SU1198708A1

SU1198708A1 - "пpeoбpaзobateль пoctoяhhoгo haпpяжehиe b mhoгoctупehчatoe пepemehhoe"

Info

Publication number: SU1198708A1
Application number: SU843749425A
Authority: SU
Inventors: Svyatoslav I Shelenok; Leonid V Voloshin
Original assignee: Shelenok Svyatoslav; Leonid V Voloshin
Priority date: 1984-06-07
Filing date: 1984-06-07
Publication date: 1985-12-15

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при построении регулируемых вторичных источников питания с высоким качеством выходного напряжения (инверторов ), а также при построении усилителей звуковой частоты класса Ώ либо импульсных амплитудных модуляторов большой мощности.

Цель изобретения -повышение качества. выходного напряжения преобразователя путем увеличения числа формируемых с одинаковым по амплитуде шагом квантования уровней напряжения в кривой выходного напряжения при ограниченном количестве ключей переменного тока на вторичной^стороне трансформатора.

На фиг.1 связана силовая часть схемы предлагаемого преобразователя} на фиг.2 - структурная схема системы управления преобразователя; на фиг.З, 4 и 5 - функциональные схемы отдельных блоков системы управления.

Предлагаемый преобразователь (фиг,1) содержит инвертор, выполненный по полумостовой схеме на ключах 1, 2 и подключенный к источнику питания (ИП) 3, силовой трансформатор (Т )4, основные 5-12 и дополнительные 13-16 управляемые ключи переменного тока, дополнительные обмотки 17, 18 и вторичную обмотку, разделенную двумя промежуточными отводами на три секции 19, 20 и 21. Концы дополнительных обмоток 17, 18 через основные ключи 5-12 связаны с одноименными концами вторичной обмотки и с одноименными концами средней секции 20 вторичной обмотки. При этом концы первой дополнительной обмотки 17 через первую пару дополнительных ключей 13, 14 снязаны с одним выходным выводом преобразователя, а концы второй дополнительной обмотки 18 через вторую пару дополнительных ключей 15, 16 — с другим выходным выводом преобразователя, К выходным выводам преобразователя подключены приемники 22 электрической энергии (ПЭЭ). Соотношение витков обмоток 17-21 соответственно равно 2:1:7:12:4.

Предлагаемые структура вторичных цепей трансформатора инвертора, схема их коммутации и соотношение витков обмоток позволяют в совокупности улучшить количество выходного

98708 2 напряжения преобразователя при относительно небольшом количестве управляемых ключей переменного тока. Преобразователь, способен сформи5 ровать 23-ступенчатое выходное напряжение с равномерным распределением амплитуд ступенек при двенадцати ключах переменного тока на вторичной стороне трансформатора. При

Ю этом достигается существенно более высокое в функциональном отношении использование ключевых элементов (в расчете на число ступенек, приходящееся на один ключ перемен15 ного тока) по сравнению с известными техническими решениями. Повышение степени использования ключевых элементов в предлагаемом преобразователе расширяет также область его применения. Становится целесообразным применение преобразователя в качестве базовой ячейки для усилителей звуковой частоты, рабо- . тающих в классе Б, а также для амплитудных модуляторов с многозонной импульсной модуляцией.

Система управления преобразователя (фиг,2) состоит из автоматического регулятора 23 напряжения ₃₀ (АРН ), генератора 24 синусоидального напряжения (ГСН), задающего генератора (ЗГ) 25, блока 26 синхронизации ( БС ), блока 27 задания уровней напряжения (БЗУ) и логического блока (ЛБ) 28. Автоматический регулятор 23 напряжения выполнен по общеизвестной схеме и представляет собой в простейшем случае устройство сравнения выходного напряжения преобразователя с напряжением ⁴⁰ уставки. Амплитуда напряжения и_?т генератора 24 синусоидального напряжения зависит от величины и знака сигнала рассогласования, выдаваемого АРН, Частота напряжения и_эт ГСН

4$ равна частоте выходного напряжения υ_β преобразователя. Задающий генератор 25 формирует прямоугольное напряжение и_3г повышенной частоты и управляет работой ключей 1, 2 инвертора. Блок 26 синхронизации предназначен для управления работой логического блока 28, Блок 27 задания уровней задает последовательность и длительность уровней (ртупенек ) в выходном напряжении преобразователя. Логический блок 28 вырабатывает сиг.налы управления Цу-для управления ключами 5-16 переменного тока .

з .1198708 вторичной стороны трансформатора 4 преобразователя.

Блок 26 синхронизации (фиг.З) содержит пороговый элемент Е_о 29, выполненный в виде нулевого компарато- 5 ра, и логические элменты И, 2ИЛИ-НЕ,

ИЛИ, НЕ 30-33 соответственно. В течение положительной полуволны напряжения и_?т импульсы и’_3г с выхода задающего генератора проходят на выход 10 С блока синхронизации, в течение отрицательной полуволны и_эт - на выход С₂ . Выходы С, и С ₂ блока синхронизации взаимно инверсны.

Блок 27 задания уровней (фиг,4) (5 содержит пороговые элементы Е, -Е_2з34-37, выполненные в виде сдвоенных сигнальных компараторов, а также схему приоритета выдачи старшего (соответствующего большему напряжению и_эт) 20 уровня, выполненную на элементах НЕ 38-42 и 43-46. Пороговые элементы Р -Р_2} 34-37 настроены на различные в порядке возрастания уровни напряжения и_эг , отстоящие один от друго— 25 го по амплитуде на одинаковый шаг квантования. Последовательное появление на выходах Х„, X ₁, Х₂,.,.,Х₂₃блока 27 задания БЗУ сигналов, эквивалентных логической единице, соот- ₃₀ветствует информации о необходимости формирования соответствующей ступеньки (уровня ) в выходном напряжении преобразователя.

Логический блок 28 (фиг.5) по сигналам с выходов СЦ и С_г блока синхронизации и с выходов X ₀, X ,...,

Х_гз блока задания уровней напряжения вырабатывает последовательность имт пульсов управления ключами 5-]6 до (фиг.II , необходимую для формирования требуемого уровня (ступеньки ) определенной полярности в кривой выходного напряжения ипреобразователя. 45 ‘ Рассмотрим принцип формирования предлагаемым преобразователем (фиг.1) многоступенчатого выходного напряжения .

Нулевой уровень в кривой выход- 50 ного напряжения формируется путем замыкания выходных зажимов преобразователя, например, ключами 15, 6, 8 и 13.

Напряжение первой ступеньки в вы- 55 ходном напряжении формируется путем подключения приемников электрической энергии (нагрузки ) 22 к дополнительной обмотке 18 ключами 15, 14, и 9 либо ключами 16, 13, 8 и 6. Напряжение второй ступеньки формируется путем подключения нагрузки 22 к дополнительной обмотке 17 ключами 8 , 6, 1 5 и 14 либо ключами 11,

9, 16 и 13. Напряжение третьей ступеньки формируется путем подключения нагрузки 22 к группе обмоток 17, 18 и 21 ключами 9, 15, 13 и 12 либо к группе обмоток 18, 21 ключами 10,

15, 14 и 11.

Напряжение четвертой ступеньки формируется путем подключения нагрузки 22 к обмотку 21 ключами 9,

16, 14 и 12, либо ключами 10, 16, и 11. Напряжение пятой ступеньки формируется путем подключения нагрузки 22 к группе обмоток 18, 21 ключами 9, 15, 14 и 12 либо к группе обмоток 17, 18 и 21 ключами 10,

15, 13 и 11.

Алгоритм формирования многоступенчатого выходного напряжения преобразователя приведен в таблице, где “ мгновенное значение выходного напряжения преобразователя; и_и мгновенное значение напряжения инвертора. Напряжение каждой отдельной ступеньки формируется подключением к нагрузке либо одной какойлибо обмотки, либо группы из двух, трех, четырех и пяти последовательно соединенных с помощью соответствующих ключей обмоток. В последнем случае отдельные обмотки в группе могут включаться как согласно, так и встречно по отношению одна к другой.

Амплитуда прямоугольного напряжения обмотки 18 принята за единицу. Амплитуды напряжений обмоток 17 21.выбраны соответственно в два, семь, двенадцать, четыре раза, большими амплитуды напряжения обмотки .18. Это позволяет сформировать путем комбинации напряжений обмоток двадцать три ступеньки на четверти периода выходного напряжения преобразователя. Так, например, 20-я ступенька в выходном напряжении (см. таблицу и фиг.1) формируется путем замыкания ключей 5, 16, 13 и 12, либо ключей 10, 15, 14 и 7. Указанными ключами к нагрузке 22 подключаются последовательно соединенные обмотки 17, 21. Из них обмотки 19, 20 и 21 оказываются включенными согласно между собой, а обмотки 17, 18 $ стречно по отношению к обмоткам 19, 20 и 21. При этом амплитуда рассматриваемой ступеньки будет равна двадцати относительным единицам.

Рассмотрим работу системы управления преобразователя (фиг. 2-5).

Полярность напряжения задающего генератора и_?г соответствует полярности напряжения инвертора И_м , а полярность синусоидального напряжения и_п - полярности выходного напряжения и_Вк,_х преобразователя. Величина порога срабатывания элемента I² 34 (фиг.4) блока 27 задания уровня (фиг,2) принята за единицу. Величина порога срабатывания каждого последующего элемента Ρ·₊на единицу больше порога срабатывания элемента Έ7 (фиг.4) , где ΐ = 1,

2, 3, ...,23. По мере отслеживания напряжения и_?т блок 27 задания уровня (фиг.4) выдает в логический блок 28 (фиг.2) информацию, которая определяет номер и длительность соответствующей ступеньки выходного напряжения преобразователя, т.е. последовательно возбуждаются выходы X о, X ,..., Х^ ,

Х^_₁ , »· · ° »^хо · Бл°к 26 синхронизации (фиг.З) выдает в логический блок 28 информацию, необходимую для определения требуемой поляр1198708 ности формируемой ступеньки в выходном напряжении. ·

Допустим, в нормальном режиме работы амплитуда напряжения ГСН Щт такова, что выходное напряжение и_этпреобразователя формируется из η =15 ступенек (уровней) напряжения.

Тогда в случае уменьшения υ^_<χ , например, по причине уменьшения на,0 пряжения ϋа. источника питания (фиг.2 ) напряжение уставки АРН оказывается большим напряжения и_й11х, и сигнал рассогласования с выхода АРН увеличивает амплитуду напряжения и_эт

ГСН. При этом число уровней, задаваемых БЗУ, также увеличивается и, следовательно, выходное напряжение υ_βΜΧпреобразователя формируется из п?15 ступенек, т.е. напряжение и_вк,_х увели20 чивается. Стабильность напряжения υθ_μχ, а также коэффициент плавности регулирования зависят от начального числа п ступенек, из которого формируется υ_θ4ιχ в нормальном режиме рабо25 ты, и от величины диапазона регулирования (стабилизации).

Таким образом, предлагаемый преобразователь обеспечивает более высокое качество выходного напряжения по сравнению Со схемой прототипа, имеющей такое Же количество ключевых элементов.

Амплитуда ступеньки, относительные единицы

Замкнутый ключ переменного тока (фиг.1)

при ^ивых ^{7 0}	при	^иеы>⁰
и, > о	и_и<о	> ⁰	^ии < ⁰

0	15;6;8;13	15;6;8;13	15;6;8;13	15;6;8;13
1	15; 14;11;9	16;13;8;6	16;13;8;6	15;14;11;9
2	8;6;15;14	11;9;16;13	1I;9;16;13	8;6;15;14
3	9; 15; 13;12	10;15;14;11	10;15;14;11	9;15;13;'12
4	9; 16;14;12	10; 16; 14;.11	10;16;14; 11	9;16;14;12
5	9;15;14;12	10;15;13;11	10;15;13;11	9;15;14;12
6	5; 16;13;8	6;16;14;7	6;16;14;7	5;16;13;8
7	5;15;13;8	6;15;13 ;7	6;15;13;7	5;15; 13 ;8

Claims

( 54 )( 57 ) 1 . ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В МНОГОСТУПЕНЧАТОЕ ПЕРЕМЕННОЕ, содержащий инвертор, выходом подключенный к первичной обмотке трансформатора, основная вторичная обмотка которого разделена на секции промежуточными отводами и соединена с выходными выводами преобразователя через основные и дополнительные управляемые ключи переменного тока, отличающийся тем, что, с целью повышения качества выходного напряжения, трансформатор снабжен двумя дополнительными обмотками, концы которых через основные ключи переменного тока связаны с одноименными концами основной вторичной обмотки и средней ее секции, причем концы первой дополнительной обмотки через первую пару дополнительных ключей переменного тока связаны с первым выходным выводом, а концы второй дополнительной обмотки через вторую пару дополнительных ключей переменного тока - с вторым выходным выводом преобразователя.
2. Преобразователь по π. 1, о тлнчающнйся тем, что соотношение витков дополнительных обмоток и соответствующих секций вторичной обмотки выбирают из соотношения 2:1:7:12:4.