RU2004056C1

RU2004056C1 - Pulse-width converter

Info

Publication number: RU2004056C1
Authority: RU
Inventors: Виктор Иванович Яшкин
Original assignee: Виктор Иванович Яшкин
Priority date: 1990-03-19
Filing date: 1990-03-19
Publication date: 1993-11-30

Abstract

Использование: в системах вторичного электропитани централизованного и децентрализованного типов. Сущность изобретени : преобразователь содержит силовую часть и блок управлени ею. Силова часть содержит ключи, образующие коммутатор , входной двухобмоточный дроссель, четы- рехобмоточный дроссель, выходной трехстержне- вой трансформатор и фильтрующие конденсаторы. Блок управлени под воздействием возмущени по входу либо по выходу преобразовател измен ет моменты переключени силовых ключей коммутатора таким образом, что переходный и новый установившийс режимы отличаютс от задающего воздействи на величину, не превышающую необходимую точность, осуществл быстродействующее отслеживание синусоидального или иного сигнала задани 2 ил.Usage: in secondary power systems of centralized and decentralized types. SUMMARY OF THE INVENTION: A converter comprises a power unit and a control unit thereof. The power part contains the keys that form the switch, the input two-winding inductor, the four-winding inductor, the output three-core transformer and filter capacitors. The control unit, under the influence of disturbances at the input or output of the converter, changes the switching times of the power switches of the switch in such a way that the transition and new steady-state modes differ from the setpoint by not exceeding the required accuracy by quickly tracking a sinusoidal or other 2-signal reference signal.

Description

Изобретение относитс к преобразовательной технике и может использоватьс в преобразовател х посто нного низковольтного напр жени в переменное синусоидальное .The invention relates to a converter technique and can be used in DC / DC converters to a sinusoidal alternating voltage.

Известен однофазный инвертор, преобразующий посто нное напр жение в переменное , синусоидальное, работающий в режиме двухпозиционной широтно-импуль- сной модул ции, содержащий два конденсатора , два управл емых ключа, шунтированный каждый обратным диодом, двухобмоточный дроссель и конденсатор фильтра, трансформатор с двум первичными обмотками и вторичной обмоткой, к выводам которой параллельно подключен конденсатор фильтра, а к выводам первичных - соответствующие выводы обмоток дроссел фильтра.Known single-phase inverter that converts a constant voltage into alternating, sinusoidal, operating in the mode of two-position pulse-width modulation, containing two capacitors, two controlled keys, each shunted by a reverse diode, a two-winding inductor and a filter capacitor, a transformer with two primary windings and a secondary winding, to the terminals of which a filter capacitor is connected in parallel, and to the terminals of the primary, the corresponding conclusions of the filter throttle windings.

Его недостатком вл етс невозможность работы с энергетически выходной трехпозиционной широтно-импульсной модул цией при формировании синусоидального выходного напр жени .Its disadvantage is the inability to work with an energy-output three-position pulse width modulation when generating a sinusoidal output voltage.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению вл етс преобразователь посто нного напр жени в переменный ток, работающий в режиме трехпозиционной широтно-импульсной модул ции и содержащий входной конденсатор , две пары управл емых ключей, включенных по мостовой схеме и шунтиро- ванных каждый обратным диодом, трансформатор , дроссель фильтра, датчик мгновенного значени выходного тока, блок управлени .The closest in technical essence to the invention is a DC-to-AC converter operating in a three-position pulse-width modulation mode and containing an input capacitor, two pairs of controllable switches connected via a bridge circuit and shunted by a reverse diode, each transformer, filter choke, output current instantaneous sensor, control unit.

Недостатком преобразовател вл етс формирование только синусоидального выходного тока и снижение КПД при преобразовании низковольтного напр жени питани .вследствие неэффективности используемой мостовой схемы, необходимости повышени коэффициента трансформации и увеличение токовой загрузки управл емых ключей моста.The disadvantage of the converter is the formation of only a sinusoidal output current and a decrease in the efficiency when converting the low-voltage supply voltage. Due to the inefficiency of the used bridge circuit, the need to increase the transformation ratio and increase the current load of the controlled bridge keys.

Целью изобретени вл етс повышение КПД путем раздельного подключени соответствующих пар управл емых ключей к источникам напр жени и независимой противотактной их работы, след щее трех- позиционное широтно-импульсное регулирование и стабилизаци выходного напр жени , ограничение токов через управл емые ключи при перегрузках и к.з.The aim of the invention is to increase the efficiency by separately connecting the corresponding pairs of controlled keys to voltage sources and independently operating them counter-clockwise, following three-position pulse-width control and stabilization of the output voltage, limiting currents through controlled keys during overloads and to. h.

Цель достигаетс тем, что преобразователь , содержащий входной конденсатор, две пары управл емых ключей, каждый изThe goal is achieved in that the converter containing the input capacitor, two pairs of controlled keys, each of

которых шунтирован обратным диодом, трансформатор, дроссель и конденсатор фильтра, датчики мгновенных значений токов и напр жений, блок управлени , содержит два компаратора с гистерезисом и два логических инвертора, при этом выход первого компаратора соединен с входом первого инвертора, а выход второго компаратора - с входом второго инвертора, введен входной двухобмоточный дроссель, второй входной конденсатор, а дроссель фильтра выполнен четырехобмоточным, трансфор- маторгтрехстержневым с намотанными на крайних стержн х попарно первичными об5 мотками и на среднем - вторичной, причем плюсовой входной вывод преобразовател соединен с первыми выводами первого входного конденсатора, первой обмотки входного дроссел , с вторым выводом вто0 рой обмотки дроссел фильтра и с первым силовым выводом третьего ключа, минусовой входной вывод преобразовател соединен с вторым выводом второго входного конденсатора, с первым выводом второй об5 мотки входного дроссел , с вторым выводомwhich are shunted by a reverse diode, a transformer, a choke and a filter capacitor, instantaneous current and voltage sensors, a control unit, contains two comparators with hysteresis and two logical inverters, while the output of the first comparator is connected to the input of the first inverter, and the output of the second comparator to the input of the second inverter, the input two-winding inductor is introduced, the second input capacitor, and the filter inductor is made of four-winding, three-rod transformer with wound on the terminal rods in pairs by coil windings and on the secondary - secondary, and the positive input terminal of the converter is connected to the first terminals of the first input capacitor, the first winding of the input throttle, with the second terminal of the second winding of the filter throttle and with the first power terminal of the third key, the negative input terminal of the converter is connected to the second the output of the second input capacitor, with the first output of the second winding of the input throttle, with the second output

первой обмотки дроссел фильтра и с вто . рым силовым выводом четвертого ключа,the first winding of the filter throttle and with the WTO. fourth power output of the fourth key,

второй вывод первой обмотки входногоsecond output of the first input winding

дроссел соединен с первым выводом вто0 рого входного конденсатора, с первым силовым выводом первого ключа и первым выводом четвертой обмотки дроссел фильтра , второй вывод второй обмотки входного дроссел соединен с вторым выводом пер5 вого входного конденсатора, с вторым силовым выводом второго ключа и первым выводом третьей обмотки дроссел фильтра , вторые силовые выводы первого и третьего ключей соединены соответственно сthe throttle is connected to the first terminal of the second input capacitor, with the first power terminal of the first key and the first terminal of the fourth winding of the filter throttle, the second terminal of the second coil of the input throttle is connected to the second terminal of the first input capacitor, with the second terminal of the second key and the first terminal of the third winding filter throttle, the second power leads of the first and third keys are connected respectively to

0 первым и вторым выводами первой и третьей первичных обмоток трансформатора , а первые силовые выводы второго и четвертого ключей - с первым и вторым выводами второй и четвертой первичных об5 моток, вторые выводы первой и второй обмоток трансформатора соединены кажда с соответствующими первыми выводами первой и второй обмоток дроссел фильтра, а первые выводы третьей и четвертой обмо0 ток - с вторыми выводами третьей и четвертой обмоток дроссел фильтра, выводы вторичной обмотки трансформатора и параллельно подключенного к ним конденсатора фильтра образуют выходные выводы0 the first and second leads of the first and third primary windings of the transformer, and the first power leads of the second and fourth switches with the first and second leads of the second and fourth primary windings, the second leads of the first and second windings of the transformer are connected each to the corresponding first leads of the first and second windings filter throttle, and the first conclusions of the third and fourth windings current - with the second conclusions of the third and fourth windings of the filter throttle, conclusions of the secondary winding of the transformer and in parallel connected to them the filter head forms the output terminals

5 преобразовател , а блок управлени снабжен двум суммирующими усилител ми, за- датчиком синусоидального управл ющего воздействи , четырьм одновибраторами, возбуждаемыми передними фронтами и генерирующими одинаковые по длительности5 converters, and the control unit is equipped with two summing amplifiers, a sinusoidal control action sensor, four single-vibrators excited by leading edges and generating identical durations

кратковременные импульсы, двум элементами 1/1ЛИ-НЕ, четырьм элементами И, четырьм формировател ми импульсов управлени ключами преобразовател , третьим суммирующим усилителем, причем выходы четырех датчиков мгновенного значени тока обмоток дроссел фильтра преобразовател соответственно соединены с четырьм входами первого усилител , а его выход - с первым инвертирующим входом второго усилител , выход задатчика управл ющего воздействи соединен с третьим неинвертирующим входом второго усилител , а его второй инвертирующий вход - с выходом датчика мгновенного значени выходного напр жени преобразовател , выход второго усилител соединен с входами первого, второго компараторов с симметричными гистерезисами, выход первого из них соединен с входом первого одновибра- гора и с первым входом первого элемента И, выход первого инвертора соединен с входом второго одновибратора и с первым входом второго элемента И, выходы первого, второго одновибраторов соединены с соответствующими входами первого элемента 1/1Л1Л-НЕ, а его выход- с вторыми входами первого, второго элементов И, выход второго компаратора соединен с входом четвертого одновибратора и с первым входом четвертого элемента И, выход второго инвертора соединен с входом третьего одно- вибратора и с первым входом третьего элемента И, выходы третьего, четвертого одновибраторов соединены с соответствующими входами второго элемента ИЛИ-НЕ, а его выход - с вторыми входами третьего, четвертого элементов И, выходы с первого по четвертый элементов И соответственно соединены с входами с первого по четвертый формирователей импульсов управлени , а их выходы - соответственно с управл ющими входами с первого по четвертый управл емых ключей преобразовател , при этом отношение ширины зоны симметричного гистерезиса второго компаратора к ширине зоны первого больше единицы , а дл контрол за состо нием управл емых ключей выходы датчиков напр жени первого, четвертого ключей соединены с неинвертирующими входами третьего усилител , а выходы датчиков напр жени второго, третьего ключей - с инвертирующими входами этого усилител .short pulses, two 1/1 LI-NOT elements, four AND elements, four converter key control pulse generators, a third summing amplifier, and the outputs of the four sensors of the instantaneous current value of the windings of the drossel of the converter filter are respectively connected to the four inputs of the first amplifier, and its output is with the first inverting input of the second amplifier, the output of the master controller is connected to the third non-inverting input of the second amplifier, and its second inverting input - with the output of the sensor of the instantaneous value of the output voltage of the converter, the output of the second amplifier is connected to the inputs of the first, second comparators with symmetrical hysteresis, the output of the first of them is connected to the input of the first one-shot and to the first input of the first element And, the output of the first inverter is connected to the input the second one-shot and with the first input of the second element And, the outputs of the first, second one-shots are connected to the corresponding inputs of the first element 1 / 1L1L-NOT, and its output - with the second inputs of the first, second electronic of elements And, the output of the second comparator is connected to the input of the fourth one-shot and with the first input of the fourth element And, the output of the second inverter is connected to the input of the third one-vibrator and to the first input of the third element And, the outputs of the third, fourth single-vibrators are connected to the corresponding inputs of the second element OR- NOT, but its output - with the second inputs of the third, fourth AND elements, the outputs from the first to fourth AND elements are respectively connected to the inputs from the first to fourth control pulse shapers, and their the outputs are, respectively, with the control inputs from the first to the fourth controlled keys of the converter, the ratio of the width of the symmetric hysteresis zone of the second comparator to the width of the first zone being greater than unity, and the voltage sensors of the first and fourth switches are connected to monitor the state of the controlled keys with non-inverting inputs of the third amplifier, and the outputs of the voltage sensors of the second, third switches with inverting inputs of this amplifier.

На фиг. 1 изображена структурна схема широтно-импульсного преобразовател с блоком управлени ; на фиг. 2 -диаграммы работы при формировании и стабилизации выходного синусоидального напр жени иIn FIG. 1 is a block diagram of a pulse-width converter with a control unit; in FIG. 2-diagrams of work in the formation and stabilization of the output sinusoidal voltage and

токов при номинальной нагрузке (а) и коротком замыкании (б).currents at rated load (a) and short circuit (b).

Широтно-импульсный преобразователь содержит первый входной конденсатор 1, 5 входной дроссель 2, дроссель фильтра 3, третий управл емый ключ 4, второй входной конденсатор 5, четвертый, первый, второй управл емые ключи 6,7,8, трансформатор 9, конденсатор фильтра 10, датчики мгновен0 ных значений токов и напр жений Pi,..R, Ui... U4, е, блок 11 управлени содержит два компаратора 12, 13с гистерезисом и два логических инвертора 14, 15, при этом выход первого компаратора 12 соединен с вхо5 дом первого инвертора 14, а выход второго компаратора 13- с входом второго инвертора 15, причем плюсовой входной вывод преобразовател соединен с первыми выводами первого входного конденсатораThe pulse-width converter contains a first input capacitor 1, 5 an input choke 2, a filter choke 3, a third controlled key 4, a second input capacitor 5, a fourth, a first, a second controlled keys 6,7,8, a transformer 9, a filter capacitor 10 , sensors of instantaneous values of currents and voltages Pi, .. R, Ui ... U4, е, control unit 11 contains two hysteresis comparators 12, 13 and two logical inverters 14, 15, while the output of the first comparator 12 is connected to input5 the house of the first inverter 14, and the output of the second comparator 13- with the input of the second invert pa 15, the positive input terminal of the transducer is connected to first terminals of the first input capacitor

0 1, первой обмотки входного дроссел 2, с вторым выводом второй обмотки дроссел фильтра 3 и с первым силовым выводом третьего ключа 4, минусовой входной вывод преобразовател соединен с вторым выво5 дом второго входного конденсатора 5, с первым выводом второй обмотки входного дроссел 2, с вторым выводом первой обмотки дроссел фильтра 3 и с вторым силовым выводом четвертого ключа 6, второй0 1, the first winding of the input throttle 2, with the second output of the second winding of the throttle filter 3 and with the first power output of the third key 4, the negative input terminal of the converter is connected to the second output of the second input capacitor 5, with the first terminal of the second winding of the input throttle 2, s the second terminal of the first winding of the filter throttle 3 and with the second power terminal of the fourth key 6, the second

0 вывод первой обмотки входного дроссел 2 соединен с первым выводом второго входного конденсатора 5, с первым силовым выводом первого ключа 7 и первым выводом четвертой обмотки дроссел фильтра 3, вто5 рой вывод второй обмотки входного дроссел 2 соединен с вторым выводом первого входного конденсатора 1, с вторым силовым выводом второго ключа 8 и первым выводом третьей обмотки дроссел фильтра 3, вто0 рые силовые выводы первого и третьего ключей 7,4 соединены соответственно с первым и вторым выводами первой и третьей первичных обмоток трансформатора 9, а первые силовые выводы второго и0 the output of the first winding of the input throttle 2 is connected to the first output of the second input capacitor 5, with the first power output of the first key 7 and the first output of the fourth winding of the throttle filter 3, the second output of the second winding of the input throttle 2 is connected to the second output of the first input capacitor 1, s the second power terminal of the second key 8 and the first terminal of the third winding of the throttle filter 3, the second power terminals of the first and third keys 7.4 are connected respectively to the first and second terminals of the first and third primary windings ormatator 9, and the first power outputs of the second and

5 четвертого ключей 8,6 - с первым и вторым выводами второй и четвертой первичных обмоток , вторые выводы первой и второй обмоток трансформатора 9 соединены кажда с соответствующими первыми выводами5 of the fourth switch 8.6 - with the first and second leads of the second and fourth primary windings, the second leads of the first and second windings of the transformer 9 are connected each with the corresponding first leads

0 первой и второй обмоток дроссел фильтра 3, а первые выводы третьей и четвертой обмоток - с вторыми выводами третьей и четвертой обмоток дроссел фильтра 3, выводы вторичной обмотки трансформатора 90 of the first and second windings of the filter throttle 3, and the first conclusions of the third and fourth windings with the second leads of the third and fourth windings of the throttle filter 3, the terminals of the secondary winding of the transformer 9

5 и параллельно подключенного к ним конденсатора фильтра 10 образуют выходные выводы преобразовател , а блок 11 управлени снабжен двум суммирующими усилител ми 16,17, задатчиком 1fc5 and the filter capacitor 10 connected in parallel to them form the output terminals of the converter, and the control unit 11 is equipped with two summing amplifiers 16.17, a master 1fc

синусоидального управл ющего воздействи , первыми одновибратором 19 и элементом И 20, вторыми одновибратором 21 и элементом И 22, первым элементом ИЛИ- НЕ 23, четвертым одновибратором 24 и элементом И 25, третьим одновибратором 26 и элементом И 27, вторым элементом ИЛИ- НЕ 28, четырьм формировател ми 29-32, импульсов управлени , третьим суммирующим усилителем 33, причем выходы четырехsinusoidal control action, the first one-shot 19 and the And 20 element, the second one-shot 21 and the 22nd element, the first element OR 23, the fourth one-shot 24 and the 25th element, the third one vibrator 26 and the 27 element, the second OR 28 , four shapers 29-32, control pulses, the third summing amplifier 33, and the outputs of four

датчиков мгновенного значени тока fi(4instantaneous current sensors fi (4

обмоток дроссел 3 фильтра преобразовател соответственно соединены с четырьм входами первого усилител 16, а его выход - с первым инвертирующим входом второго усилител 17, выход задатчика 18 управл ющего воздействи соединен с третьим неинвертирующим входом второго усилител 17, его второй инвертирующий вход-с выходом датчика мгновенного значени выходного напр жени е преобразовател , выход второго усилител 17 соединен с входами первого, второго компараторов 12, 13, выход первого компаратора 12 соединен с входом первого одновибратора 19 и с первым входом первого элемента И 20, выход первого инвертора 14 соединен с входом второго одновибратора 21 и с первым входом второго элемента И 22, выходы первого, второго одновибраторов 19,21 соединены с соответствующими входами первого элемента ИЛИ-НЕ 23, а его выход - с вторыми входами элементов И 20,22, выход второго компаратора 13 соединен с входом четвертого одновибратора 24 и с первым входом четвертого элемента И 25, выход второго инвертора 15 соединен с входом третьего одновибратора 26 и с первым входом третьего элемента И 27, выходы третьего, четвертого одновибраторов 24,26 соединены с соответствующими входами второго элемента ИЛИ-НЕ 28, а его выход - с вторыми входами третьего, четвертого элементов И 25,27, выходы с первого по четвертый элементов И 20,22,27,25 соединены соответственно с входами с первого по четвертый формирователей 29-32 импульсов управлени , а их выходы - с соответствующими управл ющими входами Si,...,S4 с первого по четвертый управл емых ключей 7,8,4,6 преобразовател , при этом отношение ширины зоны симметричного гистерезиса 2Н второго компаратора 13 к ширине зоны 2h первого компаратора 12 больше единицы, а дл контрол за состо нием управл емых ключей 7,8,4,6 выходы датчиков напр жений 1Н, U4 первого, четвертого ключей 7,6 соединены с неинвертирующими входами третьего усилител 33, а выходы датчиковthe drossel windings 3 of the converter filter are respectively connected to the four inputs of the first amplifier 16, and its output is connected to the first inverting input of the second amplifier 17, the output of the control input 18 is connected to the third non-inverting input of the second amplifier 17, and its second inverting input is the output of the instantaneous sensor the output voltage of the converter, the output of the second amplifier 17 is connected to the inputs of the first, second comparators 12, 13, the output of the first comparator 12 is connected to the input of the first one-shot 1 9 and with the first input of the first element And 20, the output of the first inverter 14 is connected to the input of the second one-shot 21 and with the first input of the second element And 22, the outputs of the first, second one-shot 19,21 connected to the corresponding inputs of the first element OR NOT 23, and the output is with the second inputs of the elements And 20,22, the output of the second comparator 13 is connected to the input of the fourth one-shot 24 and with the first input of the fourth element And 25, the output of the second inverter 15 is connected to the input of the third one-shot 26 and with the first input of the third element And 27, the outputs third , of the fourth one-shot 24,26 connected to the corresponding inputs of the second element OR NOT 28, and its output - with the second inputs of the third, fourth elements And 25,27, the outputs from the first to fourth elements And 20,22,27,25 connected respectively to inputs from the first to fourth shapers of 29-32 control pulses, and their outputs with the corresponding control inputs Si, ..., S4 from the first to fourth controlled keys of the converter 7,8,4,6, with the ratio of the symmetrical zone width hysteresis 2H of the second comparator 13 to the width of the zone 2h of the first comparator 12 is more than one, and for monitoring the state of controlled keys 7,8,4,6 the outputs of voltage sensors 1H, U4 of the first, fourth switches 7.6 are connected to non-inverting inputs of the third amplifier 33, and the outputs of the sensors

напр жени Da, Уз второго, третьего ключей 8,4 - с неинвертирующими входами этого усилител 33.voltage Da, Uz second, third switches 8.4 - with non-inverting inputs of this amplifier 33.

Широтно-импульсный преобразовательPulse Width Converter

(фиг. 1) работает следующим образом.(Fig. 1) works as follows.

Источник посто нного напр жени питани U, подключенный к + и - входным выводам, через входной двухобмоточный дроссель 2 зар жает первый, второй входные конденсаторы 1,5 (или входные емкостные накопители) до напр жени , близкого к питающему. Пары управл емых ключей 7,8 и 4,6 с соответствующими обмотками дроссел фильтра 3 и первичными обмоткамиThe constant voltage source U connected to the + and - input terminals, through the input two-winding inductor 2 charges the first, second input capacitors 1.5 (or input capacitive storage) to a voltage close to the supply voltage. Pairs of controlled keys 7.8 and 4.6 with corresponding windings of filter throttle 3 and primary windings

трансформатора 9 образуют плечи преобразовател , каждое из которых оказываетс подключенным к своему емкостному накопителю , т.е. к соответствующим выводам конденсаторов 1,5. Таким образом, пары управл емых ключей в совокупности с обмотками можно представить в виде эквивалентного ключевого коммутатора, нагруженного на эквивалентный фильтр, элементы которого св заны посредствомtransformer 9 form the shoulders of the transducer, each of which is connected to its capacitive storage, i.e. to the corresponding terminals of the capacitors 1.5. Thus, pairs of controlled keys in combination with windings can be represented as an equivalent key switch loaded on an equivalent filter, the elements of which are connected by

трансформатора, преобразующего модулированное низковольтное напр жение с выхода коммутаторов, в достаточно высоковольтное и гладкое выходное. В общем случае выходное напр жение коммутатора v образуетс из питающего напр жени U посредством воздействи некоторой не вной коммутационной функции Z, в свою очередь вл ющейс суперпозицией логических коммутационных функцийa transformer that converts the modulated low-voltage voltage from the output of the switches to a sufficiently high-voltage and smooth output. In the general case, the output voltage of the switch v is formed from the supply voltage U by the action of some implicit switching function Z, which in turn is a superposition of logical switching functions

Zi, 22, генерируемых соответствующими компараторами 12,13 блока 11 управлени , т.е. U(Zi+Z2) U, где 7i(t); 02(1)- сигнатуры функций компараторов 12,13, принимающие значени +1.Zi, 22 generated by respective comparators 12.13 of the control unit 11, i.e. U (Zi + Z2) U, where 7i (t); 02 (1) - signatures of the functions of the comparators 12,13, taking the values +1.

t - текущее локальное врем такта преобразовани .t is the current local conversion cycle time.

Пары управл емых ключей плеч преобразовател работают противотактно и с некоторым временным перекрытиемThe pairs of controlled keys of the converter arms work counter-tactically and with some temporary overlap

следующим образом. Когда формируетс положительна полуволна выходного напр жени е соответствии с задающим сигналом воздействи е, то противофаз- но переключаютс ключи 7,8, ключ 6 на всюin the following way. When a positive half-wave of the output voltage is generated according to the action signal e, then the keys 7.8, the key 6 are switched out of phase

длительность полуволны замкнут, а ключ 4 - разомкнут. Когда формируетс отрицательна полуволна, то противофазно переключаютс вновь ключи 7,8, ключ 4 на всю длительность полуволны замкнут, а ключ 6 разомкнут . Переключение ключей в плечах осуществл етс через посто нную и кратковременную паузу г , длительность которой определ етс одинаковыми импульсами, генерируемыми соответствующими одновибраторами 19,21 и 24,26 в блоке 11 управлени . Кратковременна пауза г необходима дл надежного закрыти управл емых ключей плеч вследствие конечности их времени выключени и должна быть существенно меньшей длительности такта преобразовани . Это исключает по вление сверхтоков через коммутирующие пары ключей плеч и выход их из стро . Шунтирование каждого ключа соответствующих плеч обратным диодом обеспечивает при реактивной и нелинейной нагрузках возврат части ее тока в емкостные накопители 1 и 5, а также рекуперацию реактивной энергии с индуктивно- стей рассе ни трансформатора 9 в моменты коммутации ключей плеч, исключа по вление на них перенапр жений.the half-wave duration is closed, and the key 4 is open. When a negative half-wave is generated, the keys 7.8 are switched out of phase again, the key 4 is closed for the entire duration of the half-wave, and the key 6 is open. Switching of keys in the shoulders is carried out through a constant and short-term pause d, the duration of which is determined by the same pulses generated by the corresponding one-shots 19,21 and 24,26 in the control unit 11. A short pause d is necessary for reliable closure of the controlled keys of the shoulders due to the finiteness of their turn-off time and should be significantly shorter than the duration of the conversion cycle. This eliminates the occurrence of overcurrents through commuting pairs of shoulder keys and their failure. Shunting each key of the respective arms with a reverse diode ensures, during reactive and nonlinear loads, a part of its current returns to capacitive storage devices 1 and 5, as well as the recovery of reactive energy from the dissipation inductances of transformer 9 at the moment of switching of the arm switches, excluding the appearance of overvoltage on them .

Энергетически выгодна трехпозици- онна широтно-импульсна модул ци осуществл етс в преобразователе следующим образом.An energetically advantageous three-position pulse width modulation is implemented in the converter as follows.

Когда открыты ключи 6,7, обтекающие в это врем первую и четвертую первичные обмотки трансформатора 9, токи формируют в его магнитной системе согласно-положительно направленные магнитные потоки. Одновременно с этим из согласно-положительных потоков формируетс и результирующий поток в сердечнике дроссел 3. Когда закрыт ключ 7, открыты ключи 6,8, потоки в магнитной системе трансформатора 9 направлены встречно и взаимно компенсируютс , образу нулевую паузу модул ции, а дросселем 3 формируетс свободна , положительно затухающа составл юща тока коммутатора. Когда открыты ключи 4,3, обтекающие в это врем вторую и третью первичные обмотки трансформатора 9, токи формируют в его магнитной системе согласно-отрицательно направленные магнитные потоки. Одновременно с этим из согласно- отрицательных потоков формируетс и результирующий поток в сердечнике дроссел 3, Когда закрыт ключ 8, открыты ключи 4,7, потоки в магнитной системе трансформатора 9 направлены встречно и взаимно компенсируютс , образу нулевую паузу модул ции, а дросселем 3 формируетс свободна отрицательно затухающа составл юща тока коммутатора.When the keys 6,7 are open, flowing around at this time the first and fourth primary windings of the transformer 9, the currents form in its magnetic system according to the positive directional magnetic fluxes. At the same time, the resulting flux in the core of the throttle 3 is formed from corresponding positive fluxes. When the key 7 is closed, the keys 6,8 are open, the fluxes in the magnetic system of the transformer 9 are directed counter-mutually and mutually compensated, forming a zero modulation pause, and throttle 3 is formed the free, positively damped current component of the switch. When the keys 4.3 are open, flowing around the second and third primary windings of the transformer 9 at this time, currents form in its magnetic system according to negatively directed magnetic fluxes. At the same time, the resulting flow in the core of the throttle 3 is formed from the corresponding negative flows. When the key 8 is closed, the keys 4,7 are open, the flows in the magnetic system of the transformer 9 are directed counter-mutually and mutually compensated, forming a zero modulation pause, and throttle 3 is formed the free negative decaying current component of the switch.

Таким образом, противотактное переключение пар управл емых ключей 7,8 и 4,6 и соответствующа коммутаци ими пар обмоток дроссел 3 и первичных обмоток трансформатора 9, обусловленные воздействием не вной функции Z посредством соответствующей подачи импульсов управлени из блока 11 управлени на управл ющие входы Si$4 этих ключей, создают в их магнитных системахThus, the counter-contact switching of the pairs of controlled keys 7.8 and 4.6 and the corresponding switching of pairs of windings of the throttle 3 and primary windings of the transformer 9, due to the influence of the implicit function Z by the corresponding supply of control pulses from the control unit 11 to the control inputs Si $ 4 of these keys create in their magnetic systems

модулированные по синусоидальному закону пульсирующие магнитные потоки, осуществл ющие формирование в дросселе 3 низкочастотной гладкой составл ющей тока и индуцирование трансформатором 9 в своей выходной обмотке переменного напр жени . Затем с помощью конденсатора фильтра 10,из него выдел етс гладка составл юща сформированного синусои0 дальнего напр жени (основна гармоника), поступающего через выходные выводы в нагрузку.pulsed magnetic fluxes modulated according to a sinusoidal law, generating a low-frequency smooth component of the current in the inductor 3 and inducing the transformer 9 in its output winding of an alternating voltage. Then, using the filter capacitor 10, a smooth component of the generated sinusoidal long-distance voltage (fundamental harmonic), which is supplied through the output terminals to the load, is separated from it.

Так как эквивалентный ток коммутатора 11(фиг. 2,а) формируетс в каждый моментSince the equivalent current of the switch 11 (Fig. 2, a) is formed at every moment

5 времени ключами обоих плеч, их токовые загрузки, а следовательно, и потери уменьшаютс вдвое. В активные моменты модул ции , когда на входе эквивалентного фильтра действует напр жение коммутатора, оно5 times with the keys of both arms, their current loads, and consequently the losses, are halved. At the active moments of modulation, when the switch voltage acts at the input of the equivalent filter, it

0 оказываетс близким к удвоенному напр жению питани , Вследствие этого можно вдвое уменьшить необходимый коэффициент трансформации трансформатора 9, что уменьшает индуктивности рассе ни и по5 тери в нем,0 turns out to be close to twice the supply voltage. As a result of this, it is possible to halve the required transformation coefficient of transformer 9, which reduces the leakage inductance and losses in it,

Таким образом, раздельное питание пар управл емых ключей в совокупности с обмотками дроссел 3 и первичными обмотками трансформатора 9 и их независима Thus, the separate supply of pairs of controlled keys in conjunction with windings throttle 3 and the primary windings of the transformer 9 and they are independent

0 противотактна , работа обеспечивают режим трехлозиционной широтно-импульс- ной модул ции, уменьшают потери в преобразователе и повышают его КПД, Дл уменьшени индуктивностей рассе5 ни дросселей 2.3 их обмотки наматываютс на сердечниках синфазно с тесной электромагнитной св зью, Таким же образом , на сеоих стержн х наматываютс и соответствующие пары первичных обмоток0 counter-current, the operation provides a three-position pulse-width modulation mode, reduces losses in the converter and increases its efficiency. To reduce the inductances of the chokes 5 and chokes 2.3, their windings are wound on cores in phase with a close electromagnetic coupling, In the same way, on this rod x the corresponding pairs of primary windings are wound

0 трансформатора 9.0 transformer 9.

При перегрузке или к.з, на выходе преобразователь практически мгновенно за врем , не превышающее такт преобразовани , переходит а режим принудительнойIn case of overload or short circuit, at the output, the converter almost instantly for a time not exceeding the conversion cycle, switches over to forced mode

5 стабилизации эквивалентного тока IL дроссел 3, а следовательно, и составл ющих его токов управл емых ключей на некотором заданном уровне, также определ емом задающим воздействием.5 stabilization of the equivalent current IL throttle 3, and, consequently, of the constituent currents of the controlled keys at a certain given level, also determined by the defining action.

0 Как в режиме стабилизации тока it, так и в режиме стабилизации выходного напр жени е работа преобразовател осуществл етс с пониженной частотой несущей, т.е. с меньшим количеством переключении0 Both in the current stabilization mode it and in the output voltage stabilization mode, the converter operates with a reduced carrier frequency, i.e. with less switching

5 ключей на периоде модулирующей частоты Q , что дополнительно снижает потери в ключах. Преобразователь может работать в режиме стабилизации тока неограниченно долго, вплоть до устранени перегрузки или сн ти к.з., с обратным выходом на коминальный режим стабилизации напр жени (фиг, 2,6) за врем не более одного такта преобразовани . Частота несущей и величины пульсаций тока IL и напр жени е завис т от энергоемкости реактивных эле- ментов фильтра, частоты его собственного резонанса и однозначно определены шириной зон 2h и 2Н симметричных гистерезисов компараторов 12,13 в блоке 11 управлени . При этом необходимым условием устойчи- вой самоосцилл ции вл етс невырождение функции Z, обеспечиваемое выполнением соотношени Н h.5 keys on the period of the modulating frequency Q, which further reduces the loss in the keys. The converter can operate in the current stabilization mode for an unlimited time, up to eliminating overload or removing the short circuit, with the return to the cominal voltage stabilization mode (Fig. 2.6) for no more than one conversion cycle. The carrier frequency and the ripple current IL and voltage depend on the energy intensity of the reactive elements of the filter, the frequencies of its own resonance and are uniquely determined by the width of the 2h and 2H zones of the symmetrical hysteresis of the comparators 12,13 in the control unit 11. In this case, a necessary condition for stable self-oscillation is the nondegeneracy of the function Z provided by the fulfillment of the relation H h.

Рассмотрим работу блока 11 управлени в преобразователе (фиг. 1), обеспечива- ющего генерацию импульсов управлени его ключами в зависимости от текущих мгно- венных значений переменных состо ний силовых элементов и выходных параметров. Состо ни управл емых ключей определ ет не вна функци Z, принимающа три значени +1,0,-1 и измен юща свое состо ние в функции рассогласовани между задающим воздействием и текущими выходными параметрами. В общем случае блок управлени осуществл ет функцию поиска необходимых моментов переключений rlo минимуму рассогласовани , т.е. в каждый текущий локальный момент времени на межкоммутационном интервале он решает, выдавать команды на переключение соответствующих ключей немедленно, либо отложить на некоторое врем . В результате, возмущени по входу либо выходу преобразовател измен ют моменты переключений ключей таким образом, что переходной и вновь установившийс режимы отличаютс от задани на величину, не превышающую необходимую точность, осуществл быстродействующее формирование отслеживав- мого синусоидального воздействи .Let us consider the operation of the control unit 11 in the converter (Fig. 1), which provides the generation of control pulses for its keys depending on the current instantaneous values of the variable states of the power elements and output parameters. The states of the controlled keys are determined by the implicit function Z, which takes three values + 1.0, -1 and changes its state in the mismatch function between the driver and the current output parameters. In the general case, the control unit performs the function of searching for the necessary switching times rlo to a minimum of mismatch, i.e. at each current local point in time on the inter-switching interval, he decides to issue commands to switch the corresponding keys immediately, or to postpone for some time. As a result, disturbances at the input or output of the converter change the switching times of the keys in such a way that the transition and newly established modes differ from the task by an amount not exceeding the required accuracy, quickly creating a traceable sinusoidal effect.

Сигналы с информационных выходов датчиков мгновенных токов П,...,П| с соответствующими коэффициентами усилени по- ступают на входы первого суммирующего усилител 16, на выходе которого формируетс сигнал эквивалентного тока дроссел 1ь а следовательно, и коммутатора, соответствующий его текущему состо нию. Сиг- налы с информационных выходов датчиков напр жени ключей Ui,..,U4C соответствующими коэффициентами усилени поступают на входы третьего суммирующего усилител 33, на выходе которого формиру- етс сигнал v, эквивалентный выходному напр жению коммутатора в соответствии с функцией Z, определ ющей его текущее состо ние .Signals from the information outputs of instantaneous current sensors P, ..., P | with corresponding amplification factors, they enter the inputs of the first summing amplifier 16, at the output of which an equivalent current signal is generated by the interconnector 1b and, consequently, of the switch, corresponding to its current state. The signals from the information outputs of the voltage sensors of the switches Ui, .., U4C are supplied by the corresponding amplification factors to the inputs of the third summing amplifier 33, at the output of which a signal v is generated, which is equivalent to the output voltage of the switch in accordance with the function Z determining it current state.

С выхода усилител 16 сигнал по току IL с соответствующим коэффициентом усилени поступает на первый инвертирующий вход усилител 17, а на его третий неинвертирующий вход - сигнал с выхода задатчика 18 управл ющего синусоидального воздействи е. На второй инвертирующий вход усилител 17 поступает сигнал по напр жению с информационного выхода датчика мгновенного значени выходного напр жени е. На выходе усилител 17 формируетс знакопеременный разностный сигнал рассогласовани , поступающий затем одновременно на входы первого и второго компараторов 12,13 с соответствующими зонами симметричных гистерезисов 2h и 2Н, причем Н h. В моменты выхода разностного сигнала из данных границ зон гистерезисов происходит переключение компараторов 12,13, в другое логическое состо ние, т.е. они генерируют коммутационные функции Zi, Za, последующее функциональное объединение которых порождает и не вную функцию Z состо ни коммутатора.From the output of the amplifier 16, the current signal IL with the corresponding gain is fed to the first inverting input of the amplifier 17, and to its third non-inverting input, the signal from the output of the master 18 of the control sinusoidal action. The signal with voltage s is supplied to the second inverting input of the amplifier 17 information output of the sensor of the instantaneous value of the output voltage. At the output of the amplifier 17, an alternating difference mismatch signal is generated, which then enters the inputs of the first and second comparators 12.13 with the corresponding zones of symmetric hysteresis 2h and 2H, and H h. At the moments when the difference signal leaves the given boundaries of the hysteresis zones, the comparators 12,13 switch to a different logical state, i.e. they generate switching functions Zi, Za, the subsequent functional union of which generates an implicit function Z of the state of the commutator.

По передним фронтам логических сигналов , соответствующих функци м Zi, Za, возбуждаютс соответствующие одновиб- раторы 19,21 или 24,26, генерирующие кратковременные импульсы с одинаковой длительностью г. Затем эти импульсы объедин ютс соответственно первым, вторым элементами ИЛИ-НЕ 23,28, инвертируютс и соответственно подаютс на первые входы элементов И 20,22 и 25,27. С другой стороны, на вторые входы элементов И 20,22 одновременно поступает сигнал, соответствующий функции Zi и ее инверсии Zi с выхода первого инвертора 14, а на вторые входы элементов И 25,27 - сигнал, соответствующий функции Z2 и ее инверсии 7.2 с выхода второго инвертора 15, Затем с их выходов команды переключений подаютс кажда на свой формирователь импульсов управлени - с элемента И 20 на вход формировател 29, с элемента И 22 - на вход формировател 30, с элемента I/I 27 - на вход формировател 31 и с элементами И 25 - на вход формировател 32. Соответственно формирователь 29 вырабатывает импульсы управлени , поступающие на управл ющий вход Si ключа 7, формирователь 30- на вход Зз ключа 8, формирователь 31 - на вход Зз ключа 4 и формирователь 32 - на вход ЗА ключа 6,On the leading edges of the logic signals corresponding to the functions Zi, Za, the corresponding single vibrators 19.21 or 24.26 are generated, generating short-duration pulses with the same duration r. Then these pulses are combined respectively by the first, second OR-NOT elements 23,28 are inverted and respectively fed to the first inputs of elements And 20,22 and 25,27. On the other hand, the second inputs of the elements And 20,22 simultaneously receives a signal corresponding to the function Zi and its inversion Zi from the output of the first inverter 14, and the second inputs of the elements And 25,27 receive the signal corresponding to the function Z2 and its inversion 7.2 from the output of the second inverter 15, then, from their outputs, switching commands are supplied to each driver pulse generator from the And 20 element to the input of the shaper 29, from the And 22 element to the input of the shaper 30, from I / I 27 to the input of the shaper 31 and elements And 25 to the input of the shaper 32. Accordingly driver 29 generates control pulses arriving at the control input Si of key 7, driver 30 to input ЗЗ of key 8, driver 31 to input ЗЗ of key 4 and driver 32 to input of key 6,

(56) Кибакин В.М. Основы ключевых методов усилени . М.: Энерги , 1980, с. 44.(56) Kibakin V.M. The basics of key amplification techniques. M .: Energy, 1980, p. 44.

Claims

The claims

A WIDTH-PULSE CONVERTER containing an input capacitor, two pairs of controlled keys, each of which is shunted by a reverse diode, a transformer, a choke and a filter capacitor, instantaneous current and voltage sensors, a control unit that includes two comparators with hysteresis and two logical inverter, wherein the output of the first comparator is connected to the input of the first logical inverter, and the output of the second comparator is connected to the input of the second logical inverter, characterized in that, in order to increase the efficiency by separate connection of the corresponding pairs of controlled keys to the voltage source and their independent counter-current operation, an input two-winding inductor, a second input capacitor are introduced, and the filter inductor is made of four-winding, a three-rod transformer with primary windings wound on the outer rods in pairs and secondary, on the average, secondary the positive input terminal of the converter is connected to the first terminals of the first input capacitor, the first winding of the input throttle, with the second terminal of the second winding dr filter and with the first power output of the third key, the negative input terminal of the converter is connected to the second output of the second input capacitor, with the first output of the second winding of the input drosel, with the second output of the first winding of the drossel of the filter and with the second power output of the fourth key, the second output of the first winding of the input throttle connected to the first output of the second input capacitor, with the first power output of the first key and the first output of the fourth winding of the filter throttle, the second output of the second winding of the input dros the village is connected to the second terminal of the first input capacitor, with the second power terminal of the second key and the first terminal of the third winding of the filter throttle, the second power terminals of the first and third keys are connected respectively to the first and second terminals of the first and third primary windings of the transformer, and the first power terminals of the second and the fourth key - with the first and second terminals of the second and fourth primary windings, the second terminals of the first and second windings of the transformer are connected each with a corresponding

the first leads of the first and second windings of the filter throttle and the first leads of the third and fourth windings of 5 With the second leads of the third and fourth windings of the throttle filter, the leads of the secondary winding of the transformer and the filter capacitor connected in parallel to them form the output leads of the converter, the control unit is equipped with two summing amplifiers, a sinusoidal control action driver, four single-vibrators excited by leading edges and generating identical in duration short-term pulses, by two OR elements, NOT, four AND elements, four transducer key control pulse generators, a third summing amplifier, and the outputs of the four sensors of the instantaneous current value of the windings of the inverter filter filter are respectively connected 5 to the four inputs of the first amplifier, and its output - with the first inverting input of the second amplifier, the output of the control input switch is connected to the third non-inverting input of the second 0 amplifier, and its second inverting the input is with the output of the sensor of the instantaneous value of the output voltage of the converter, the output of the second amplifier is connected to the inputs of the first, second comparators 5 with symmetrical hysteresis, the output of the first one is connected to the input of the first one-shot and to the first input of the first element And, the output of the first inverter is connected to the input the second one-shot and with 0 the first input of the second AND element, the outputs of the first, second one-shots are connected to the corresponding inputs of the first element OR - NOT, and its output - with the second inputs of the first, second of the first AND element, the output of the second comparator is connected to the input of the fourth one-shot and with the first input of the fourth element And, the output of the second inverter is connected to the input of the third one-shot and with the first input of the third And, the outputs of the third, fourth one-shot are connected to the corresponding inputs of the second OR - NOT, and its output - with 5 second inputs of the third, fourth AND elements, outputs from the first to fourth AND elements are respectively connected to the inputs from the first to fourth pulse shapers and, and their outputs, respectively, with the managers

in vopov from the first to the fourth control v-keys connected to non-inverting

key of the converter, with the inputs of the third amplifier, and the outputs the ratio of the width of the zone of the symmetrical voltage of the second, third key of the second comparator to the width with the inverting inputs of this

the zones of the first are greater than unity; the outputs are 5 amplifier. voltage sensors of the first, fourth

+ SI /

-ha

V

Reg.Z