питающего его напряжения.

Применение ШИИ позволяет регулировать выходное напряжение. При этом амплитудное значение переменного выходного напряжения изменяется от

"" 2N

В схеме с регулируемым выходным напряжением (фиг ° 2) процессы протекают аналогично с небольшими отличиями, С помощью дополнительных управляемых

55 ключей выбирается количестно ветвей в конденсаторных узлах 6 и 7. Например, если открыт дополнительный управляемый И-й ключ 25, то в узлах 6 и 7 задействованы нсе N ступеней. да выходного напряжения составляет

В один полупериод, когда ключ 1 открыт, а ключ 2 закрыт, конденсаторы

13 ветвей 8 и 9 первого узла 6 разряжаются по цепи: плюсовые выводы кон- !О денсаторов 13, вторые разрядные диоды 12, открытый управляемый ключ 1, нагрузка R„, открытый дополнительный диод 20, первые разрядные диоды 14, минусовые выводы конденсаторов 13. 15

Второй дополнительный диод 21 в этот полупериод закрыт под действием разности потенциалов, приложенной к диоду 21 в закрывающем направлении. Заряд конденсаторов 13 (N-1)-й ветви 20

10 и N-й ветви 11 второго конденсаторского узла 7 осуществляется по цепи: положительный вывод 3, открытый ключ 1, нагрузка, открытый дополнительный диод 20, диод 14 второй ветви 25

9 первого узла 6, открытый дополнительный управляемый ключ 23, конденсатор 13 (N-1)-й ветви второго узла

7, N-й зарядный диод 15, конденсатор

N-й ветви, отрицательный вывод 4.

В другой полупериод при запирании ключа 1 и открывании ключа 2 соответственно открывается диод 21 и закрывается диод 20, конденсаторные узлы меняются ролями, а на нагрузке изме- 35 няется полярность напряжения, Далее процессы повторяются.

В данной схеме применение IIIHM возможно как с помощью основных управляемых ключей 1 и 2, так и с помощью 40 дополнительных управляемых ключей

22-25.

Формула и з обре т е н и я

1. Бестрансформаторный полумостовой инвертор, содержащий полумост основных управляемых ключей и два конденсаторных узла, включенных согласно-последовательно между входными выводами инвертора, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения одновременного с

5 13725

Если открыт второй ключ 23, то в узле 6 задействованы первая 8 и вторая

9 ветви, а в узле 7 — (N-1)-я 10 и

N-я 11 ветви. В этом случае амплиту63 инвертированием понижения напряжения, каждый иэ конденсаторных узлов содержит N параллельно соединенных ветвей, где N=K-1, К вЂ” коэффициент понижения напряжения, равный целому числу, начиная с 3, первая ветвь состоит из последовательно соединенных первого разрядного диода и конденсатора, причем катод диода соединен с отрицательным выводом конденсатора, последняя N-я ветвь состоит из последовательно соединенных второго раэрядного диода, анодом соединенного с положительным выводом конденсатора, остальные ветви состоят из последовательно соединенных первого разрядного диода, соединенного катодом с отрицательным выводом конденсатора, положительный вывод которого соединен с анодом второго разрядного диода, а катод каждого первого разрядного диода данной ветви соединен с анодом второго разрядного диода последующей ветви через согласно включенный зарядный диод, 2. Инвертор по и. 1, о т л и ч а ю шийся тем, что введены два дополнительных диода и N дополнительных управляемых ключей, каждый из дополнительных диодов включен согласно-последовательно с соответствующим конденсаторным узлом, так, что один иэ выводов каждого иэ дополнительных диодов подключен к выходному выводу инвертора, каждый М-й дополнительный управляемый ключ своим первым силовым выводом подключен к отрицательному выводу конденсатора ветви с номером

M первого конденсаторного узла, где

M=1 N, а вторым силовым выводом— к положительному выводу конденсатора ветви с номером N+1-M второго конденсаторного узла.

3. Инвертор по пп.1 и 2, о т л ич а ю шийся тем, что дополнительные управляемые ключи представляют собой контактные переключатели с ручным управлением.

4. Инвертор по пп.1 и 2, о т л ич а ю шийся тем, что дополнительные управляемые ключи выполнены на гаэораэрядных, электронных или полупроводниковых приборах с управляющим электродом.

1372563

Qu2

Составитель В.Моин

Техред М.Дидык Корректор М.Демчик

Редактор В.Петраш

Тираж 665 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретеним и открытий

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

Заказ 497/53

Производственно †полиграфическ предприятие, r.ужгород, ул.Проектная,4