SU1372563A1 - Бестрансформаторный полумостовой инвертор - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к преобразовательной технике и может быть использовано при разработке источников вторичного злектропитани  и устройств автоматики. Цель изобретени  - расширение функциональных возможностей путем обеспечени  одновременного с инвертированием понижени  напр жени . Устройство содержит коммутирующие ключи, конденсаторы и нагрузку. Два коммутирующих ключа выполнены управл емыми и соединены согласно-последо- .вательно между выводами дл  подключени  источника питани . Точка соединени  упра вл емых ключей  вл етс  первым выводом дл  подключени  нагрузки, а остальные коммутирующие ключи выполнены неуправл емыми на диодах. Диоды объединены с конденсаторами в два аналогичных конденсаторно-диод- ных блока, представл ющих собой схему накоплени -делени . Ступени в каждом блоке соединены последовательно через зар дные диоды. Катоды первых разр дных диодов и перва  обкладка конденсатора первой ступени объединены и представл ют собой вход конден- саторно-диодного блока. Аноды вторых разр дных диодов и втора  обкладка конденсатора п-й ступени объединены и представл ют собой выход конденса- торно-диодного блока. В схеме возможно применение широтно-импульсной модул ции как с помощью основных управл емых ключей, так и с помощью дополнительных управл емых ключей. Количество управл емых ключей не зависит от козф. понижени  напр жени . 3 з.п. ф-лы, 2 ил. (Л со М ND СЛ а 00

Description

Изобретение относитс  к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитани  и автоматики дл  преобразовани  посто нного напр жени  в переменное с понижением его значени .

Цель изобретени  - расширение функциональных возможностей путем обеспечени  одновременного с инвертирова- нием понижени  значени  выходного напр жени  относительно входного.

На фиг.1 приведена схема бестрансформаторного полумостового инвертора на фиг.2 - то же, с управл емым вы- ходным напр жением (с управл емым коэффициентом понижени  напр жени ).

Инвертор содержит полумост основных управл емых ключей 1 и 2, включенных согласно-последовательно межд входными выводами 3 и 4 дл  подключени  источника электрической энергии . Точка 5 соединени  ключей  вл етс  первым выводом дл  подключени  нагрузки R. Первый и второй конденсаторные узлы 6 и 7 образуют второй полумост и содержат N параллельно соединенных ветвей. На фиг.1 показаны перва  ветвь 8, втора  ветвь 9, (Ы-1)-  ветвь 10 и N-H ветвь 11. Ветви с второй по (Ы-1)-ю состо т из последовательно включенных второго разр дного диода 12, конденсатора 13 и первого разр дного диода 14. Плюсовые выводы конденсаторов 13 в каждой ветви отмечены знаком +, минусовые выводы без знака. Конденсатор 13 в каждой ветви подключен к аноду второго разр дного диода 12, а минусовым выводом к катоду первого разр дного диода 14. Перва  ветвь 8 каждого конденсаторного узла 6 и 7 состоит из последовательно соединенных конденсатора 13 и первого разр дного диода 14, а N-  ветвь 11 - из последовательно соединенных второго разр дного диода 12 и конденсатора 13, соединенных аналогично второй, третьей и т.д. ветв м. Ветви через N-1 зар дных диодов 15 соединены последовательно . Минусовый вывод конденсатора 13 каждой из (N-1) ветвей подключен к аноду (N-l)-ro разр дного диода 15, катод которого подключен к аноду второго разр дного диода N-й ветви. Вход 16 и выход 17 конденсаторных узлов св заны с вторым выходным выводом 18.

Q

0

5

0

5

0

5

0

5

Блок 19 управлени  управл ет ключами 1 и 2 и может быть выполнен, например, по схеме симметричного мультивибратора, генератора Роера, или в качестве блока управлени  может быть применен трансформатор с двум  вторичными обмотками, управл ющими ключами 1 и 2, первична  обмотка которого подключена к выходным выводам 5 и 18 непосредственно или через резистор. Возможно также применение блока управлени  с широтно- импульсной модул цией (ШИМ).

В инвертор (фиг.2) введены дополнительно диоды 20 и 21, а также N дополнительных управл емых ключей. На фиг.2 показаны первый 22, второй 23, (Н-1)-й 24, N-й 25 дополнительные управл емые ключи. Дополнительные диоды 20 и 21 включены последовательно между первым 6 и вторым 7 конденсаторно-диодным блоками, причем первый дополнительньй диод 20 катодом подключен к выходу 17 первого конденсаторного узла, второй дополнительный диод 21 анодом подключен к входу 16 второго конденсаторного узла, точка 26 соединени  дополнительных диодов  вл етс  вторым выводом дл  подключени  нагрузки. Каждый из N дополнительных управл емых ключей одним своим силовым выводом подключен к минусовому выводу конденсатора соответствующей ветви первого конденсаторного узла, а вторым силовым выводом к плюсовому выводу конденсатора (Ы+1-М)-й ветви второго конденсаторного узла.

Первый дополнительный управл емый ключ 22 соедин ет конденсатор 13 первой ветви 8 первого узла 6 с конденсатором 13 N-й ветви 11 второго узла 7, второй дополнительный управл емый ключ 23 - конденсатор 13 второй ветви 9 первого узла 6 с конденсатором 13 (N-1)-й ветви 10 второго узла 7, (К-1)-й дополнительный управл емый ключ 24 - конденсатор 13 (К-1)-й ветви 10 первого узла 6 с конденсатором 13 второй ветви второго узла 7,N-й дополнительный управл емый ключ 25 - конденсатор 13 N-й ветви 11 первого узла 6 с конденсатором 13 первой ветви второго узла 7.

Инвертор работает следующим образом .

В один полупериод управл емый ключ 1 открыт, а управл емый ключ 2 закрыт. Конденсаторы 13 первого кон10

31372563

денсаторного узла 6 в параллельном включении разр жаютс  на нагрузку через открытые разр дные диоды 12 и 14, а также управл емый ключ 1. Зар дные диоды 15 закрыты, так как к ним приложено напр жение конденсаторов 13 в закрывающем направлении через открытые разр дные диоды 12 и 14. Конденсаторы 13 второго конденсаторного узла 7 в последовательном включении зар жаютс  от источника питани  через открытые зар дные диоды 15,а также нагрузку. Разр дные диоды 12 и 14 второго конденсаторного узла 7 в этот полупериод закрыты, так как цепь разр да конденсаторов разомкнута, а напр жение источника электрической энергии за вычетом напр жени  на нагрузке выше суммарного напр жени  последовательно включенных конденсаторов 13. Ток зар да конденсаторов ограничиваетс  сопротивлением нагрузки.

При повышении суммарного напр жени  на конденсаторах U до значени  25

N

напр жение питани .

15

20

где 0„ N+1

зар д конденсаторов прекращаетс . Начина  с этого момента через нагрузку течет только ток разр да конденса- зо торов первого конденсаторного узла 6, соединенных при .разр де параллельно. При использовании конденсаторов 13 сравнительно большой емкости (в зависимости от частоты переключени  инвертора и тока нагрузки), когда пульсаци  напр жени  на этих конденсаторах мала, выходное напр жение имеет пр моугольную форму с амплитудой 1

35

и

пол рностью, указанной О

h N+1

на фиг.1 без скобок. Дл  передачи одинаковой мощности в ветв х первой и N-й необходимо ввести по одному диоу (фиг.1, показано пунктиром).

В начале другого полупериода управл емый ключ 1 закрываетс , а ключ 2 открываетс . При этом открываетс  цепь параллельного разр да конденсаторов 13 второго конденсаторного уза 7. Зар женные в предьщущем полупериоде конденсаторы начинают разр атьс  на нагрузку через разр дные иоды 12 и 14, а зар дные диоды 15 закрываютс . Первый конденсаторный узел 6 переходит в режим зар да. Сумма напр жений на конденсаторах 13, соединенных последовательно через разр дные диоды и частично разр жен45

50

55

ж ю

и м м в ж в

е

н т

и м и н и на

ро ам хо

на ют С кл в ме ра и

0

5

5

0

о

ных в предыдущий полупериод, оказываетс  меньше напр жени  источника питани  за вычетом напр жени  на нагрузке . Поэтому открываютс  зар дные диоды 15 и конденсаторы 13 первого конденсаторного узла начинают зар жатьс . Разр дные диоды 12 и 14 первого конденсаторного узла закрываютс . При этом конденсаторы 13 зар жаютс  в пол рности, указанной на фиг.1, пол рность напр жени  на нагрузке показана в скобках. Далее процессы повтор ютс  .

Таким образом, на выходе инвертора формируетс  переменное напр жение.

При использовании в предлагаемом инверторе ШИМ, например, с целью стабилизации выходного напр жени  возможно состо ние, когда оба управл емых ключа 1 и 2 закрыты. Такое же состо ние возможно, когда запуск инвертора производитс  после подачи напр жени  источника питани , а также если выключение устройства производитс  в обратном пор дке. В этом случае каждый конденсатор 13 зар жа1

етс  до напр жени  U г U

2N

так как

на входное напр жение включено последовательно 2N конденсаторов 13 и в первоначальное врем  запуска инвертора напр жение на нагрузке не превьтает значени  V-- .

Указанное уменьшение напр жени  на нагрузке при запуске и выключении инвертора повышает надежность как самого инвертора, так и обслуживаемой им аппаратуры, так как автоматически решаетс  проблема исключени  бросков напр жени  при запуске и выключении инвертора без сн ти  питающего его напр жени .

Применение ШИМ позвол ет регулировать выходное напр жение. При этом амплитудное значение переменного выходного напр жени  измен етс  от

«° N

В схеме с регулируемым выходным напр жением (фиг.2) процессы протекают аналогично с небольшими отличи ми. С помощью дополнительных управл емых ключей выбираетс  количество ветвей в конденсаторных узлах 6 и 7. Наприер , если открыт дополнительный упавл емый N-й ключ 25, то в узлах 6 7 задействованы все N ступеней.

В один полупериод, когда ключ 1

Если открыт второй ключ 23, то в узле 6 задействованы перва  8 и втора 

9ветви, а в узле 7 - (Н-1)-  10 и N-  11 ветви. В этом случае амплитуда выходного напр жени  составл ет

открыт, а ключ 2 закрыт, конденсатор 13 ветвей 8 и 9 первого узла 6 разр жаютс  по цепи: плюсовые выводы кон- денсаторов 13, вторые разр дные диоды 12, открытый управл емый ключ 1, нагрузка R, открытый дополнительный диод 20, первые разр дные диоды 14, минусовые выводы конденсаторов 13. Второй дополнительный диод 21 в этот полупериод закрыт под действием разности потенциалов, приложенной к диоду 21 в закрывающем направлении. Зар д конденсаторов 13 (Ы-1)-й ветви

10и N-й ветви 11 второго конденса- торского узла 7 осуществл етс  по цепи: положительный вывод 3, открытый ключ 1, нагрузка, открытый дополнительный диод 20, диод 14 второй ветв

9 первого узла 6, открытый дополнительный управл емый ключ 23, конденсатор 13 (Н-1)-й ветви второго узла 7, N-й зар дный диод 15, конденсатор N-й.ветви, отрицательный вывод 4.

В другой полупериод при запирании ключа 1 и открывании ключа 2 соответственно открываетс  диод 21 и закрываетс  диод 20, конденсаторные узлы мен ютс  рол ми, а на нагрузке измен етс  пол рность напр жени . Далее процессы повтор ютс .

В данной схеме применение ШИМ возможно как с помощью основных управинвертированием понижени  напр жени , каждый из конденсаторных узлов содержит N параллельно соединенных ветвей, где , К - коэффициент понижени  напр жени , равный целому числу, начина  с 3, перва  ветвь состоит из последовательно соединенных первого разр дного диода и конденсатора, причем катод диода соединен с отрица-« тельным выводом конденсатора, последн   N-  ветвь состоит из последовательно соединенных второго разр дного диода, анодом соединенного с положительным выводом конденсатора, остальные ветви состо т из последовательно соединенных первого разр дного диода, соединенного катодом с отрицательным выводом конденсатора, положительный вывод которого соединен с анодом второго разр дного диода, а катод каждого первого разр дного диода данной ветви соединен с анодом второго разр дного диода последующей ветви через согласно включенный за2 . Инвертор поп.1,отлича- ю щ и и с   тем, что введены два дополнительных диода и N дополнительных управл емых ключей, каждый из

30 дополнительных диодов включен согласно-последовательно с соответствующим конденсаторным узлом,так, что один из выводов каждого из дополнительных диодов подключен к выходному выводу

35 инвертора, каждый М-й дополнительный управл емый ключ своим первым силовым выводом подключен к отрицательному выводу конденсатора ветви с номером М первого конденсаторного узла, где

л емых ключей 1 и 2, так и с помощью 40 ,...,N, а вторым силовым выводом дополнительных управл емых ключей 22-25.

Claims (4)

1. Бестрансформаторный полумостовой инвертор, содержащий полумост основных управл емых ключей и два конденсаторных узла, включенных согласно-последовательно между входными выводами инвертора, отличающийс  тем, что, с целью расширени  функциональных возможностей путем обеспечени  одновременного с

к положительному вьшоду конденсатора ветви с номером N+1-M второго конденсаторного узла.

3.Инвертор по пп.1 -и 2, о т л и- 45 чающийс  тем, что дополнительные управл емые ключи представл ют собой контактные переключатели с ручным управлением.

4.Инвертор по пп.1 и 2, о т л и- 50 чающийс  тем, что дополнительные управл емые ключи вьшолнены на газоразр дных, электронных или полупроводниковых приборах с управл ющим электродом.

- Редактор В.Петраш

cay/2

Составитель В.Моин Техред М.Дидык

ф ф

фиг.1

m №

i LF- Ш

1:1

7

}

/

«Л

Щ

Г0

,T

P 1

Корректор М.Демчик