Электронное устройство преобразования электрической энергии

 

Многоступенчатый преобразователь, содержащий преимущественно конденсатор (С1, С2, ... Сn) для каждого из звеньев, а также средства управления, содержащие средства изменения (VMO1, VMO2, ... VMOn) среднего напряжения на выводах каждого конденсатора (С1, С2, ... Сn), средства (VE1, VE2, ... VEn) для фиксации для каждого из вышеперечисленных конденсаторов (С1, С2, ... Сn) возможного отклонения между напряжением среднего изменяющегося заряда и напряжением среднего номинального заряда этого конденсатора, а также дополнительные средства управления (МСС1, МСС2, ... МССn), изменяющие сигналы управления преобразователя в направлении, в котором происходит вышеупомянутое отклонение. Технический результат - повышение точности. 7 з. п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к электронным устройствам преобразования электрической энергии по типу описанного в заявке на французский патент 2679715 A1 и к оборудованию источников питания, обслуживающих потребителей.

Преобразователь, описанный в указанной заявке на патент, проиллюстрирован в качестве примера на фиг. 1, приложенной к данному документу. Он содержит, по существу, между источником напряжения SE и источником тока C множество управляющих коммутационных звеньев CL1, CL2, ... CLn, каждое содержащее два переключателя T1, T'1; T2, T'2; ... Tn, T'n с выводом каждого из двух переключателей, входящим в пару входных выводов, и другим выводом каждого из переключателей, входящим в пару выходных выводов, пара выходных выводов входного звена соединена с парой входных выводов последующего звена, пара входных выводов первого звена CL1 соединена с вышеуказанным источником тока C, вследствие чего пара выходных выводов последнего звена CLn соединена с вышеупомянутым источником напряжения SE, этот преобразователь содержит также конденсатор C1, C2, ..., Cn для каждого звена, кроме последнего, он может быть исключен, когда вышеупомянутый источник напряжения SE способен действовать, подключенный между двумя выводами пары выходных выводов этого звена, а также средства управления (не показаны), управляющие номинальной работой данного преобразователя, действуя на переключатели последовательных звеньев таким образом, чтобы два переключателя одного и того же звена были всегда соответственно в состояниях противоположного соединения (это иллюстрируется управляющими связями, указанными на чертеже), с тем чтобы в ответ на управляющий сигнал звено среагировало на эти средства управления, один их двух переключателей одного и того же звена находится последовательно в первом состоянии проводимости, затем во втором состоянии проводимости в течение периода циклически повторяющегося преобразования с тем, чтобы в ответ на сигналы управления идентичными звеньями, но смещенные во времени, на часть указанного периода преобразования переключатели последовательно соединенных звеньев были соответственно в том же положении, но смещенные во времени на вышеупомянутую часть периода.

Предпочтительно, чтобы вышеуказанная часть периода была равна числу, обратному числу n звеньев и составляла 2 π/n, что является оптимальным относительно создаваемых гармонических сигналов на выходе и позволяет естественно стабилизировать напряжение заряда конденсаторов преобразователя. В то же время возможен другой сдвиг, также как различные сдвиги между различными уровнями.

В таком преобразователе последовательные конденсаторы C1, C2, ... Cn имеют средние напряжения заряда соответственно возрастающие, среднее напряжение заряда конденсатора, подключенного в каждом из вышеупомянутых звеньев, должно соответствовать напряжению VE, выработанному вышеуказанным источником напряжения SE, обратно числу звеньев преобразователя и номеру звена, должно быть VE/3, 2VE/3, VE, когда n = 3, то есть когда преобразователь имеет только три звена.

Разумеется, этот метод используется и для других значений n, начиная, по крайней мере, с двух, для более трех звеньев в особенности.

В следующем заявленном многоступенчатом преобразовании преобразователь соответствует описанному методу.

Объект заявленного изобретения создан с тем, чтобы в подобных многоступенчатых преобразователях заряд каждого конденсатора оставался одинаковым, несмотря на неизбежные отклонения относительно действительного состояния функционирования.

Для пояснения, каким образом более удобно можно формально изменять заряд одного из конденсаторов, состояние Tk+1, пропускающего ток многоступенчатого преобразователя, согласно этому методу будет рассмотрена фиг. 2, которая представляет произвольное звено CLk с переключателями Tk, T'k, конденсатором Ck, соединенным с этим звеном, а также следующее звено CLk+1 с переключателями Tk+1, T'k+1.

Принимается во внимание, что соединение между переключателями каждого звена Tk, T'k; Tk+1, T'k+1 совместно с двумя чередующимися звеньями Tk - Tk+1 представлено на фиг. 2, из чего следуют четыре состояния: a) первое состояние, когда Tk и Tk+1 блокированы, напряжение заряда Ck не изменяется; b) второе состояние, когда Tk и Tk+1 являются проводниками, напряжение заряда Ck тоже не изменяется, потому что T'k и T'k+1 блокированы; c) третье состояние, когда Tk является проводником, а Tk+1 блокирован, источник тока C выдает ток Ik, равный 1, через Tk, тогда как ток I'k к T'k равен нулю. Состояние Tk+1, пропускающего ток Ik+1, нулевое, тогда как ток I'k+1 равен 1, благодаря чему ток I'ck в конденсаторе Ck равен 1; d) четвертое состояние, когда Tk блокирован, а Tk+1 является проводником, источник тока C выдает ток I'k+1, равный 1, через T'k, тогда как ток Ik через Tk нулевой. Состояние Tk+1, пропускающего ток Ik+1, равный 1, тогда как ток I'k+1 нулевой, благодаря чему ток Ick в конденсаторе Ck равен 1.

Токи I'ck = I'k+1 и Ick = Ik+1 обеспечивают в конденсаторе Ck заряды взаимно противоположные, в третьем и четвертом состояниях, описанных выше; как указано, первые - отрицательные, а вторые - положительные. Соответствующие токи в этих двух состояниях получены от источника тока. Если источник тока строго постоянный, все элементы равны в это время, токи, полученные от источника тока в фазах c) и d), одинаковы и противоположно направлены в каждый момент в течение интервалов проводимости Tk и Tk+1 (номинально равных и сдвинутых во времени, как показано выше). Это приводит к тому, что заряд Ck, изменяемый отрицательно, а затем положительно в равных значениях, не изменяется в течение периода преобразования.

В идеальной системе (источник тока идеальный, сопротивление бесконечное) токи Ick и I'ck определены источником тока. В случае более конкретном, когда сопротивление источника тока не бесконечно, ток источника тока зависит от напряжения на своих клеммах и также напряжений Vck конденсаторов. Если напряжение заряда Vck стало, например, очень высоким относительно номинального значения VE, k/n, которое должно быть ему пропорционально, то в результате получится, что ток разряда I'ck стремится быть более сильным, ток заряда Ick стремится быть более слабым, чем номинальные значения, это приведет к восстановлению заряда конденсатора Ck. Это объясняет, как функционирование многоступенчатого преобразователя становится стабильным и обеспечивающим изменения амплитуды в двух направлениях, как со стороны источника напряжения, так и со стороны источника тока. Далее будет рассмотрено следствие возникающих динамических проблем.

Фиг. 3 показывает пример функционирования многоступенчатого преобразователя соответственно фиг. 1 и 2 в случае, когда n = 3; здесь используют управление типа модуляции PWM для того, чтобы подать в источник тока C переменное модулированное синусоидальное напряжение, из чего следует, что в течение последовательных периодов p1, p2, p3... функционирования преобразователя (линия t) переключатели T1, T2, T3 являются последовательными проводниками во время интервалов с длительностью, изменяющейся в соответствии с модуляционной волной выходного напряжения, называемого впоследствии модулированным. Соответствующие переключатели T'1, T'2, T'3 находятся в каждый момент времени в противоположном положении.

Разумеется, другие виды модуляции при функционировании переключателей позволяют, как хорошо известно, добиться того же результата, разумеется также, преобразователь способен также хорошо использоваться при подаче на источник тока C совсем другой формы волны или постоянного регулируемого напряжения.

Рассмотрим сначала период p1 работы преобразователя. Во время его продолжительности, когда один из переключателей T1, T2, T3 является проводником, двое других отключены; для каждого ансамбля из двух звеньев конденсатор включен между ними, это соответствует состояниям c) и d), описанным выше, в которых конденсатор получает последовательно суммарные положительные заряды, общее число которых формально нулевое. Отмечается, кроме того, что когда черудующиеся звенья CL1 - CL2 находятся в состоянии d), чередующиеся звенья CL2 - CL3 находятся в состоянии c), в итоге конденсатор C1 получает суммарные положительные заряды от того же тока, который вызывает суммарные отрицательные заряды в конденсаторе C2.

Фиг. 3 иллюстрирует дополнительно в качестве примера работу многоступенчатого преобразователя в периоды p2, p3 и т.д., в течение которых продолжительности проводимости переключателей T1, T2, T3 уменьшаются, затем увеличиваются до более 1/3 периода, таким образом восстанавливаясь. График V1 представляет собой в идеале, каким будет напряжение, передаваемое в источник тока, в частности, если конденсаторы имеют такую емкость, чтобы рассматриваемые суммарные заряды не изменялись значительно из-за напряжения на их выводах. Напряжение V1 представлено участками напряжения VE источника напряжения SE, принятого в качестве напряжения отрицательного полюса источника напряжения SE. Очевидно, что это напряжение V1 непрерывное, с одной стороны, основное несущее в модулированной частоте, а с другой стороны, амплитудные гармоники более слабые при высоких частотах в частоте разряда, которые могут быть легко выделены низкочастотным фильтром. Этот ток, будучи переменным, накапливается каким-либо индуктивным элементом, содержащимся в источнике тока, управляет в этом преобразователе подачей в источник тока переменного тока синусоидальной формы, период которого равен этому основному выходному напряжению.

Ток изменяется синусоидально, состояния c) и d), рассмотренные выше, не представляют суммарные равные заряды в конденсаторах преобразователя, между этими двумя состояниями ток будет иметь переменный временный интервал. Это изменение не будет столь незначительным, если период функционирования переключателей точно определен модулированной частотой.

С другой стороны, можно ожидать, что переменный ток, сформированный в источнике тока, не будет строго синусоидальным, а будет изменяться на асимметричный манер. В то же время отклонения уровней в сигналах управления или в полученных сигналах или различное время коммутации между разными переключающимися переключателями делают неизбежным неравные продолжительности соединения переключателей в течение периода функционирования преобразователя или сдвигают во времени фазы соединения переключателей, или же токи заряда и разряда конденсаторов остаются неуравновешенными. По основному методу, следовательно, практически невозможно гарантировать в многоступенчатом преобразователе описанного типа соблюдение номинальных состояний функционирования, таких, чтобы они соответствовали описанным. Итак, длительное отклонение заряда приводит к отклонению в ту или другую сторону заряда конденсатора и, следовательно, среднего напряжения заряда также, как и к искажению в частоте напряжения при работе преобразователя, подаваемого в источник тока.

Этот эффект иллюстрируется кривой V1' фиг. 3, которая подобна линии V1, за одним исключением, что конденсатор C1 (фиг. 1) становится заряженным напряжением более слабым, чем номинальное напряжение заряда, вместо того, чтобы формировать импульсы Vi1, Vi2, Vi3 постоянной амплитуды, преобразователь выдает импульсы такие, как Vi1' уменьшенной амплитуды (масштаб увеличен для лучшего понимания), когда конденсатор C1 выдает в источник тока C свое собственное напряжение заряда, и импульсы такие, как Vi2' увеличенной амплитуды, когда конденсатор C1 формирует свое собственное напряжение, которое подается в источник тока C, также, как импульсы такие, как Vi3' неизменной амплитуды, когда конденсатор C1 - вне сети. Легко увидеть, что в сигнале V'1 это вносит возмущающую компоненту в частоту квантования преобразователя.

Подобная возмущающая компонента не возникает, когда конденсаторы заряжены своим номинальным соответствующим напряжением.

Но, главным образом, напряжения, которые управляют переключателями, не в большой степени зависят от разницы напряжений номинального заряда двух смежных конденсаторов, а зависят от величины напряжения от источника напряжения, разделенной на число уровней преобразования. Это может быть нежелательным для переключателей.

Разумеется, с учетом вышеупомянутого отклонения заряда конденсаторов самопроизвольно приводят к их самопоглощению, но этот процесс небыстротечен.

С другой стороны, этот самопроизвольный процесс вызывается источником тока. Такое не происходит, когда источник тока не формирует ток, и в любом случае будет слабее, когда ток источника тока невысок.

Настоящее изобретение, начиная с этих установленных факторов, предлагает многоступенчатый преобразователь, в котором лучшим образом обеспечивается поддержание среднего заряда каждого из конденсаторов преобразователя в соответствии с номинальным значением.

Согласно изобретению многоступенчатый преобразователь содержит средства для фиксации для каждого из вышеупомянутых конденсаторов возможного отклонения среднего измеренного напряжения заряда от номинального среднего напряжения заряда этого конденсатора, а также дополнительные средства управления изменением продолжительности пребывания в первом состоянии проводимости звена, подключенного к конденсатору, в таком направлении, в котором зафиксированное отклонение уменьшается.

Согласно одному варианту исполнения изобретения каждое из вышеупомянутых средств фиксации отклонения содержит средства для получения значения напряжения источника напряжения, параметра модуляции, определяющей форму волны напряжения, подаваемого в упомянутый источник тока, ранга уровня и числа уровней, для определения этого нужно иметь соответственно номинальное напряжение заряда каждого конденсатора в период функционирования преобразователя, в котором в таком случае фиксируется отклонение для каждого конденсатора преобразователя средствами сравнения, поддерживающими указанное среднее изменяющееся напряжение на выводах каждого конденсатора, в соответствии с номинальным напряжением заряда конденсаторов.

Согласно первому варианту исполнения изобретения вышеуказанные средства измерения напряжения на выводах каждого конденсатора содержат схему, измеряющую напряжение, подсоединенную между двумя выводами конденсатора.

Согласно еще одному варианту исполнения вышеуказанные средства измерения напряжения на выводах каждого конденсатора содержат схему, измеряющую напряжение, подсоединенную между двумя выводами переключателя каждого звена.

Согласно другому варианту исполнения вышеупомянутые средства измерения напряжения на выводах каждого конденсатора содержат схему, измеряющую напряжение, подсоединенную между двумя выводами источника тока.

Предпочтительно, чтобы каждое из вышеуказанных дополнительных средств управления получало, помимо упомянутого сигнала отклонения, значение тока, сформированного указанным источником тока, и постоянную величину, отражающую емкость одного из вышеупомянутых конденсаторов, который к нему подсоединен, и вычисляло соответственно изменение продолжительности первого состояния проводимости звена, соединенного с этим конденсатором, тогда, когда она создает в конденсаторе заряд, компенсирующий вышеуказанное отклонение заряда.

Предпочтительно также, когда каждое из вышеуказанных дополнительных средств управления получает сигнал модуляции и изменяет соответственно продолжительность пребывания в первом состоянии проводимости звена, соединенного с этим конденсатором, таким образом, все вышеупомянутые дополнительные средства управления действуют также, вышеуказанный источник тока получает среднее модулированное напряжение благодаря вышеупомянутому сигналу модуляции.

Предпочтительно, наконец, когда каждое из вышеупомянутых дополнительных средств управления получает от дополнительного соседнего средства управления сигнал изменения, установленный в последнем из них и определяющий изменение, которое это дополнительное соседнее средство управления вносит в указанную длительность пребывания в первом состоянии проводимости звена, соединенного с ним, чтобы упомянутое рассмотренное дополнительное средство управления изменяло соответственно упомянутую продолжительность пребывания в первом состоянии проводимости звена, которое ему присуще, в одном направлении, которое компенсирует для конденсатора, соединенного с этим последним звеном, явление, при котором изменение привносится в соседнее звено.

Различные цели и характеристики представленного изобретения более подробно описаны ниже в качестве примера без ограничений со ссылками на приложенные чертежи, которые представляют: фиг. 1 - уже описанная, принципиальная схема известного многоступенчатого преобразователя; фиг. 2 - уже описанная, объединенная схема двух чередующихся уровней многоступенчатого преобразователя на фиг. 1; фиг. 3 - уже описанные формы волн, описывающих функционирование многоступенчатого преобразователя фиг. 1 и 2 в случае, когда он содержит три уровня; фиг. 4 - принципиальная схема средства управления многоступенчатого преобразователя по типу фиг. 1, 2 и 3 согласно изобретению; фиг. 5 - кривые, иллюстрирующие использование изобретения, в соответствии с устройством фиг. 4 применительно к какому-либо звену многоступенчатого преобразователя, такому, как на фиг. 2;
фиг. 6 - принципиальная схема средства, изменяющего напряжение заряда конденсатора, используемого в устройстве на фиг. 4;
фиг. 7 - принципиальная схема варианта части средства фиг. 4, соответствующего случаю, когда среднее напряжение заряда каждого конденсатора многоступенчатого преобразователя зависит от известного напряжения на клеммах каждого из переключателей, когда они открыты.

Далее описание многоступенчатого преобразователя повторяться не будет. Схемы фиг. 1, 2 и 3 соответствуют преобразователю, описанному в патенте Франции 2697715 A1, в котором описание дано с более общими деталями.

Фиг. 4 представляет не весь преобразователь фиг. 1, а только конденсаторы C1, C2, ... Cn.

К каждому их этих конденсаторов подсоединено согласно изобретению устройство измерения VMO1, VMO2, ... VMOn, позволяющее измерять среднее напряжение заряда каждого конденсатора. Для этого устройство соединено с двумя выводами конденсатора. Формируемый сигнал измерения VO1, VO2, ... VOn отражает среднее напряжение заряда, имеющееся на выводах конденсатора.

В каждом конденсаторе имеется одинаково соединенное согласно изобретению устройство фиксации отклонения VE1, VE2, ... VEn, обеспечивающее фиксацию измеренного отклонения между средним наблюдаемым напряжением заряда, которое получено соответствующим устройством измерения, и средним номинальным напряжением заряда этого конденсатора. Это устройство фиксации отклонения определяет также среднее номинальное напряжение заряда этого конденсатора, которое является частью 1/n, n представляет число уровней преобразователя, напряжение VE источника напряжения SE, умноженное на ранг R уровня. Это устройство получает в итоге значение VE, тогда как значения n и R, которые являются постоянными, определены в каждом устройстве. Это последнее устройство определяет среднее номинальное напряжение заряда VE·R/n и сравнивает с напряжением среднего измеренного заряда для формирования сигнала отклонения VEC1, VEC2, ... VECn, характеризующего разницу между этими двумя напряжениями.

Этот сигнал отклонения предназначен для подачи на дополнительные средства управления, входящие в управляющие модули MCC1, MCC2, ... MCCn. Эти управляющие модули срабатывают в ответ на сигналы запуска sd1, sd2, ... sdn, которые на них подаются в каждом периоде, таком как p1 (фиг. 3), тактовым генератором BT, формируемые со сдвигом, для управления со сдвигом коммутационными звеньями преобразователя и его первоначального и последующего функционирования в течение каждого периода, номинальная продолжительность управляющего импульса которого ограничена величиной M сигнала модуляции. Вышеназванные дополнительные средства управляющих модулей MCC1, MCC2, ... MCCn вносят вторично изменение в длительность этого импульса, которое зависит от величины сигнала отклонения VEC1, VEC2, ... VECn, также как ток I определяется источником тока. Вышеназванные дополнительные средства управляющих модулей MCC1, MCC2, ... MCCn привносят, таким образом, преимущественно изменение в длительность этого импульса, которая зависит от изменения, привнесенного в собственный импульс управления соседним управляющим модулем, который выдал сигнал от сигнала изменения SM1, SM2, ... SMn, произведенного каждым управляющим модулем MCC1, MCC2, ... MCCn. В примере фиг. 4 сигнал SM1 сформирован управляющим модулем MCC2, сигнал SM2 модуля MCC3 не представлен. Изображенный сигнал SMn для управляющего модуля MCCn для однородных оснований не существует в измерении, где не имеется управляющего модуля MCCn+1. Результирующие сигналы CT1, CT2, ... CTn управляют состояниями переключателей в соответствующих коммутационных звеньях CL1, CL2, ... CLn.

Более точно, сигнал отклонения удлиняет (или укорачивает) состояние "1" переключателя, соответствующего T1, T2, ... Tn (см. фиг. 1). Это увеличение зависит от отклонения корректирующей нагрузки, а также от тока в источнике тока I, измеренного датчиком тока классического типа, включенного в цепь с источником тока, а также от емкости конденсатора, которая постоянно присутствует в управляющем модуле.

Кроме того, увеличение привносится в соседний управляющий импульс в силу того, как это было пояснено перед этим, а именно, что "конденсатор C1 получает суммарные положительные заряды от того же тока, который формирует суммарные отрицательные заряды в конденсаторе C2". Так, например, увеличение управляющего импульса CT2, который проходит коммутатор T2 и который отрицательно заряжает конденсатор C2, обеспечивает нежелательный суммарный положительный заряд в конденсаторе C1. Это дополнительное увеличение в итоге индицируется в управляющем модуле MCC1 сигналом SM1, который использован для коррекции управляющего сигнала CT1 в такую сторону, чтобы откорректировать упоминаемый нежелательный суммарный положительный заряд.

Разумеется, направление таких коррекций постепенно будет изменено в случаях, когда влияние изменений заряда одного конденсатора на другой происходит в другую сторону.

Фиг. 5 иллюстрирует два случая функционирования объединенных двух чередующихся звеньев, таких как на фиг. 2, для направлений тока, представленных на этой фиг. 2, и представления разряда конденсатора Ck кривыми Ik и Vck тока в конденсаторе и напряжения на его выводах. Фиг. 5 иллюстрирует также функционирование переключателей Tk и Tk+1 звеньев CLk и CLk+1.

В периоде pc1 функционирования преобразователя номинальные импульсы, закрывающие переключатели Tk и Tk+1, выдаются последовательно, без совмещения. Импульс Tk, как показано перед этим, формирует импульс тока Id, который задает суммарный отрицательный заряд в конденсаторе Ck, то есть разряжает его. Затем, импульс Tk+1 формирует импульс тока Ie, который дает суммарный положительный заряд, то есть его вновь заряжает. Напряжение Vck сначала на уровне ec1 уменьшается во время импульса Id, затем снова увеличивается во время импульса Ie для возвращения на тот же уровень ec1.

Проиллюстрировано изменение продолжительности номинального импульса Tk удлинением этого импульса в первом интервале коррекции itk1, затем во втором интервале коррекции itk2.

При измерении, когда этот интервал коррекции itk1 короче, чем промежуток времени между двумя номинальными импульсами Tk и Tk+1, результатом является удлинение C'ck1 разряда конденсатора Ck в виду коррекции измеряемого отклонения, которое может быть чрезмерным зарядом конденсатора Ck. В результате увеличения периода разряда и относительного уменьшения результирующего напряжения, наблюдаемого на выходах конденсатора Ck, которое является ec2, напряжение понижается до ec1.

Если коррекция уменьшается также на втором интервале коррекции itk2 в точке, где импульс Ck удлиняется до тех пор, чтобы образовать частичо, по крайней мере, импульс Tk+1, увеличение разряда составляет всю продолжительность до начала номинального импульса Tk+1. Впоследствии два переключателя совместно закрыты, производится уменьшение Cck2 заряда конденсатора Ck с начала импульса Tk+1 до момента, когда длящийся импульс Tk заканчивается. Затем, напряжение на выводах конденсатора Ck становится ec3, напряжение преобразуется в ec2. Увеличение разряда и уменьшение заряда происходит одно, как и другое, в сторону уменьшения чрезмерного заряда конденсатора Ck.

Разумеется, примеры приведены в описании только с демонстративной целью. Вносимые поправки имеют очень большую амплитуду относительно продолжительности номинальных импульсов переключателей, что не должно встречаться в практике. Тем не менее допустимо точное распознавание того, что происходит в преобразователе во время коррекции отклонения заряда, когда конец номинального импульса Tk звена CLk достигает начала номинального импульса Tk+1 следующего звена и увеличение номинального импульса Tk не производится или, напротив, производится, чтобы образовать частично, по меньшей мере, номинальный импульс Tk+1. Возможно проверить произведенную коррекцию в двух случаях.

Фиг. 5 иллюстрирует аналогично в другом периоде pc2 механизм коррекции чрезмерного заряда конденсатора Ck в случае, когда действующие импульсы Tk и Tk+1 образуются частично. Как для отношения i+k2/Cck2, что приведено для рассмотрения, увеличивающееся отношение itk3/уменьшающееся Cck3 осуществляет желаемую коррекцию.

Легко проверить, что коррекция в противоположную сторону среднего заряда конденсатора Ck, будучи недостаточной, проявляется в уменьшении длительности действующего импульса Tk и приводит к увеличению заряда конденсатора Ck.

С другой стороны, согласно варианту вышеупомянутая коррекция отклонений заряда может быть предусмотрена в централизованно реализованном устройстве управления работой всех управляющих модулей MCC1, MCC2, ... MCCn или в устройстве, соединяющем все управляющие модули MCC1, MCC2, ... MCCn, составляющие объединения и средства координации между модулями, способном в итоге предусмотреть это или начальные коррекции для использования в функционировании одного или нескольких уровней преобразователя, а также последующие соответствующие коррекции.

В упрощенном варианте реализации такое устройство будет поддерживать циклический порядок функционирования первой ступени переключателей, например корректировать все обнаруженное отклонение путем изменения циклических порядков других ступеней сообразно с предыдущим. Возможно также лучше предвидеть поддержание циклического порядка функционирования последней ступени.

В этих условиях пользователь сможет легко понять, что возможно, внося также общую коррекцию, направленную на все ступени, кроме одной, соответствующим механизмом, описанным выше, настроить последнее управление, чтобы сделать таким образом совокупность коррекций не воздействующей на источник тока, напряжение, подаваемое на источник тока, чтобы оставалось постоянным, и одна энергия, выделяемая на источнике напряжения, была переменной, за счет увеличения или уменьшения этой выделяемой энергии с последующим распределением на различные ступени за счет механизма коррекции, который был описан.

Таким же образом, изменение напряжения, подаваемого преобразователем в источник тока, может быть достигнуто только изменением заряда конденсатора ранга n-1, механизм коррекции которого был описан с последующим обеспечением выравнивания зарядов конденсаторов рангов n-2, ... 2, 1, как должно быть.

Устройство, описанное в этом способе, позволяет также изменять длительность проводимости переключателей Tk, чтобы среднее напряжение каждого конденсатора Ck было каждый раз возможно более близким к своему напряжению номинального заряда.

Это напряжение номинального заряда, как было показано, соответствует части напряжения VE источника напряжения (см. фиг. 1), которая зависит от ранга k соответствующей ступени.

Напряжение среднего заряда конденсатора в результате определяется методом, связанным с этим способом, в устройстве контроля VMO1, VMO2, ... VMOn, представляющим VMOk в общем.

Основываясь на этом способе и в соответствии с фиг. 6, это устройство будет содержать, согласно типу использования, сопротивления ptk1, ptk2, включенные в сеть между выводами конденсатора Ck, формируя определенную часть напряжения на выводах этого конденсатора в аналого-цифровом преобразователе CAN, воспроизводящем в каждом импульсе fkn числовое значение напряжения в схеме вычисления среднего SCk, которое однажды определено в преобразовательном цикле логической схемой PVK, срабатываемой от сигнала gk. Сигналы fk и gk должны качественно воспроизводиться тактовым генератором BT (фиг. 4), и их положение в периоде функционирования преобразователя будет таково, что после m измерений напряжения в периоде функционирования преобразователя и вычисления среднего из результатов этих измерений значение напряжения полученного среднего заряда должно быть на выходе VOk схемы SCK в течение цикла преобразования в момент, пригодный для определения в управляющих модулях MMC1, MMC2, ... MMCn, изменения, описанного в соответствии с фиг. 4, длительности положения надлежащей проводимости (проводимость переключателя Tk в этом способе) соответствующего звена.

Легко понять, что средний возбуждаемый заряд конденсатора Ck может быть получен другими методами.

Согласно первому варианту, иллюстрируемому фиг. 7, вместо того, чтобы измерять напряжение на выводах конденсатора Ck, измеряют напряжение VE источника напряжения и напряжение между клеммами переключателей каждого звена, чтобы установить вычитанием, и постепенно напряжение среднего заряда каждого из конденсаторов многоступенчатого преобразователя. Согласно этому фиг. 7 представляет один из переключателей многоступенчатого преобразователя фиг. 1, Tk, который включен в схему измерения напряжения V1k, которая может быть сходна с такой же на фиг. 6, пригодной к приспособлениям, установленным пользователем, которая формирует сигнал Vk, характеризующий напряжение на клеммах переключателя Tk, в схеме вычисления CC в то время, когда она получает сигнал управления VCk от этого переключателя Tk, что позволяет в схеме вычисления не принимать во внимание значения, формируемые схемой измерений V1k в течение периодов, когда переключатели закрыты. Схема вычисления получает непосредственно напряжение VE, которое может быть получено также схемой, такой как на фиг. 6, разумно упрощая, и осуществляют вычисление вычитаемого, которое соответствует сигналам VO1, VO2, ... VOn на фиг. 4.

Согласно другому варианту, который наглядно представляется фиг. 3, значение амплитуды импульсов, подаваемых в источник тока I, представляет напряжение на выводах конденсатора, которое их возбуждает, одно устройство, такое как на фиг. 6, подключенное к выводам источника тока C и измеряющее напряжение в различных точках кривой V1 фиг. 3, в течение каждого периода, такого как p1, будет представлять уровни vi1, vi2, vi3, выданные каждым конденсатором. Пользователю будет легко понять, как можно получить сигналы VO1, VO2, ... VOn фиг. 3, представляющие измеренный средний заряд каждого из конденсаторов многоступенчатого преобразователя.

Очевидно, что разъяснения, которые представлены, дают только описание ограниченного примера, и что числовые значения, в частности, могут меняться при каждом применении.

Формула изобретения

1. Многоступенчатый преобразователь, содержащий между источником напряжения (SE) и источником тока (С) последовательность последовательно соединенных коммутационных управляющих звеньев (CL1, CL2, ... CLn), каждое имеющее по два переключателя (T1, T'1; T2, T'2; ... Tn, T'n) с выводом каждого из двух переключателей, входящим в пару входных выводов звена, и с другим выводом каждого из двух переключателей, входящим в пару выходных выводов звена, пара входных выводов первого звена (CL1) соединена с вышеназванным источником тока (С), тогда как пара выходных выводов последнего звена (CLn) соединена с вышеуказанным источником напряжения (SE), преобразователь содержит конденсатор (C1, C2, ... Cn) для каждого звена, кроме последнего, для которого он может быть исключен, а также средства управления, управляющие номинальным функционированием преобразователя, действуя на переключатели последовательных звеньев таким образом, что два переключателя одного и того же звена были всегда соответственно в состояниях противоположного соединения с тем, чтобы в ответ на управляющий сигнал звено (C1, CТ2, ... CТn) действовало от средств управления, один из двух переключателей одного и того же звена находится последовательно в первом состоянии проводимости, затем во втором состоянии проводимости в течение повторяющегося циклически периода, с тем, чтобы в ответ на сигналы управления идентичных звеньев, но смещенные во времени на часть указанного периода, переключатели последовательных звеньев имели соответственно то же функционирование, но смещенное во времени на упомянутую часть периода, последовательные конденсаторы (CI, C2, ... Cn) средние номинальные напряжения заряда соответственно возрастающими, среднее номинальное напряжение заряда каждого из вышеупомянутых звеньев равно произведению выходного напряжения вышеуказанного источника напряжения на ранг звена и на число, обратное числу звеньев, отличающийся тем, что содержит средства изменения (МО1, МО2, . . . VМOn) среднего напряжения на выводах каждого из конденсаторов (C1, C2, ... Cn), средства (VE1, VE2, ... VЕn) для фиксации для каждого из вышеуказанных конденсаторов (C1, C2, ... Cn) возможного отклонения среднего измеряемого напряжения заряда от среднего номинального напряжения заряда этого конденсатора, а также дополнительные средства управления (МСС1, МСС2, ... МССn) изменением продолжительности первого состояния проводимости звена, соединенного с указанным конденсатором в таком направлении, что фиксируемое отклонение должно уменьшаться.

2. Многоступенчатый преобразователь по п.1, отличающийся тем, что каждое из вышеназванных средств фиксации отклонения (VE1, VE2, ... VЕn) содержит средства для получения значения напряжения (VE) от источника напряжения (SE), ранга уровня (R) и числа уровней (n), для определения, какое должно быть соответственно напряжение номинального заряда каждого конденсатора в период функционирования преобразователя, причем вышеупомянутое отклонение (VE1, VE2, . . . VЕn) установлено для каждого конденсатора преобразователя средствами сравнения путем вычитания вышеназванного среднего напряжения, измеренного на выводах каждого конденсатора, с вышеупомянутым напряжением номинального заряда.

3. Многоступенчатый преобразователь по п.2, отличающийся тем, что вышеуказанные средства измерения (VM1, VM2, ... VMn) напряжения на выводах каждого конденсатора (CI, C2, ... Cn) содержат схему, измеряющую напряжение (ptk1, ptk2) и подсоединенную между двумя выводами конденсатора.

4. Многоступенчатый преобразователь по п.2, отличающийся тем, что вышеупомянутые средства измерения напряжения на выводах каждого конденсатора содержат схему, измеряющую напряжение (V1K) и подсоединенную между двумя выводами переключателя (Тк) каждого звена и вычислительной схемой (СС), вычисляющей напряжение на выводах каждого конденсатора от напряжения VE источника напряжения и измеренные напряжения на выводах переключателей, подводимые к этому конденсатору от источника напряжения.

5. Многоступенчатый преобразователь по п.2, отличающийся тем, что вышеуказанные средства измерения напряжения на выводах каждого конденсатора содержат схему, измеряющую напряжение, подсоединенную к источнику тока для обнаружения в выходном напряжении возможных отклонений заряда, а также вычислительное устройство, содержащее модель преобразователя и обеспечивающее измерение напряжение на выводах каждого из конденсатора.

6. Многоступенчатый преобразователь по одному из пп.1 - 5, отличающийся тем, что каждое из вышеприведенных дополнительных средств управления (МСС1, МСС2, . . . MCCn) получает помимо вышеупомянутого сигнала отклонения (VE1, VE2, ... VЕn), значение тока 1, сформированного вышеназванным источником тока, и постоянную, отражающую емкость одного из конденсаторов, который с ним соединен, и вычисляет в соответствии с изменением продолжительности, свойственной первому состоянию проводимости звена, соединенного с этим конденсатором, так, что она вызывает в этом конденсаторе заряд, компенсирующий указанное отклонение заряда.

7. Многоступенчатый преобразователь, по одному из пп.1 - 6, отличающийся тем, что каждое из вышеназванных дополнительных средств управления (МСС1, МСС2, ...МССn) получает помимо вышеупомянутого сигнала отклонения (VE1, VE2, ... VЕn) сигнал модуляции М и изменяет соответственно продолжительность пребывания в первом состоянии проводимости звена, соединенного с этим конденсатором, причем все вышеназванные дополнительные средства управления действуют одинаково, вышеупомянутый источник тока получает среднее напряжение, модулированное в соответствии с указанным сигналом модуляции.

8. Многоступенчатый преобразователь по одному из пп.1 - 7, отличающийся тем, что каждое из вышеназванных дополнительных средств управления (МСС1, МСС2, . . . МССn) получает от соседнего дополнительного средства управления модифицированный сигнал (SM1, SM2, ... SMn), сформированный в этом последнем средстве и определяющий изменение, которое это соседнее дополнительное средство управления привносит в упомянутую продолжительность нахождения в первом состоянии проводимости звена, с ним соединенного, благодаря чему вышеназванное дополнительное средство управления изменяет соответственно указанную продолжительность нахождения в первой проводимости звена, которая ему свойственна, в направлении, которое компенсирует конденсатор, соединенный с этим последним звеном, возмущающее действие которого влияет на соседнее звено.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7