SU655046A1

SU655046A1 - Dc-to-ac voltage converter

Info

Publication number: SU655046A1
Application number: SU762325025A
Authority: SU
Inventors: Николай Иванович Пономаренко
Original assignee: Предприятие П/Я Г-4489
Priority date: 1976-02-16
Filing date: 1976-02-16
Publication date: 1979-03-30

Description

Изобретение относитс к силовой преобразовательной технике и предназначено дл преобразовани посто нного напр жени в переменное с улучшенным гармоническим составом выходного напр жени , в частности дл преобразовани в переменное напр жение низкой частоты. Изобретение может быть применено в устройствах электропитани различного назначени .The invention relates to a power conversion technique and is intended to convert a DC voltage to an AC with an improved harmonic composition of the output voltage, in particular to convert a low frequency AC voltage. The invention can be applied in power supply devices for various purposes.

Известны преобразователи посто нного напр жени в переменное 1, 2.DC / AC converters 1, 2 are known.

Наиболее близкпм к изобретению но технической сущности вл етс стабилизированный преобразователь с вольтодобавочным устройством на первичной стороне 2.The closest to the invention but the technical essence is a stabilized converter with a booster device on the primary side 2.

Этот преобразователь включает в себ мостовой инвертор, подключенный к первичному источнику через вольтодобавочный преобразователь посто нного напр жени с выходом на посто нном токе, и схему управлени , содержащую два автогенераторных формировател импульсов, один из которых подключен к входу мостового инвертора , а второй - к входам параллельных ключей, вход щих в состав вольтодобавочного преобразовател с выходом на посто нном токе и присоединенных параллельно по отношению к источнику питани . Кроме того, преобразователь содержит цепь отрицательной обратной св зи по выходному напр жению , состо щую из измерительного органа, источника эталонного напр жени , блока сравнени , фазосдвигающего блока, а также фильтры на входе и выходе мостового инвертора.This converter includes a bridge inverter connected to the primary source through a DC boost voltage converter with a DC output, and a control circuit containing two auto-generator pulse shapers, one of which is connected to the input of the bridge inverter, and the second to the inputs parallel switches included in the booster converter with DC output and connected in parallel with the power supply. In addition, the converter contains a negative feedback circuit for the output voltage, consisting of a measuring unit, a reference voltage source, a reference unit, a phase-shifting unit, as well as filters at the input and output of the bridge inverter.

Недостаток известного преобразовател состоит в том, что у напр жени на выходе мостового инвертора не синусоидальна , а пр моугольна форму. Поэтому фильтр,A disadvantage of the known converter is that the voltage at the output of the bridge inverter is not sinusoidal, but rectangular in shape. Therefore, the filter

установленный в выходе мостового инвертора , имеет повыщенную массу, в особенности при выходных напр жени х низкой частоты. Повышенную массу имеют также реактивные элементы известного преобразовател installed at the output of the bridge inverter, has a higher mass, especially at low-frequency output voltages. Reactive elements of the known converter also have an increased mass.

(в том числе, трансформатор вольтодобавочного устройства), работающие на низкой частоте (на частоте выходного напр жени ), и элементы мостового инверторам вольтодобавочного устройства за счет увеличени расчетной мощности, необходимой дл покрыти потерь в выходном фильтре. Цель изобретени - улучшение гармонического состава выходного напр жени и уменьшение массы преобразовател посто нного напр жени в переменное.(including a booster transformer) operating at a low frequency (at an output voltage frequency), and elements of a booster inverter bridge by increasing the calculated power required to cover the losses in the output filter. The purpose of the invention is to improve the harmonic composition of the output voltage and reduce the mass of the DC / DC converter.

Поставленна цель достигаетс тем, что выход задающего генератора подведен к ВХОД}- генератора тактовых импульсов, к которому подключен распределитель импульсов со счетчиком и дешифратором, одинThe goal is achieved by the fact that the output of the master oscillator is connected to the INPUT} —a clock generator, to which the pulse distributor with counter and decoder is connected, one

из выходов счетчика св зан через формирователи импульсов с управл ющими цеп ми вентилей выходного инвертора, а другие выходы счетчика через дешифратор - с управл ющими цеп ми ключей и входного инвертора , к которым подключен также выход фазосдвигающего блока цепи обратной св зи.from the outputs of the counter, via pulse formers, are connected to the control circuits of the output inverter gates, and the other outputs of the counter, via a decoder, to the control circuits of the keys and the input inverter, to which the output of the phase-shifting feedback circuit is also connected.

На фиг. 1 показано устройство управлени преобразователем посто нного напр жени в переменное; на фиг. 2,а-е-диаграммы , по сн ющие принцип работы предложенного устройства.FIG. 1 shows a control device for a DC / DC converter; in fig. 2, ae-diagrams, explaining the principle of operation of the proposed device.

Устройство (фиг. 1) содержит генератор 1 тактовых импульсов, присоединенный к распределителю 2 импульсов, имеющему счетчик 3 и дешифратор на логических элементах ИЛИ 4-9, выходы которых присоединены через логические элементы И 10-15 к формировател м 16-21 импульсов дл управлени ключами 22-27 входного вспомогательного преобразовател 28. При этом преобразователь 28 содержит автотрансформатор 29, к отпайкам которого присоединены ключи 22-25, включенные последовательно по отношению к первичному источнику питани , и ключи 26 и 27, зашуптированные обратными диодами 30 и 31 и присоединенные параллельно по отношению к источнику, а также фильтр 32. Первый выход распределител 2 импульсов подключен непосредственно к счетному входу формировател 33 импульсов дл управлени инвертором 34, выполненным, например, по мостовой схеме, содержащей вентили 35-38, зашунтированные обратным диодом 39. К выходным зажимам инвертора 34 подключенанагрузка 40, а к входным зажимам - измерительный орган 41.The device (Fig. 1) contains a clock pulse generator 1 connected to a pulse distributor 2, having a counter 3 and a decoder on OR 4–9 gates, the outputs of which are connected via logic gates AND 10–15 to a driver 16–21 pulses for controlling the keys 22-27 of the input auxiliary converter 28. In this case, the converter 28 contains an autotransformer 29, to the tapes of which are attached the keys 22-25, connected in series with respect to the primary power source, and the keys 26 and 27, sealed atomic diodes 30 and 31 and connected in parallel with respect to the source, as well as a filter 32. The first output of the distributor 2 pulses is connected directly to the counting input of the pulse former 33 to control the inverter 34, made, for example, by a bridge circuit containing gates 35-38, shunted by a reverse diode 39. A load 40 is connected to the output terminals of the inverter 34, and a measuring element 41 is connected to the input terminals.

Измерительный орган 41 задающий генератор 42, схема 43 сравнени , фазосдвигающий блок 44 образуют вместе узел обратной св зи. При этом выход фазосдвигающего блока 44 подключен к входам логических элементов И 10-15 и синхронизирован от генератора 1 тактовых импульсов, который, свою очередь, синхронизирован от задающего генератора 42. Вспомогательный преобразователь 28 подсоединен к входу инвертора 34. Дл определенности будем считать, что ключи 22--27 и вентили 35-38 выполнены на полностью управл емых тиристорах .The measuring unit 41, the master oscillator 42, the comparison circuit 43, the phase shifting unit 44 together form a feedback unit. The output of the phase-shifting unit 44 is connected to the inputs of logic gates And 10-15 and synchronized from the clock generator 1, which, in turn, is synchronized from the master oscillator 42. Auxiliary converter 28 is connected to the input of the inverter 34. For definiteness, we assume that the keys 22--27 and gates 35-38 are made on fully controlled thyristors.

Устройство работает следующим образом.The device works as follows.

Генераторы 1 тактовых импульсов (фиг. 2,а) вырабатывает импульсы, частота которых выше и кратна частоте выходного напр жени (задающего генератора 42), и они поступают на вход кольцевого счетчика 3 распределител 2. Каждый импульс генератора 1 продвигает выходной сигнал на один щаг. Первый выходной импульс счетчика поступает на первый выход распределител 2, а затем на счетный вход формировател 33 импульсов, переключающихClock generators 1 (Fig. 2, a) produce pulses whose frequency is higher and a multiple of the frequency of the output voltage (master oscillator 42), and they arrive at the input of the ring counter 3 of the distributor 2. Each pulse of the generator 1 advances the output signal by one step . The first output pulse of the counter is fed to the first output of the distributor 2, and then to the counting input of the imaging unit 33 pulses, switching

вентили 35-38 через каждые полпериода выходного напр жени (фиг. 2,а). Второй и последующие выходные импульсы кольцевого счетчика подаютс на входы логических элементов ИЛИ 4-9 раснределител 2, а затем через логические элементы И 10- 15 к входам формирователей 16-21, ключей 22-27 в последовательности 22-23- 24-25-(24, 25) -(24, 25) -(24, 26) -(25,valves 35-38 every half-period of the output voltage (Fig. 2, a). The second and subsequent output pulses of the ring counter are fed to the inputs of the logic elements OR 4-9 of the distributor 2, and then through the logic elements AND 10-15 to the inputs of the drivers 16-21, keys 22-27 in the sequence 22-23-24-25-25 ( 24, 25) - (24, 25) - (24, 26) - (25,

27) -(22,26) -(23, 27) -(22, 26) -(23, 27) - (22, 26) -(23, 26) -(24, 26) -(25, 27) -(24, 25)-24-25-22-23. На 24-м такте заканчиваетс полный цикл переключений, распределитель импульсов возвращаетс в исходное состо ние и начинаетс следующий период работы раснределител .27) - (22.26) - (23, 27) - (22, 26) - (23, 27) - (22, 26) - (23, 26) - (24, 26) - (25, 27) - (24, 25) -24-25-22-23. At the 24th cycle, the full cycle of switching is completed, the pulse distributor returns to its initial state, and the next period of the distributor begins.

Полный цикл работы счетчика соответствует полупериоду выходного напр жени и состоит из 24-х интервалов (фиг. 2,а). НаThe full cycle of the counter corresponds to the half-period of the output voltage and consists of 24 intervals (Fig. 2, a). On

первом интервале включаютс два диагональных тиристора (35 и 36 или 37 и 38) мостового инвертора. На инверторах 1 и 24 ток индуктивной нагрузки замыкаетс через тиристоры инвертора и диод 39. На этихThe first interval includes two diagonal thyristors (35 and 36 or 37 and 38) of the bridge inverter. On inverters 1 and 24, the inductive load current is closed through the inverter thyristors and the diode 39. At these

интервалах источник питани выключен (фиг. 2,6). Один интервал по времени равен полупериоду работы вспомогательного преобразовател 28. Восход ща ломана крива (фиг. 2д, е)intervals, the power supply is turned off (Fig. 2.6). One time interval is equal to the half-period of operation of the auxiliary converter 28. Ascending curve is broken (Fig. 2e, e)

получаетс при ступенчатом вычитании напр жени UK преобразовател 28 из входного L/n (фиг. 2,6) на интервалах 2-5. Последовательные ключи работают в режиме инвертора, а диоды 30 и 31 - в режиме выпр мител (параллельные ключи 26 и 27 при этом выключены). На интервалах 6 и 7 последовательные ключи 24 и 25, присоединенные к противофазным отпайкам секции трансформатора 29 с наименьщим числомis obtained by stepwise subtracting the voltage of the UK converter 28 from the input L / n (Fig. 2.6) at intervals of 2-5. The serial keys operate in the inverter mode, and the diodes 30 and 31 in the rectifier mode (the parallel keys 26 and 27 are turned off). At intervals of 6 and 7 consecutive keys 24 and 25, connected to the antiphase tap-offs of the transformer section 29 with the smallest number

витков, включены, а параллельные выключены . Ток через диоды 30 и 31 не протекает. При этом формируетс ступень выходного напр жени , амплитуда которой равна амплитуде входного напр жени . На интервалах 8-12 восход ща ломана крива получаетс ступенчатым сложением напр жени UK вспомогательного преобразовател 28 с входным Uji. На этих интервалах параллельные ключи работают в режиме выпр мител . Нисход ща ломана крива формируетс на интервалах 13-24 в обратной последовательности. Затем процесс повтор етс и на входе мостового инвертора формируетс ступенчатое однопол рное напр жение в виде выпр мленных двухполупериодных синусоидальных полуволн (фиг. 2,д), оно с помощью мостового инвертора преобразуетс в переменное напр жение , но форме близкое к синусоидальному.turns are on, and parallel turns off. The current through the diodes 30 and 31 does not leak. In this case, an output voltage level is formed, the amplitude of which is equal to the input voltage amplitude. At intervals of 8-12, the upward-sloping curve is obtained by stepwise addition of the UK voltage of the auxiliary converter 28 to the input Uji. At these intervals, parallel keys operate in the rectifier mode. A downward broken curve is formed at intervals of 13-24 in reverse order. The process is then repeated and a stepwise unipolar voltage in the form of straightened full-wave sinusoidal half-waves (Fig. 2, e) is formed at the input of the bridge inverter (Figure 2, d), it is converted into alternating voltage, but the shape is close to sinusoidal using a bridge inverter.

Необходима амплитуда ступени напр л ени на интервалах вычитани и добавки достигаетс выбором коэффициента трансформации согласующего трансформатора 29, а число ступеней - числом пар отпаек наThe required amplitude of the step of the voltage on the subtraction and addition intervals is achieved by the choice of the transformation ratio of the matching transformer 29, and the number of steps by the number of taps

вторичной стороне трансформатора. Длительность ступени определ етс числом и длительностью прерывистых колебаний напр жени и (фиг. 2,8) на зажимах транс (|юрматора. Дл того, чтобы исключить посто нную составл ющую намагничивающей силы трансформатора, необходимо выбрать частоту колебаний напр жени вспомогательного преобразовател в целое число раз выше частоты колебаний основного напр жени . Форма выходного напр жени тем лучше, чем больше число ступеней трансформатора .secondary side of the transformer. The step duration is determined by the number and duration of intermittent voltage oscillations and (fig. 2.8) at the trans (| jurmator) clamps. In order to eliminate the constant component of the magnetizing force of the transformer, it is necessary to choose the frequency of the voltage of the auxiliary converter in the integer number times the frequency of the main voltage. The shape of the output voltage is the better, the greater the number of transformer steps.

Напр жение на выходе мостового инвертора с двухтактным нреобразователем на входе имеет число ступеней при п-ступенчатом трансформатореThe voltage at the output of a bridge inverter with a push-pull inverter at the input has a number of steps with an n-step transformer

,,

где р - коэффициент, учитывающий структуру вспомогательного преобразовател , , если вспомогательный преобразователь выполнен по вольтодобавочной или вольтовычитающей схемам, , если этот преобразователь выполнен по вольтореверсивной схеме.where p is a coefficient that takes into account the structure of the auxiliary converter, if the auxiliary converter is made by booster or volt-reading circuits, if this converter is made by the reverse-reversal circuit.

Так, одноступенчатое выходное напр жение пр моугольной формы известного преобразовател по предлагаемому изобретению преобразуетс в трехступенчатое при одностуненчатом трансформаторе. Огибающа выходного напр жени с увеличением ступеней может сколь угодно стать близкой к синусоидальной. Кроме этого, по сравнению с известным устройством, в предложенном существенно снижаетс масса основной части преобразовател . Это достигаетс тем, что частота колебаний напр л ени промел уточного преобразовател 28 в предложенном устройстве в несколько раз выше частоты основного напр жени , поэтому эта частота может быть выбрана из услови получени минимальной массы трансформатора .Thus, the single-stage output voltage of a rectangular shape of the known converter according to the invention is transformed into a three-stage one-stage transformer. The envelope of the output voltage with increasing steps can arbitrarily become close to sinusoidal. In addition, compared with the known device, the mass of the main part of the converter is significantly reduced in the proposed one. This is achieved by the fact that the oscillation frequency of the voltage of the propeller converter 28 in the proposed device is several times higher than the frequency of the main voltage, therefore, this frequency can be chosen from the condition of obtaining the minimum mass of the transformer.

Масса уменьшаетс также вследствие того , что выходной фильтр в предложенном устройстве полностью исключен, так как удовлетворительное качество гармонического состава в данном случае практически всегда может быть достигнуто увеличением числа ступеней. В исключительных случа х при высоких требовани х к форме выходного напр жени на выходе вспомогательного преобразовател (на входе мостового инвертора), по аналогии с известным преобразователем , может быть установлен фильтр 32 (фиг. 1). Однако и в этом случае суммарна масса преобразовател оказываетс меньше, так как выходной фильтр инвертора при этом исключен, в отличие от входного фильтра известного преобразовател , входной фильтр в данном устройстве рассчитан на высокую частоту и имеет меньшую расчетную мощность. Конденсатор фильтра может быть электролитическим , так как включен на стороне посто нного тока. Вследствие же уменьшени реактивной составл юшей тока за счет исключени выходного фильтра понижаетс расчетна мощность всех силовых элементов на величину, пропорциональную MOHIHOCTH, котора бы потребл лась дл покрыти потерь , вызванных реактивными токами фильтра в известном преобразователе.The mass is also reduced due to the fact that the output filter in the proposed device is completely excluded, since a satisfactory quality of the harmonic composition in this case can almost always be achieved by increasing the number of stages. In exceptional cases, with high demands on the form of the output voltage at the output of the auxiliary converter (at the input of the bridge inverter), by analogy with the known converter, a filter 32 can be installed (Fig. 1). However, even in this case, the total mass of the converter is less, since the output filter of the inverter is thus excluded, unlike the input filter of a known converter, the input filter in this device is designed for high frequency and has a lower rated power. The filter capacitor may be electrolytic, as it is on the DC side. Due to the reduction of the reactive current, by eliminating the output filter, the calculated power of all power elements is reduced by an amount proportional to the MOHIHOCTH that would be consumed to cover the losses caused by the reactive currents of the filter in the known converter.

При наличии фильтра на входе форма выходного напр жени молсет быть улучшена с помощью узла обратной св зи, содерл ащего задающий генератор синусоидального напр л ени , с одновременной стабилизацией выходного напр лсени , С этой целью генератор тактовых импульсов синхронизирован от задающего генератора, а фазосдвигающий блок присоединен через логические элементы И 10-15 к входам формирователей 16-21 импульсов. При этом точность воспроизведени синусоиды полностью определ етс точностью отработки системой автоматического регулировани возмущени по отклон емой величине. В этом случае быть упрощена основна часть преобразовател : уменьшено число ступеней трансформатора (вплоть до одной ступени), вспомогательный преобразователь быть выполнен по однотактной схеме. Оптимальное рещение находитс исход из конкретных требований.When an input filter is present, the shape of the output voltage of a molset can be improved by using a feedback node containing a sinusoidal driving oscillator while simultaneously stabilizing the output voltage of the oscillator. To this end, the clock generator is synchronized from the master oscillator and the phase shifting unit is connected through the logical elements And 10-15 to the inputs of the formers 16-21 pulses. At the same time, the accuracy of reproduction of the sinusoid is completely determined by the accuracy of working out by the system of automatic control of the disturbance by the deviation value. In this case, the main part of the converter should be simplified: the number of transformer stages is reduced (up to one stage), the auxiliary converter should be made in a single-ended scheme. The optimal solution is based on specific requirements.

На основе предложенной схемы возможна реализаци многофазных схем. При использовании предлол енного устройства, в отличие от известного, улучшаетс гармонический состав выходного напр жени , представл етс возможной широка оптимизаци преобразовател по массогабаритным показател м путем выбора оптимальной частоты промел уточного преобразовател и величины входного напр жени , а числа ступеней, их амплитуды и длительности . Это позвол ет улучшить гармонический состав выходного напр жени , уменьшить массу и габариты, снизить удельный расход материалов. Предлолсенное устройство особенно эффективно дл получени переменного напр жени относительно низких частот .Based on the proposed scheme, it is possible to implement multi-phase circuits. When using a predlozhenny device, unlike the known, the harmonic composition of the output voltage is improved, it is possible to broadly optimize the converter for weight and size indicators by choosing the optimal frequency of the stalk weirver and the value of the input voltage, and the number of steps, their amplitudes and duration. This makes it possible to improve the harmonic composition of the output voltage, reduce the weight and dimensions, and reduce the specific consumption of materials. A pre-loader device is particularly effective for producing alternating voltages of relatively low frequencies.

Claims

1. USSR author's certificate No. 282509, cl. H 02M 7/515, 1969.

2.Romash E.M. Transistor converters in power supplies of electronic equipment. M., “Energie, 1975.

O s 10 IS ha O yu 15 20 s

partners