UA53671C2 - Генератор імпульсів для збудження котушки періодичними біполярними імпульсами (варіанти) та спосіб генерування послідовності періодичних біполярних імпульсів струму (варіанти) - Google Patents

Abstract

Даний винахід стосується резонансного перетворювача живлення, а також способу генерування послідовності періодичних біполярних імпульсів струму. Представлений винахід спрямований на забезпечення гнучкого та універсального ланцюга для регулювання як амплітудного так і частотного вмісту прямокутного та квазі-прямокутного коливання в інтервалі однополярного імпульсу струму, щоб певні частоти могли вибірково переважати. Зокрема розмір резонансного конденсатора С може бути достатньо невеликим, щоб дозволити йому повністю втратити свою згладжуючу або фільтруючу функцію і сформувати значні коливання на вході разом з повним опором навантаження. Ланцюг, згідно з даним винаходом, значно більш складний і має ряд певних переваг, що відрізняють його від аналогів, відомих з найближчого рівня техніки.

Description

Опис винаходу

Цей винахід відноситься до резонансного перетворювача живлення та способу генерування послідовності 2 періодичних біполярних імпульсів струму.

Сигнал струму прямокутної форми є переважним типом передаваного сигналу для здійснення вимірювання перехідного загасання в широкій смузі частот, що використовуються, наприклад, у бортових системах електромагнітної розвідки. Загальноприйнятий інвертор джерела напруги, що має транзистори і зустрічно-паралельні діоди, видає, фактично, трикутний або експоненціальний сигнал струму, і не кращим чином 70 підходить для даного прикладного застосування. Для цього типу застосування більше підходить інвертор джерела струму, що описаний у (статті) Е.Е. МУага, "Іпуепог зцйаріе їог орегайоп омег а гапде ої їедцепсу", Ргос. ІЕЕ, Мої. 111, Айцдиві 1964. ("Інвертор, придатний для роботи в діапазоні частот"). В інверторі джерела струму зазвичай потрібні ключі з можливістю блокування при зміні полярності й один або більш конденсаторів, підключених паралельно навантаженню. Особливістю подібної схеми також, у загальному 72 випадку, є примусова комутація, для чого потрібні також тиристори.

У канадському патенті 1064584 розкривається генератор імпульсів для бортової електромагнітної розвідки.

Котушка збуджується періодично біполярними імпульсами струму заданої амплітуди, періоду і частоти повторення і, у загальнім випадку, прямокутної форми. Для формування замкнутого коливального контуру заданої частоти паралельно до котушки підключають конденсатор. Керування коливальним контуром здійснюється через першу і другу пари керованих випрямлячів або, як варіант, підключення і відключення коливального контуру від джерела постійного струму і для зміни напрямку протікання струму від джерела постійного струму до котушки протягом послідовних імпульсів струму. Прямокутна форма імпульсів, що генерується генератором імпульсів, є негнучкою, бо здатна використовувати тільки фіксовані амплітудні і частотні складові даної частоти повторення, складаючи сигнал прямокутної форми. с

Один тип структури схеми інвертора джерела напруги, де конденсатор низької ємності міститься на вході (3 транзисторного інвертора, описаний У. Мойап і В. Моїй у "7его-моМаде-змйснпіпуд РМУМ іпмепйег тог пПідпн-їтедоепсу АС-ЮОС ромег сопмегвіоп", ("Інвертор ШІМ із комутацією нульової напруги для високочастотного випрямлення живлення") ІЕЕЄ Тгапзасіопз оп Іпдивігу Арріїсанопв, Мої. 29, Мо. 5, Зеріетрег/Осіорег 1993, рр 959 - 968. У цій схемі напруга на резонансному конденсаторі не може перевищити напругу джерела. Крім того, -- між навантаженням і резонансним конденсатором не відбувається резонансу, але замість цього він відбувається ча між конденсатором і допоміжним дроселем.

У наступній схемі для обмоток двигуна з магнітним опором, описаній А. Віазіо і Т. А. Ііро у "А тодійеа ее,

С-ацтр сопмегпег бог магіаріе геїсіапсе таспіпев", ("Видозмінений перетворювач із ємнісним скиданням для со машин із перемінним магнітним опором") 1991 ІЕЕЕ ІА5 Сопіегепсе Кесога, рр. 886 - 891, передбачаються 325 уніполярні імпульси. Передбачається менший конденсатор, що не резонує з навантаженням, і діод, підключений о послідовно з джерелом напруги, підключається не до сторони постійного струму інвертора, а, замість цього, безпосередньо до обмоток навантаження.

У таких застосуваннях, як бортова електромагнітна розвідка, бажано мати відносно гнучке керування « електромагнітним сигналом, що випромінюється котушкою або рамковою антеною. З 50 У патенті США 4410926 описана схема для генерування магнітних полів постійного струму змінної с полярності. На вході інвертора стоїть конденсатор невеликої ємності, що може резонувати з навантаженням.

Із» Однак, керування формою хвилі дуже обмежене і не забезпечує гнучкості, що потрібна для нового покоління систем для геофізичних досліджень. Зміна полярності незмінно реалізується з використанням відносно повільних півперіодних резонансних переходів і відсутнє активне керування амплітудою струму.

Європейський патент 0562389 розкриває джерело електричного живлення для електростатичного фільтру. і-й Зазвичай ці фільтри живлять за допомогою дволанкових перетворювачів, в яких необхідно регулювати струм в со проміжному ланцюгу та інвертувати струм для отримання змінного струму для живлення трансформатора великої потужності, який живить сам фільтр. Джерело електричного живлення містить напіврегульований б випрямний міст постійного струму, з'єднаний за допомогою сукупності котушок індуктивності з джерелом -І 20 трифазного змінного струму. Випрямляч містить три пари тиристорів, які забезпечують первинне регулювання струму. Буферна схема, або згладжуючий конденсатор, розміщені на виході моста, який підключений до

З інвертора. Інвертор містить сукупність потужних транзисторів, з'єднаних мостовою схемою та паралельно включених за допомогою відповідних діодів. Інвертор працює на частоті, яка, щонайменше, в десять раз перевищує вхідну частоту електричної мережі. Перевага цього джерела електричного живлення полягає в тому, 25 що регулювання струму об'єднують з дією інвертора, при цьому вилучаючи необхідність застосування

ГФ) додаткових пристроїв захисту мережі. Ця мережа електричного живлення більш проста і в результаті цього зведені до мінімуму собівартість та втрата перетворення в компонентах ланцюга. В європейському патенті о 0552389 ВОЗС 3/68 28.07.93 джерело електричного живлення трифазного змінного струму (І 1, 12, І З) живлять через відповідні котушки індуктивності б в схему випрямляча, яка містить міст 1 на трифазних тиристорах та 60 паралельний згладжуючий конденсатор 2 для того, щоб створювати джерело по суті постійної напруги після згладжуючого конденсатора 2 для живлення інвертора 3. Необхідно відмітити, що конденсатор 2 слугує в якості "буферної схеми" або в якості згладжуючого конденсатора, який використовують для стабілізування або згладжування джерела електричного живлення постійного струму. На противагу цьому, в ланцюгу інвертора згідно з даним винаходом: вхід постійного струму, який фактично утворює перше джерело електричного бо живлення по суті постійної напруги, має засіб розв'язки (05), переважно розміщене між першим джерелом електричного живлення по суті постійної напруги входу постійного струму та резонансним конденсатором, для розв'язки резонансного конденсатора по відношенню до входу постійного струму, коли напруга в резонансному конденсаторі перевищує напругу на вході постійного струму.

Європейський патент 0552389 не розкриває та не має на увазі ні такий засіб розв'язки, ні застосування резонансного конденсатора у відповідності до даного винаходу. На противагу цьому, як вказано вище, конденсатор 2 в Д1 являється згладжуючим конденсатором, який формує частину схеми випрямлення. Засіб розв'язки (ДБ) у відповідності до даного винаходу не слід приймати за випрямляючі тиристори 4 та 5, які утворюють частину випрямляча (1) згідно з цим патентом. Очевидно, що тиристори 4 та 5 не складають засіб 7/о розв'язки, який вимагається формулою даної заявки, а фактично разом зі згладжуючим конденсатором 2 визначають джерело постійного струму, яке використовується інвертором ДІ. Засіб розв'язки згідно з даним винаходом має суттєве значення для його функціонування, оскільки за рахунок ізолювання входу постійного струму при перевищенні напругою в резонансному конденсаторі напруги входу постійного струму: засіб розв'язки ефективно визначає першу та другу резонансні підсхеми розряджання та підзарядки, у яких відбувається обмін енергією між резонансним конденсатором С, з одної сторони, та індуктивністю і опором навантаження, з іншої.

Резонансні схеми підзарядки та розряджання сприяють, сумісно зі схемами холостого ходу і/або схемами експоненціальної підзарядки, регулюванню амплітудного та частотного вмісту форми прямокутного коливання в часі інтервалів однополярних імпульсів струму.

Також необхідно відмітити, що згідно з формами переключання, які відображаються в європейському патенті 0552389, є щонайменше один транзистор інвертора, який в будь-який даний момент знаходиться в стані "вкл".

Це робить резонансний розряд того виду, який вказується в даній заявці, неможливим як під час додатнього так і під час від'ємного півперіода, і явним чином виключає наявність першої та другої резонансної підсхеми розрядження згідно з формулою.

Даний винахід спрямований на забезпечення гнучкого та універсального ланцюга для регулювання і с ге амплітудного, і частотного вмісту прямокутного та квазі-прямокутного коливання в інтервалі однополярного імпульса струму, щоб певні частоти змогли вибірково переважати. Зокрема, розмір резонансного конденсатора і)

С може бути достатньо невеликим, щоб дозволити йому повністю втратити свою згладжуючу та фільтруючу функцію та сформувати значні коливання на вході з повним опором навантаження. Ланцюг згідно з даним винаходом доволі більш складний і, як описується в тексті заявки (стор. 26, останній абзац), має ряд певних «- зо переваг, які повністю відрізняють його від ланцюга згідно з європейським патентом 0552389. Всі раніше перераховані відмінності базуються на тому, що винахід, який пропонується повністю відрізняється від джерела - електричного живлення з нерезонансним фільтром, а переваги досягаються за рахунок наступного. «о

Відповідно до першого аспекту винаходу, передбачається генератор імпульсів для збудження котушки періодичними біполярними імпульсами, котрі мають, у загальному випадку, прямокутну форму, який містить у о собі схему резонансного перетворювача постійного струму у змінний, яка містить у собі вхід постійного струму, ю який являє собою джерело першої напруги та вихід, під'єднаний до котушки, керуючу схему виконану з можливістю керування перемиканням вищевказаного резонансного перетворювача постійного струму у змінний, резонансний конденсатор, підключений паралельно до входу постійного струму та засіб від'єднання, розміщений між входом постійного струму та резонансним конденсатором з можливістю від'єднання резонансного « конденсатора від входу постійного струму при перевищенні напругою на резонансному конденсаторі напруги на 7-3 с вході постійного струму, при цьому вищевказана схема резонансного перетворювача постійного струму в

Й змінний додатково містить інвертор у вигляді повного мосту з першим та другим плечима, причому перше плече и?» містить перший та другий керовані ключі, друге плече містить третій та четвертий керовані ключі, а також перший, другий, третій та четвертий діоди, які виконані з можливістю зустрічно-паралельного підключення до,

Відповідно, першого, другого, третього та четвертого керованого ключа, з можливістю забезпечення відповідних с першої, другої третьої та четвертої ключ-діодної пари, причому вищевказана схема резонансного перетворювача постійного струму у змінний додатково містить першу схему резонансного заряджання, яка о містить перший керований ключ, котушку, третій керований ключ та резонансний підсилювач і другу схему б резонансного заряджання, яка містить другий керований ключ, котушку, четвертий керований ключ та резонансний підсилювач, у яких вищевказаний конденсатор виконаний з можливістю підключення та приймання ш- струму від котушки та збільшення амплітуди струму котушки, першу схему резонансного розряджання, яка

Кк містить другий діод, котушку, четвертий діод і резонансний конденсатор та другу схему резонансного розряджання, яка містить третій діод, котушку, перший діод та резонансний конденсатор, в котрих конденсатор виконаний з можливістю приєднання до котушки та зменшення амплітуди струму котушки, першу схему Короткого замикання, яка містить перший керований ключ, котушку та четвертий діод, або другий діод, третій керований ключ та котушку, і другу схему короткого замикання, яка містить другий керований ключ, котушку, (Ф, третій діод або перший діод, четвертий керований ключ та котушку, у яких резонансний конденсатор фактично ка виконано з можливістю ізоляції від котушки, і передбачається ланцюг струму короткого замикання з можливістю забезпечення поступового убування амплітуди струму котушки, і схему експоненціального заряджання, у якій бо Вхід постійного струму виконаний з можливістю підключення безпосередньо до котушки та збільшення струму в котушці, керуючу схему, яка виконана з можливістю встановлення та також керування амплітудним та частотним складом прямокутного сигналу шляхом перемикання вищевказаної схеми резонансного перетворювача з можливістю задіяння між схемою заряджання та щонайменше однією з вищевказаних схем за щонайменше один цикл керованого перемикання. 65 Винахід також передбачає генератор імпульсів для збудження котушки періодичними біполярними імпульсами, які мають у загальному випадку прямокутну форму, який містить у собі схему резонансного перетворювача постійного струму у змінний, яка містить у собі вхід постійного струму, який являє собою джерело першої напруги та вихід, приєднаний до котушки, керуючу схему виконану з можливістю керування перемиканням вищевказаного резонансного перетворювача постійного струму у змінний, резонансний

Конденсатор, підключений паралельно до входу постійного струму та засіб від'єднання, виконаний з можливістю від'єднання резонансного конденсатора від входу постійного струму при перевищенні напругою на резонансному конденсаторі напруги на вході постійного струму, причому вищевказана схема резонансного перетворювача постійного струму у змінний додатково містить інвертор у вигляді повного мосту з першим та другим плечем, і перше плече містить перший та другий керовані ключі, і друге плече містить третій та четвертий керовані 7/0 Ключі, а також перший, другий, третій та четвертий діоди, які виконані з можливістю зустрічно-паралельного підключення до, відповідно, першого, другого, третього та четвертого керованого ключа та забезпечення відповідних першої, другої, третьої та четвертої ключ-діодних пар, причому вищевказана схема резонансного перетворювача постійного струму у змінний містить у собі першу схему резонансного заряджання, яка містить перший керований ключ, котушку, третій керований ключ та резонансний конденсатор і другу схему /5 резонансного заряджання, яка містить другий керований ключ, котушку, четвертий керований ключ та резонансний конденсатор, у яких конденсатор виконаний з можливістю підключення та приймання струму від котушки та збільшення амплітуди струму котушки, першу схему резонансного розряджання, яка містить другий діод, котушку, четвертий діод та резонансний конденсатор і другу схему резонансного розряджання, яка містить третій діод, котушку, перший діод та резонансний конденсатор, у яких конденсатор виконаний з можливістю

Підключення до котушки та зменшення амплітуди струму від котушки, схему експоненціального заряджання, у якій вхід постійного струму виконаний з можливістю підключення безпосередньо до котушки та збільшення струму через котушку та схему відсікання, підключену паралельно джерелу постійної напруги, при цьому схема відсікання, яка виконана з можливістю утворення джерела другої напруги та встановлення з можливістю подавання другої постійної напруги на котушку, яка вище ніж напруга джерела першої напруги. сч

Генератор імпульсів, здебільшого, містить у собі першу і другу підсхеми холостого ходу, в котрих резонансний конденсатор фактично ізолюється від котушки, а для забезпечення поступового убування і) амплітуди струму котушки передбачається коло струму короткого замикання; схему керування, призначену для керування амплітудним і частотним складом прямокутного хвильового сигналу шляхом перемикання роботи схеми перетворювача між, принаймні, двома типами підсхем за, принаймні, один період керованого перемикання - пи зо протягом інтервалів уніполярного імпульсу струму.

З метою забезпечення зручності встановлюється схема керування, призначена для керування амплітудним і - частотним складом сигналу прямокутної форми шляхом перемикання роботи схеми перетворювача між, «о принаймні, трьома вищезазначеними типами підсхем за, принаймні, один період керованого перемикання протягом інтервалів однополярного імпульсу струму. о

З метою заощадження перетворювач містить в собі інвертор у вигляді повного моста, що має перше і друге му плечі перемикання, причому перше плече перемикання має перший і другий керовані ключі, а друге плече перемикання має третій і четвертий керовані ключі, при цьому перший, другий, третій і четвертий діоди підключаються зустрічно-паралельно до, відповідно, першого, другого, третього і четвертого керованих ключів, відповідно утворюючи першу, другу, третю і четверту ключ-діодні пари. «

Звичайно, перша підсхема резонансного заряджання містить у собі перший керований ключ, котушку, третій в с керований ключ і резонансний конденсатор, а друга підсхема резонансного заряджання містить у собі другий

Й керований ключ, котушку, четвертий керований ключ і резонансний конденсатор, причому перша підсхема а резонансного розряджання містить у собі другий діод, котушку, четвертий діод і резонансний конденсатор, а друга підсхема резонансного розряджання містить у собі третій діод, котушку, перший діод і резонансний

Конденсатор. с Перша підсхема холостого ходу може містити в собі перший керований ключ, котушку і четвертий діод, а друга підсхема холостого ходу містить у собі другий керований ключ, котушку і третій діод. і Схема відсікання здебільшого містить у собі конденсатор відсікання і вузол перемикання, призначений для б керування роботою конденсатора відсікання, ємність якого підбирається таким чином, щоб він забезпечував 5р фактично незмінну напругу постійного струму. ш- Звичайно, схема відсікання утворює частину схеми швидкого експоненціального заряджання, призначеної

Кк для заряджання котушки, і схеми швидкого експоненціального розряджання, призначеної для розряджання котушки в конденсатор відсікання.

Для зручності схема швидкого експоненціального заряджання містить у собі конденсатор відсікання, п'ятий

Керований ключ, що утворює частину вузла перемикання, перший ключ, котушку і третій ключ.

Звичайно, схема швидкого експоненціального розряджання містить у собі п'ятий діод, підключений (Ф, зустрічно-паралельно до п'ятого керованого ключа, конденсатор відсікання, другий діод, котушку і четвертий ка діод.

З метою заощадження встановлюються схеми швидкого експоненціального заряджання і швидкого бо експоненціального розряджання, призначені діяти, у сполученні зі схемами резонансного заряджання і розряджання, протягом інтервалу роботи біполярного переходу.

Відповідно до ще одного аспекту винаходу, передбачається спосіб генерування послідовності періодичних біполярних імпульсів струму, які мають у загальному випадку прямокутну форму, який містить етапи керування амплітудним та частотним складом прямокутного сигналу шляхом задіяння генератора імпульсів у режимі 65 резонансного заряджання, при якому резонансний конденсатор з'єднують з котушкою та збільшують амплітуду струму котушки у режимі холостого ходу при якому резонансний конденсатор ізолюють від котушки та передбачають ланцюг струму короткого замикання з можливістю забезпечення поступового зменшення амплітуди струму котушки у режимі резонансного розряджання, при якому конденсатор приєднують до котушки та зменшують амплітуду струму котушки.

Здебільшого спосіб містить у собі етап залучення генератора імпульсів у режимі швидкого заряджання, коли котушка заряджається через конденсатор відсікання, що підключається паралельно до входу постійного струму, і встановлюється для забезпечення фактично незмінної напруги постійного струму, вищої за напругу на вході постійного струму, і в режимі швидкого експоненціального розряджання, коли котушка розряджається в схему відсікання. 70 З метою заощадження спосіб містить у собі етапи відсікання напруги котушки, залучення генератора імпульсів у режимі швидкого розряджання шляхом перемикання струму котушки на схему відсікання, а потім залучення схеми відсікання в режимі швидкого заряджання при зміні полярності струму відсікання.

Для зручності спосіб містить у собі етапи забезпечення, принаймні, одного періоду керованого перемикання протягом кожного інтервалу однополярного імпульсу, причому кожний період перемикання включає в себе 7/5 інтервал заряджання й інтервал розряджання, що відповідають вищезгаданим режимам.

Звичайно, кожний період перемикання додатково містить у собі інтервали швидких експоненціальних заряджання і розряджання.

Для зручності, кожний період перемикання також містить у собі інтервали повільних експоненціальних заряджання й розряджання.

Звичайно, передбачають від двох до п'яти періодів перемикання, причому кожний період є періодом, керованим широтно-імпульсною модуляцією.

З метою заощадження спосіб містить у собі етапи залучення генератора імпульсів протягом кожного інтервалу роботи біполярного переходу, принаймні, у режимах резонансного заряджання і резонансного розряджання. с

Відповідно до ще одного аспекту винаходу передбачається спосіб генерування послідовності періодичних біполярних імпульсів струму, які мають, у загальному випадку, прямокутну форму, яка містить у собі інтервали і) біполярного переходу, вставлені між інтервалами однополярного імпульсу струму змінної частоти шляхом використання схеми резонансного перетворювача постійного струму у змінний, яка має вхід постійного струму, що являє собою джерело першої напруги, вихід, під'єднаний до котушки, резонансний конденсатор, підключений с де зо паралельно до входу, і який установлюється з можливістю утворення резонансного контура у поєднанні з котушкою, і засіб від'єднання з можливістю від'єднання резонансного конденсатора від входу постійного струму, - коли напруга на резонансному конденсаторі перевищує напругу на вході постійного струму, спосіб, який містить «о у собі етапи керування амплітудним та частотним складом прямокутного сигналу шляхом задіяння генератора імпульсів у режимі резонансного заряджання, у якому резонансний конденсатор підключають до котушки для о збільшення амплітуди струму котушки у режимі резонансного розряджання, у якому конденсатор підключають, ю щоб приймати струм з котушки для збільшення амплітуди струму котушки у режимі швидкого розряджання, у якому котушку розряджають в схему відсікання і у режимі швидкого заряджання, у якому котушку розряджають через схему відсікання, яку підключають паралельно входу постійного струму, схемі відсікання, яка складає джерело другої напруги, яке встановлюється для подавання на котушку другої постійної напруги, більш високої «

Ніж напруга джерела першої напруги. з с Здебільшого спосіб містить у собі етапи залучення генератора імпульсу протягом кожного інтервалу роботи біполярного переходу, принаймні, у режимах резонансного розряджання, швидкого експоненціального ;» розряджання, швидкого експоненціального заряджання і резонансного заряджання.

Для зручності спосіб містить у собі етап залучення генератора імпульсів протягом кожного інтервалу незмінного стану біполярного переходу, у якому струм в котушці, що у цьому режимі фактично відключається, не с протікає.

КОРОТКИЙ ОПИС КРЕСЛЕНЬ о Фіг.1 зображує принципову схему першого варіанта реалізації перетворювача постійного струму у змінний, б виконаного відповідно до цього винаходу; фіг.2 зображує приклад однієї послідовності єдиного, позитивного періоду перемикання, що має місце в - схемі, зображеній на фіг.1;

Кк фіг.3 зображує діаграму хвильового сигналу струму, котушки, коли інтервал холостого ходу зменшується до нуля; фіг.4 зображує діаграму хвильового сигналу струму котушки, коли інтервал розряджання зменшується до б5Б НУЛЯ; фіг.5 зображує почасти схематизовану принципову схему аналогової схеми керування, призначеної для

Ф) керування схемою перетворювача постійного струму в змінний, зображеною на фіг.1; ка фіг.б і бА зображують діаграми різних логічних хвильових сигналів, що мають місце в різних нумерованих положеннях на схемі керування, зображеній на фіг.5; во фіг.7 зображує принципову схему другого варіанту реалізації схеми перетворювача постійного струму в змінний, виконаного відповідно до цього винаходу; фіг.8 зображує таблицю різних можливих режимів провідності, що відповідають єдиному позитивному періоду перемикання для позитивного струму І,; фіг.Уа зображує діаграму станів, що ілюструє всі можливі перехідні стани між режимами провідності, що 65 ілюструються на фіг.8, протягом окремого періоду перемикання; фіг.96 зображує діаграми станів різних можливих перехідних станів між режимами провідності протягом інтервалу зміни полярності; фіг.10 зображує діаграму форми хвилі хвильового сигналу струму котушки з використанням інтервалів незмінного стану, заряджання та розряджання; фіг11А - 118 зображують хвильові сигнали струму конденсатора, напруги на котушці і струму котушки, що відповідають першому варіанту реалізації схеми фіксованого перетворювача постійного струму у змінний, виконаного відповідно до цього винаходу; фіг.12А - 12Г зображують хвильові сигнали струму конденсатора, напруги котушки, струму котушки і струму відсікання, що відповідають другому варіанту реалізації схеми перетворювача постійного струму в змінний, 7/0 Зображеній на фіг.7.

ОПИС ПЕРЕВАЖНИХ ВАРІАНТІВ РЕАЛІЗАЦІЇ

Відповідно до фіг.1, схема 10 перетворювача постійного струму в змінний містить у собі схему 12 інвертора у вигляді повного моста, що містить у собі чотири ключі 01, 02, ОЗ ії 04, що мають відповідні діоди О1, 02, ОЗ і 04, підключені зустрічно-паралельно ключам. Котушка 14, подана у вигляді опору К і індуктивності Ї, /5 проходить між лівим і правим плечима перемикання, утвореними перемикачами О1, 02 і 03, 04. Конденсатор С підключається паралельно джерелу М д напруги постійного струму і входові інвертора 12, що має вигляд повного моста. Діод ОБ підключається безпосередньо до позитивного виводу джерела М д напруги постійного струму і призначений для від'єднання резонансного конденсатора С від джерела напруги постійного струму, коли напруга на резонансному конденсаторі С перевищує напругу постійного струму на джерелі напруги Мд.

Ключі 01, 02, 03 ї 04 цілком керовані і, звичайно, є біполярними транзисторами з ізольованою базою (БТІБ). Як варіант, ключі можуть бути біполярними транзисторами, МОП-транзисторами, тиристорними вимикачами або будь-якими аналогічними керованими пристроями перемикання. Керування ключами здійснюється за допомогою схеми керування, що буде описана нижче в описі винаходу з посиланням на фіг.7 - 108. с

Керування ключами С11 - 04 забезпечує три стани схеми як для позитивного, так і для негативного струму, У котушці 14. Ці три стани більш докладно ілюструються на фіг.2, що представляє лише позитивний період і) перемикання. Перший стан 16 містить у собі інтервал заряджання, протягом якого два ключі, а саме, ОТ і ОЗ є провідними, а на діоди 02 і 04 подається зворотна напруга зміщення. Протягом цього періоду амплітуда струму зростає. Наступний інтервал 18 холостого ходу має місце, коли ключ О1 і діод 04 є провідними або, коли ключ «- зо 92 ії діод ОЗ є провідними. Протягом цього періоду амплітуда струму убуває з відносно малою швидкістю.

Протягом інтервалу 20 розряджання діоди 02 і 04 проводять позитивний струм котушки, а ключі 01 і 3 - вимкнені. Ге

Інтервали 16, 18 і 20 заряджання, холостого ходу і розряджання разом утворять єдиний позитивний період перемикання. о

Інтервал 16 заряджання важливий для роботи інвертора, оскільки в цей час він відбирає енергію або з ю джерела напруги Мд, або з резонансного конденсатора С. Інтервали 18 і 20 холостого ходу і розряджання забезпечують два способи зменшення струму, і в ході роботи схеми можна використовувати будь-який із цих інтервалів або обидва разом. Ця особливість схеми забезпечує гнучкість не лише в керуванні амплітудою або формою сигналу вихідного струму, а й складом і розподілом частотного спектру сигналу, що особливо важливо « для генерування біполярного сигналу прямокутної форми. з с Діапазон керування простягається між двома екстремумами, одним, у якому зменшення струму котушки здійснюється винятково протягом інтервалу холостого ходу, і іншим, у якому зменшення струму котушки ;» відбувається винятково протягом інтервалу розряджання. Сигнали струму, що відповідають цим двом режимам роботи, зображені на фіг.З та 4.

У сигналі; 24, що ілюструється на фіг.4, де інтервал розряджання встановлюється рівним нулю, с максимальний струм майже незмінний, із низьким коефіцієнтом пульсацій. Коли інтервал холостого ходу встановлюється рівним нулю, сигнал струму має більш високий коефіцієнт пульсацій змінного струму, що о ілюструється позицією 25 фіг.3, у результаті чого частотний склад сигналу струму розширюється. Безперервне

Ге» регулювання форми сигналу виявляється можливим, завдяки регулюванню вагових коефіцієнтів інтервалів заряджання, холостого ходу і розряджання, разом із числом імпульсів струму в кожному позитивному і

Ш- негативному періоді. як Зміна полярності протягом інтервалів З і 11, зображених на фіг.З і 4, ініціюється вимкненням усіх ключів

О1 - 04 і наданням кола розряджання через діагонально протилежні діоди 02 і 04 або 01 і 03. Коли струм проходить через нуль, паралельні провідним діодам ключі запираються, тим самим переносячи струм, що тепер дв тече в протилежному напрямку. Це ініціює інтервал резонансного заряджання, під час якого струм збільшується майже до максимального значення. В цьому інтервалі резонансного заряджання використовується резонанс між (Ф, резонансним конденсатором С ота індуктивністю | котушки. Пікове значення напруги на резонансному ка конденсаторі С, звичайно, в десять разів перевищує напругу живлення М д. Наведені нижче рівняння описують зміну напруги котушки у, і струму котушки і; при переході: 60 () ср ея нм щас іх вет (сові) 2 вій 03 б5 де

ШЕ в (3) ба т ЦЕ іх) вз- БЕ о 21

Й Ід - це пік струму приблизно прямокутної хвилі.

Для керування амплітудою струму і пульсацією на вершині позитивної і негативної частин прямокутного сигналу протягом інтервалів 2, 4, 10 і 12 застосовується широтно-імпульсна модуляція. Інтервал 15 є позитивним періодом перемикання, що містить у собі два підінтервали, а саме інтервали 13 і 14. Інтервал 13 є інтервалом заряджання, а інтервал 14 є інтервалом холостого ходу, причому обидва інтервали відповідають 75 типу, що ілюструється позиціями 10 і 12 на фіг4, що також указує, які пристрої в схемі є провідними.

Наведений нижче список дає можливість підсумувати призначення різних нумерованих інтервалів: інтервали 1, З зміна полярності струму інтервали 2, 4 широтно-імпульсна модуляція інтервал 5: один період перемикання широтно-імпульсної модуляції інтервал 6: резонансне розряджання котушки інтервал 7: резонансна заряджання котушки від конденсатора інтервал 8: повільне експоненціальне заряджання котушки від джерела напруги інтервали: 9, 11 зміна полярності струму інтервали 10, 12 широтно-імпульсна модуляція Га інтервал 13 повільне експоненціальне заряджання котушки від джерела напруги інтервал 14 холостий хід (повільне експоненціальне розряджання) і) інтервал 15 один позитивний період перемикання широтно-імпульсної модуляції

Сигнали протягом інтервалів 13 і 8 повільного експоненціального заряджання від джерела напруги задані рівняннями: «- ук - Ми (Б) т й м М (6) (Се) хх тех - гу

Е Е с 3о де Їх - це струм котушки на початку інтервалу. о

Протягом інтервалу 14 холостого ходу або повільного експоненціального розряджання, зображеного на фіг.4, на котушку 14 подається нуль вольт. Це забезпечує втрату провідності діодом 04 і ключем О1 або діодом 02 і ключем С)3, у залежності від того, яка пара діод/ключ працює. Хвильові сигнали протягом цього інтервалу « визначаються рівняннями : - с ух(б 70 (7) з хх зе хв де 1 04 ЕК/Г

Інтервал 5 є позитивним періодом перемикання струму, коли інтервал холостого ходу зменшується до нуля, о що, з метою зменшення струму, в ході керування за допомогою широтно-імпульсної модуляції містить лише

Ге») інтервал резонансного розряджання. Інтервал б резонансного розряджання можна описати за допомогою згаданих рівнянь (1) і (2) резонансного заряджання. 7 Інтервали 7 і 8 є, відповідно, інтервалами резонансного й експоненціального заряджання, що відповідають - М ключам О1 і 03, що проводять протягом позитивної частини періоду, і, аналогічно, ключам 02 і 04, що проводять протягом його негативної частини. Інтервал 8 має місце, коли напруга на вході моста 12 інвертора дорівнює напрузі живлення МД, а рівняння (5) і (6) описують форму напруги та струму протягом цього періоду.

Протягом інтервалу 7, коли навантаження 14 заряджається від резонансного конденсатора С, імпеданс К жі ої. о навантаження котушки резонує з конденсатором С, а сигнали визначаються рівняннями: іме) - Й ді (5) мм х 1- Мк НАСМХ В війоої ях їх ЛІ 60 : - -йій ба. по) ік міх ж діжки ша (согіва зом, ху пі «емо, де б5

11 17 фім І - «в| --х 2 мкм (2)

Ам хкі- -- й зі й І. ЇЇ при цьому М, і ЇХ є початковими напругою і струмом навантаження.

Сигнали, показані на фіг.3 - б, застосовуються, коли для кожного позитивного і негативного півперіоду то струму котушки існує деяке число інтервалів перемикання. Ці інтервали перемикання передбачають вузол керування амплітудою струму котушки. Однак, у випадках, коли опір котушки досить великий, щоб обмежувати струм котушки до належного рівня, або, як варіант, коли здійснюється керування значенням напруги живлення, щоб обмежувати струм котушки до належного рівня, можливо мати тільки один інтервал заряджання або розряджання на позитивний або негативний півперіод струму котушки. їз На фіг.5 зображена аналогова схема керування 30, призначена для забезпечення незалежного керування інтервалом зміни полярності, а також для безперервного регулювання співвідношення між інтервалами заряджання і холостого ходу. Як варіант і здебільшого, імпульси керування можуть генеруватися за допомогою мікроконтролера. Аналогова схема керування 30 містить у собі в8-розрядний двійковий лічильник 32, що має вхідну лінію 34 синхросигналу і вихідні лінії 36, 38, 40 і 42, використовувані для видачі сигналів а, б, с та 720 ана фіг.

Синхросигнал лічильника подається на вхідну лінію 34 синхросигналу з генератора синхросигналу 42 ШІМ (широтно-імпульсної модуляції), що, у свою чергу, є веденим відносно ведучого контролера 44 ШІМ. Контролер 44 ШІМ, що позначає як ШІМІ1, також є ведучим відносно двох додаткових контролерів 46 і 48 ШІМ, позначених, відповідно, як ШІМ2 і ШІМЗ3. Структура "ведучий - ведений", у котрої ведучий контролер 44 ШІМ керує сч синхронізацією лічильника 32, а також іншими веденими контролерами 42, 46 і 48 ШІМ, гарантує, що усі хвильові Го) сигнали ШІМ мають ту саму частоту і є синфазними один до одного і до лічильника 32. Ширина імпульсів ШІМ на контролерах ШІМ - ШІМІ, ШІМ2 і ШІМ3З - регулюється відповідними потенціометрами 44А, 46А і 48А.

Виходи З6, 38, 40 і 42 інвертуються, відповідно, на вентилях НЕ 50, 52, 54 і 56, причому інвертовані - виходи вентилів НЕ 52 і 54 утворять вхід вентиля | 58. Вихід вентиля | 58, у свою чергу, утворює вхід наступного вентиля | 60, що також приймає на вході вихід вентиля НЕ 50. Вихід вентиля І 60, у свою чергу, - подається на вхід вентиля І 62, що також приймає на вході 64 вихід від ведучого контролера 44 ШІМ. с

Сигнали е та ї, що представляють виходи відповідних вентилів | 58 та 60, показують, як сигнали а, 5 та с використовуються для формування послідовності імпульсів, у котрої тільки одна з восьми частин є логічною Ге) одиницею, а інші сім із восьми частин є логічними нулями. Вихідний сигнал ї інвертується за допомогою вентиля ю

НЕ 66, а інвертований сигнал потім подається на входи вентилів І 68 та 70. Інший вхід вентиля І! 70 з'єднаний з виходом вентиля | 72, входи котрого, в свою чергу, через вхідні лінії 74 і 70 з'єднані з контролерами ШІМ:

ШІМ2 ї ШІМ3. Сигнал з вихідної лінії 74 ШИМ2 також подається на вентиль І 68, при цьому вихідні хвильові сигнали 9, й та і, представляють виходи відповідних вентилів І 62, 68 та 70. Вихідні сигнали д та п « дю комбінуються й інвертуються на вентилі НЕ 78, утворюючи комбінований інвертований вихідний сигнал |, що з подається на входи вентилів НЕ-Ї 80 і 82. Вихідний сигнал і вентиля І 70 інвертується, утворюючи вихідний с сигнал к, що, у свою чергу, подається на входи відповідних вентилів НЕ-Ї 88 і 90. Вихідні сигнали вентилів :з» НЕ-Ї 80, 88, 90 ії 82 інвертуються на відповідних вентилях НЕ 92, 94, 96 і 98, після чого вони стають керуючими сигналами ШІМ, позначеними як сигнали 941, 92, 93 і 94, призначеними для перемикання відповідних ключів 21, 02, ОЗ ії 04. Кожний період перемикання можна розбити на шістнадцять частин, із котрих вісім частин сл 35 завжди забезпечують включення, а інші вісім частин завжди, або частково забезпечують включення, в залежності від того, як установлені широтно-імпульсні модулятори. (95) Чотири різні послідовності імпульсів періодів перемикання, що ілюструються позиціями 41 - ай,

ФУ відповідають окремому випадку, коли ширина імпульсу ШІМ2 менша, ніж у ШІМ3З, у результаті чого ШІМ2 має перевагу. На фіг.ба, наведено інший приклад вихідних сигналів г1, г2, г3 і г4, що відповідають випадку, коли -і 20 ширина імпульсу ШІМЗ менше, ніжу ШІМ2. ще При розгляді сигналів 41 - д4 і г1 - г4 виявляється, що існує тільки дві різних послідовності імпульсів, ії що аЗ і д4 - з одного боку, та гЗ3 і г4 - з іншого боку, представляють ті ж послідовності, що й, відповідно, 41, 42 та 1, г2, але з фазовим зсувом 1807. Це потрібно, щоб гарантувати, що два перемикачі в кожному фазовому плечі чотирьох перетворювачів ніколи не будуть включені одночасно. 59 З розгляду кінцевих виходів схеми керування 30 ясно, що шляхом установлення ШІМІ1 установлюється перша

ГФ) частина з восьми частково включених часток з двох послідовностей імпульсів. Інші сім частин установлюються з

ГФ використанням ШІМ2. Інші дві послідовності імпульсів г1 і г2 є повністю включеними для першої із кожних восьми включених частин, а інші сім частин установлюються шляхом установлення ШИМ2 і ШИМ3У, причому з двох імпульсів переважає ширший імпульс (в дійсності буде переважати імпульс найменшої ширини, але бо використовується інверсія імпульсів ШІМ).

Відповідно до згаданої схеми мікросхема 42 генератора синхросигналу ШІМ керує числом імпульсів, що входять до повного періоду сигналу прямокутної форми, що містить у собі інтервали 1 - 4 на фіг.3 або інтервали 9 - 14 на фіг.4. Максимально можлива кількість імпульсів за повний період дорівнює 16, причому 8 імпульсів випадає на позитивний і 8 імпульсів - на негативний півперіод. Контролер 44 ШІМІ1 керує тривалістю 65 перехідних інтервалів 1 і З або 9 і 11 зміни полярності. Контролери ШІМ - ШІМ2 ї ШІМЗ - ефективно керують ступенем "пульсацій" струму на вершині, позначеній інтервалами 2 і 4 на фіг.З та 10 ії 12 - на фіг4. Це досягається шляхом регулювання відносної тривалості інтервалів заряджання, холостого ходу і розряджання в кожному періоді перемикання. Шляхом регулювання відносних тривалостей інтервалів заряджання можна змінювати амплітуду сигналу, що видно з фіг.З та 4.

На фіг.7 зображений другий варіант реалізації схеми 100 перетворювача постійного струму в змінний. Вона багато в чому ідентична схемі, зображеній на фіг.1, але відрізняється наявністю додаткового конденсатора відсікання С відо, підключеного паралельно джерелу Мді напруги постійного струму послідовно з діодом Об, що підключений зустрічно-паралельно з ключем 05. Завдяки наявності ключа О5, зустрічно-паралельного діода Об і 7/0 конденсатора відсікання С відс, що фактично діє як друге джерело напруги постійного струму, з більш високою напругою постійного струму (1908), ніж перше джерело напруги постійного струму (708), забезпечуються два додаткових режими роботи. Це режим швидкого експоненціального заряджання, у якому навантаження заряджається від конденсатора відсікання через ключ О5, і режим швидкого експоненціального розряджання, у якому навантаження розряджається в конденсатор відсікання С відс через діод Об. Схема 100 перетворювача 7/5 Керує струмом у котушці 14 магнітного поля, застосовуючи послідовність наступних конкретних інтервалів, що докладніше описані нижче. а) Інтервал резонансного заряджання, що використовує резонанс, у якому частота, фактично, менша за частоту повторення сигналу, має місце між індуктивністю котушки і конденсатором, та протягом якого амплітуда струму котушки зростає.

Б) Інтервал резонансного розряджання, що використовує резонанс, протилежний резонансу за пунктом а), та у якому амплітуда струму котушки убуває. с) Інтервал повільного експоненціального розряджання або інтервал холостого ходу, протягом котрого паралельно котушці 14 підключається коло короткого замикання, що спричиняє повільного експоненціального спаду струму. с а) Інтервал швидкого експоненціального розряджання, протягом якого на котушку подається напруга відсікання з конденсатора С відо, чим забезпечується швидкий експоненціальний спад струму, завдяки подачі і) більш високої напруги (1908), ніж вхідна напруга постійного струму 708. е) Інтервал повільного експоненціального заряджання, протягом якого на котушку подається напруга живлення, що спричиняє повільний експоненціальний ріст струму. «- зо У) Інтервал швидкого експоненціального заряджання, протягом якого на котушку подається напруга відсікання, що спричиняє швидкий експоненціальний ріст струму. - д) Незмінний стан, протягом якого струм у котушці не протікає, і котушка, фактично, відключається. Фіг.7 Ге і 8 ілюструють різні кола струму в принциповій схемі і стани діодів і ключів, що відповідають різним режимам провідності або вищезазначеним інтервалам від а) до д). Ці кола струму складають перший набір підсхем, що ме) з5 утворять головну схему перетворювача, що відноситься до періоду позитивного струму. У періоді негативного ю струму напрямок струму змінюється на протилежний, і вступають у дію ключі 02 і 04 та діоди 01 і 03. Режими провідності, таким чином, ідентичні зображеним на фіг.7 і 8, за винятком того, що ключі О1 і 03 заміняються, відповідно, ключами 02 і 04, а діоди 02 і 04 заміняються, відповідно, діодами О1 і ОЗ, утворюючи другий набір підсхем, що працюють в ідентичних режимах, із тим застереженням, що діоди і ключі пропускають струм у « протилежному напрямку. У режимі холостого ходу перша схема холостого ходу може утворюватися або колом в с струму с), або колом струму, утвореним діодом 02, котушкою 14 і ключем 03. Аналогічно, друга схема струму холостого ходу може містити в собі, разом із котушкою 14, або ключ 04 і діод О1, або ключ 02 і діод ОЗ. ;» Струм у котушці циклічно змінюється між періодом позитивного струму і періодом негативного струму. При керуванні амплітудним і частотним складом сигналу протягом як позитивного, так і негативного періоду здійснюється керування струмом із послідовним застосуванням вищезазначених інтервалів. Діаграма станів, с зображена на фіг.9А, показує всі можливі послідовності перемикання між різними режимами усередині керованого ШІМ уніполярного періоду перемикання. Зауважимо, що інтервал покою або незмінного стану не о використовується.

Ге» Відповідно до фіг.9Б, в інтервалі переходу полярності струму зміни струму у котушці з позитивного на негативний або навпаки, можна досягти, застосовуючи резонансне розряджання, за яким іде необов'язковий ш- незмінний стан, за яким іде інтервал резонансного заряджання. Як варіант, полярність можна змінювати шляхом

Кк використання інтервалу повільного експоненціального розряджання, за яким іде необов'язковий інтервал незмінного стану, за яким іде інтервал повільного експоненціального заряджання. Третій варіант забезпечує найшвидшу зміну полярності для даного перепаду напруги на пристроях і складається з резонансного розряджання, за яким іде інтервал швидкого експоненціального розряджання, швидкого експоненціального заряджання і резонансного заряджання.

Ф) Нижче наводиться математичний опис різних позначених вище інтервалів. У цьому другому варіанті опису ка розглядається більше станів і більше число взаємозв'язків. Відповідно, подана система рівнянь є більш узагальненою і більш гнучкою. 60 ІНТЕРВАЛ РЕЗОНАНСНОГО ЗАРЯДЖАННЯ

Протягом інтервалу резонансного заряджання індуктивність |! котушки заряджається від резонансного конденсатора С, і струм подається від конденсатора С на котушку І. через ключі О1 і 03. Аналогічно, негативний струм проводиться ключами 02 і 04.

Сигнали струму і напруги для цього інтервалу визначаються рівняннями, що є, в основному, аналогічними, б5 але більш узагальненими, ніж, відповідно, рівняння (2) і (1).

цв- ге, (о) сові «(еко Івпівоо Що

Ї газ

Я 14

Ве ем совок) | бін зліва Що

Св» де о2 та 52 визначені в рівняннях (3) та (4). 70 Струм їх котушки в цьому інтервалі збільшується в той час, як напруга М, зменшується.

ІНТЕРВАЛ ПОВІЛЬНОГО ЕКСПОНЕНЦІАЛЬНОГО ЗАРЯДЖАННЯ

В цьому інтервалі, аналогічно до інтервалу резонансного заряджання, також задіяна провідність двох ключей. Замість того, щоб розряджати конденсатор С, струм береться з джерела напруги, й діод О5 є провідним.

Сигнали для цього інтервалу, коли ключі 91 і ОЗ є провідними, визначаються колишніми рівняннями (5) і (6).

ШВИДКЕ ЕКСПОНЕНЦІАЛЬНЕ РОЗРЯДЖАННЯ

Цей інтервал аналогічний інтервалу повільного експоненціального заряджання, із єдиною різницею, що замість Мд на котушку подається Мвдвідсо. С. 05 підключає конденсатор Свідс ДО транзисторного моста, і ключі О1 і

ОЗ або 02 і 04 переключаються у відкритий стан.

Сигнали описуються колишніми рівняннями (5) і (6), але з заміною М д на М відс.

ПОВІЛЬНЕ ЕКСПОНЕНЦІАЛЬНЕ РОЗРЯДЖАННЯ (ХОЛОСТИЙ ХІД)

Цей інтервал уже був описаний із посиланням на інтервал 14 фіг.4 у рівняннях (7) і (8).

РЕЗОНАНСНЕ РОЗРЯДЖАННЯ

Цей інтервал задається рівняннями, що, в основному, ідентичні рівнянням (13) і (14), за винятком зміни полярності. сч й 15 кЮ- ге, (0) сові) «(еко Івпівоо Що о

Ї газ

Я 16

Ве ем совок) | бін зліва Що -

Ста м

Оскільки всі ключі вимкнено, за рахунок зростання негативної напруги, що подається на котушку Її, ісе) зменшення струму відбувається зі зростаючою швидкістю. Для періоду ШІМ позитивного струму струм буде с проводитися діодами 02 і 04, тоді як для негативного періоду ШІМ будуть проводити діоди О1 і 03.

Зо Як видно з рівняння (16), напруга на котушці І. є негативною, і це пояснює зменшення струму, що вказується о рівнянням (15).

ШВИДКЕ ЕКСПОНЕНЦІАЛЬНЕ РОЗРЯДЖАННЯ

Цей інтервал не дає напрузі на резонансному конденсаторі зростати вище значення М вдо. Дросель повинен /«ф, експоненціально розряджатися у великої ємності конденсатор С відо.

Хвильові сигнали для цього інтервалу визначаються рівняннями: З с з» Уух«О - «Мото (17) й й У ви ЇМ (8) їх 0-(» бднтве. | (чав) 1 ! ! ! ! це

На фіг.10, котра аналогічна фіг.3, показана діаграма сигналу току котушки, на котрій, щоб забезпечити о наявність необов'язкового змінного часу незмінного стану покою між позитивним і негативним імпульсами, о інтервал 9 незмінного стану використовується протягом інтервалу З зміни полярності струму. Інтервалу незмінного стану передує інтервал б резонансного розряджання, а за ним іде інтервал 7 резонансного -і заряджання. ще На фіг.11А - 118 показані відповідні діаграми сигналів струму конденсатора, напруги котушки і струму котушки, що відповідають першому варіанту реалізації перетворювача, в котрому К - 0,0124Ом, С - 12,8мФ таїЇ - 15О0мГн. Інтервал 1 зміни полярності містить у собі інтервал З резонансного розряджання, за яким іде інтервал 4 резонансного заряджання. Інтервал 2 простої ШІМ містить в собі тільки одиничний інтервал 5 повільного експоненціального заряджання, за яким іде інтервал 6 повільного експоненціального розряджання. (Ф) На початку інтервалу зміни полярності струм І, котушки переключається на втікання в конденсатор С. Початкова г напруга М, котушки зростає від 70 вольт до максимуму 190 вольт у міру того, як амплітуда струму зменшується.

Коли струм конденсатора досягає нуля, це сигналізує про початок інтервалу резонансного заряджання, у якому во амплітуда струмів котушки і конденсатора зростає, і напруга на котушці падає до 70 вольт. Внаслідок втрат у схемі, коли струм цілком змінить полярність, амплітуда струму буде трохи меншою, ніж вона була до інтервалу зміни полярності струму. В результаті цього, інтервал 2 однополярної ШІМ починається з інтервалу повільного експоненціального заряджання, щоб відновити амплітуду струму, після чого іде інтервал повільного експоненціального заряджання, що завершує одиничний період ШІМ. ве На фіг.12А - 12Г показані сигнали струму і напруги, що відповідають фіксованій схемі типу зображеної на фіг.7. Коли напруга котушки досягає рівня напруги відсікання 190 вольт, струм конденсатора перестає втікати в конденсатор і переключається на схему відсікання протягом переходу від інтервалу З резонансного розряджання до інтервалу швидкого експоненціального розряджання. Коли струм відсікання тече, діод Об проводить, і конденсатор відсікання поглинає енергію від котушки, що спричиняє інтервал 7 швидкого експоненціального розряджання. Коли полярність струму відсікання змінюється, ключ 5 перехоплює провідність від діода Об, і конденсатор відсікання розряджається в зворотному напрямку в котушку протягом інтервалу 8 швидкого експоненціального заряджання. Протягом цього часу амплітуда струму зростає майже до того ж, але протилежного значення, яке було на початку інтервалу відсікання. Ефект від підсхеми відсікання, утвореної конденсатором відсікання Свідс, КЛЮЧем О5 і зустрічно-паралельним діодом Об, спричиняє значне збільшення /о часу зміни полярності. У цій схемі перетворювача опір і індуктивність залишалися незмінними, ємність конденсатора С складала 4мФ, ємність конденсатора відсікання складала 100мФ, і напруга відсікання складала 190 вольт. Результуючий інтервал зміни полярності скоротився з 4,3бмс до 2,4Змс.

Схема керування, що видає стробувальні імпульси на О5, буде звичайно вимірювати струм, коли діод Об починає проводити, і буде вимикати ключ 05, коли струм досягає того самого значення, для досягнення /5 рівноваги заряду в конденсаторі відсікання Свідо. Значення напруги відсікання на конденсаторі Свідсо регулюється шляхом варіювання струму вимикання ключа СО5, коли він робиться або трошки менше, або трошки більше за струму включення діода Об.

Виняткова універсальність схеми виявляє, зокрема, застосування її в бортових системах електромагнітної розвідки, оскільки вона забезпечує широке керування як амплітудним, так і частотним складом передаваного 2о бигналу, до такого ступеня, що може бути керованою амплітуда окремих частотних складового сигналу, забезпечуючи досягнення оптимальних переданих амплітудних і частотних складових сигналу фактично прямокутної форми для, зокрема, застосування в розвідці. Зокрема, складові більш високих частот, амплітуда котрих в ідеально прямокутній формі інверсно заглушуються в залежності від частоти, і навіть більш заглушуються в квазіпрямокутній трапецеїдальній формі, можуть бути збільшені, при потребі, згаданим сч способом керування. Далі, схема фіксації забезпечує робочі режими швидкого експоненціального заряджання та розряджання, що значно зменшує інтервал роботи біполярного переходу, тим самим, збільшуючи ефективність і) роботи і забезпечуючи передачу дискретних складових більш високих частот по всьому широкому частотному спектру сигналу, що наближається до ідеально прямокутної форми.

Claims (31)

«- Формула винаходу їч-

1. Генератор імпульсів для збудження котушки періодичними біполярними імпульсами, котрі мають, у загальному випадку, прямокутну форму, який містить у собі схему резонансного перетворювача постійного о з5 струму У змінний, яка містить у собі вхід постійного струму, який являє собою джерело першої напруги та ю вихід, під'єднаний до котушки, керуючу схему, виконану з можливістю керування перемиканням вищевказаного резонансного перетворювача постійного струму у змінний, який відрізняється тим, що містить резонансний конденсатор, підключений паралельно до входу постійного струму та засіб від'єднання, розміщений між входом постійного струму та резонансним конденсатором з можливістю від'єднання резонансного конденсатора від « 0 ВХОДУ постійного струму при перевищенні напругою на резонансному конденсаторі напруги на вході постійного пу с струму, при цьому вищевказана схема резонансного перетворювача постійного струму в змінний додатково містить інвертор у вигляді повного мосту з першим та другим плечима, причому перше плече містить перший та :з» другий керовані ключі, друге плече містить третій та четвертий керовані ключі, а також перший, другий, третій та четвертий діоди, які виконані з можливістю зустрічно-паралельного підключення до, відповідно, першого, другого, третього та четвертого керованого ключа, з можливістю забезпечення відповідних першої, другої, с третьої та четвертої ключ - діодної пари, причому вищевказана схема резонансного перетворювача постійного струму у змінний додатково містить першу схему резонансного заряджання, яка містить перший керований ключ, о котушку, третій керований ключ та резонансний підсилювач і другу схему резонансного заряджання, яка містить б другий керований ключ, котушку, четвертий керований ключ та резонансний підсилювач, у яких вищевказаний 5р Конденсатор виконаний з можливістю підключення та приймання струму від котушки та збільшення амплітуди - струму котушки, першу схему резонансного розряджання, яка містить другий діод, котушку, четвертий діод і кч резонансний конденсатор та другу схему резонансного розряджання, яка містить третій діод, котушку, перший діод та резонансний конденсатор, в котрих конденсатор виконаний з можливістю приєднання до котушки та зменшення амплітуди струму котушки, першу схему короткого замикання, яка містить перший керований ключ, вв Котушку та четвертий діод, або другий діод, третій керований ключ та котушку, і другу схему короткого замикання, яка містить другий керований ключ, котушку, третій діод або перший діод, четвертий керований ключ (Ф) та котушку, у яких резонансний конденсатор фактично виконано з можливістю ізоляції від котушки, і ГІ передбачається ланцюг струму короткого замикання з можливістю забезпечення поступового убування амплітуди струму котушки, і схему експоненціального заряджання, у якій вхід постійного струму виконаний з во можливістю підключення безпосередньо до котушки та збільшення струму в котушці, керуючу схему, яка виконана з можливістю встановлення та також керування амплітудним та частотним складом прямокутного сигналу шляхом перемикання вищевказаної схеми резонансного перетворювача з можливістю задіяння між схемою заряджання та щонайменше однією з вищевказаних схем за щонайменше один цикл керованого перемикання. 65

2. Генератор імпульсів за п. 1, який відрізняється тим, що керуюча схема виконана з можливістю встановлення та керування амплітудним та частотним складом прямокутного сигналу шляхом перемикання роботи схеми перетворювача між щонайменше трьома вищезазначеними типами підсхем в щонайменше одному періоді керованого перемикання протягом інтервалів однополярного імпульсу струму.

3. Генератор імпульсів за п. 1 або 2, який відрізняється тим, що схема перетворювача постійного струму У Змінний містить у собі інвертор у вигляді повного мосту, який містить перше та друге плече, перше плече, яке містить перший та другий керовані ключі, та друге плече, яке містить третій та четвертий керовані ключі, при цьому перший, другий, третій та четвертий діоди виконані з можливістю зустрічно - паралельного підключення до, відповідно, першого, другого, третього та четвертого керованого ключа, з можливістю забезпечення відповідно першої, другої, третьої та четвертої ключ-діодної пари. 70

4. Генератор імпульсів за п. 3, який відрізняється тим, що перша підсхема резонансного заряджання містить у собі перший керований ключ, котушку, третій керований ключ та резонансний конденсатор, а друга підсхема резонансного заряджання містить у собі другий керований ключ, котушку, четвертий керований ключ та резонансний конденсатор.

5. Генератор імпульсів за будь-яким з п. З або 4, який відрізняється тим, що перша підсхема резонансного /5 розряджання містить у собі другий діод, котушку, четвертий діод та резонансний конденсатор, а друга підсхема резонансного розряджання містить у собі третій діод, котушку, перший діод та резонансний конденсатор.

6. Генератор імпульсів за будь-яким з попередніх пп. З - 5, який відрізняється тим, що перша підсхема холостого ходу містить у собі перший керований ключ, котушку та четвертий діод або ж другий діод, третій керований ключ та котушку, а друга підсхема холостого ходу містить у собі другий керований ключ, котушку та 2о третій діод або ж перший діод, четвертий керований ключ та котушку.

7. Генератор імпульсів для збудження котушки періодичними біполярними імпульсами, які мають у загальному випадку прямокутну форму, який містить у собі схему резонансного перетворювача постійного струму у змінний, яка містить у собі вхід постійного струму, який являє собою джерело першої напруги та вихід, приєднаний до котушки, керуючу схему, виконану з можливістю керування перемиканням вищевказаного с г резонансного перетворювача постійного струму у змінний, який відрізняється тим, що містить резонансний конденсатор, підключений паралельно до входу постійного струму та засіб від'єднання, виконаний з можливістю і) від'єднання резонансного конденсатора від входу постійного струму при перевищенні напругою на резонансному конденсаторі напруги на вході постійного струму, причому вищевказана схема резонансного перетворювача постійного струму у змінний додатково містить інвертор у вигляді повного мосту з першим та другим плечем,і "де зо перше плече містить перший та другий керовані ключі, і друге плече містить третій та четвертий керовані ключі, а також перший, другий, третій та четвертий діоди, які виконані з можливістю зустрічно-паралельного - підключення до, відповідно, першого, другого, третього та четвертого керованого ключа та забезпечення «о відповідних першої, другої, третьої та четвертої ключ-діодних пар, причому вищевказана схема резонансного перетворювача постійного струму у змінний містить у собі першу схему резонансного заряджання, яка містить о з5 перший керований ключ, котушку, третій керований ключ та резонансний конденсатор і другу схему му резонансного заряджання, яка містить другий керований ключ, котушку, четвертий керований ключ та резонансний конденсатор, у яких конденсатор виконаний з можливістю підключення та приймання струму від котушки та збільшення амплітуди струму котушки, першу схему резонансного розряджання, яка містить другий діод, котушку, четвертий діод та резонансний конденсатор і другу схему резонансного розряджання, яка містить « третій діод, котушку, перший діод та резонансний конденсатор, у яких конденсатор виконаний з можливістю З) с підключення до котушки та зменшення амплітуди струму від котушки, схему експоненціального заряджання, у якій вхід постійного струму виконаний з можливістю підключення безпосередньо до котушки та збільшення ;» струму через котушку та схему відсікання, підключену паралельно джерелу постійної напруги, при цьому схема відсікання, яка виконана з можливістю утворення джерела другої напруги та встановлення з можливістю подавання другої постійної напруги на котушку, яка вище ніж напруга джерела першої напруги.

с 8. Генератор імпульсів за п. 7, який відрізняється тим, що містить першу схему холостого ходу, яка містить перший керований ключ, котушку, четвертий діод, або другий діод, третій керований ключ та котушку, другу о схему холостого ходу, яка містить другий керований ключ, котушку та третій діод або перший діод, четвертий Ге» керований ключ та котушку, у яких резонансний конденсатор фактично виконаний з можливістю ізоляції від Котушки і передбачається ланцюг струму короткого замикання, виконаний з можливістю поступового зменшення ш- амплітуди струму котушки, при цьому вищевказана керуюча схема також виконана з можливістю встановлення Кк та керування амплітудним та частотним складом прямокутного сигналу шляхом перемикання вищевказаної схеми резонансного перетворювача постійного струму у змінний та можливістю дії між щонайменше одним з резонансних конденсаторів та схемою експоненціального заряджання і щонайменше другою зі схем за щонайменше один цикл керованого перемикання.

9. Генератор імпульсів за п. 8, який відрізняється тим, що керуюча схема виконана з можливістю (Ф, встановлення та керування амплітудним і частотним складом прямокутного сигналу шляхом перемикання ка роботи схеми перетворювача між щонайменше трьома вищезазначеними типами підсхем в щонайменше одному періоді керованого перемикання протягом інтервалів однополярного імпульсу струму. во

10. Генератор імпульсів за будь-яким із попередніх п. 8 або 9, який відрізняється тим, що схема перетворювача постійного струму у змінний містить у собі інвертор у вигляді повного мосту, який містить перше та друге плече, перше плече, яке містить перший та другий керований ключ та друге плече, яке містить третій та четвертий керовані ключі, при цьому перший, другий, третій та четвертий діоди виконані з можливістю зустрічно - паралельного підключення до, відповідно, першого, другого, третього та четвертого керованого 65 Ключа, з можливістю забезпечення відповідної першої, другої, третьої та четвертої ключ-діодної пари.

11. Генератор імпульсів за п.10, який відрізняється тим, що перша підсхема резонансного заряджання містить у собі перший керований ключ, котушку, третій керований ключ і резонансний конденсатор, а друга підсхема резонансного заряджання містить у собі другий керований ключ, котушку, четвертий керований ключ і резонансний конденсатор.

12. Генератор імпульсів за будь-яким з п.10 або 11, який відрізняється тим, що перша підсхема резонансного розряджання містить у собі другий діод, котушку, четвертий діод та резонансний конденсатор, а друга підсхема резонансного розряджання містить у собі третій діод, котушку, перший діод та резонансний конденсатор.

13. Генератор імпульсів за будь-яким з попередніх пп.10-12, який відрізняється тим, що перша підсхема холостого ходу містить у собі перший керований ключ, котушку та четвертий діод або ж другий діод, третій 7/0 Керований ключ та котушку, а друга підсхема холостого ходу містить у собі другий керований ключ, котушку та третій діод або ж перший діод, четвертий керований ключ та котушку.

14. Генератор імпульсів за будь-яким з п. 7 або 8, який відрізняється тим, що схема відсікання містить у собі конденсатор відсікання та засіб перемикання виконаний з можливістю керування роботою конденсатора відсікання, конденсатора, величина якого підбирається таким чином, щоб він видавав другу фактично незмінну /5 постійну напругу.

15. Генератор імпульсів за п.14, який відрізняється тим, що схема відсікання виконана з можливістю утворення частини схеми швидкого експоненціального заряджання з можливістю заряджання котушки і схему швидкого експоненціального розряджання з можливістю розряджання котушки в конденсатор відсікання.

16. Генератор імпульсів за п.15, який відрізняється тим, що схема перетворювача постійного струму У 2о Змінний містить у собі інвертор у вигляді повного мосту, який містить перше та друге плече, перше плече, яке містить перший та другий керований ключ, і друге плече, яке містить третій та четвертий керовані ключі, при цьому перший, другий, третій та четвертий діоди виконані з можливістю зустрічно паралельного підключення до, відповідно, першого, другого, третього та четвертого керованого ключа з можливістю забезпечення відповідних першої, другої, третьої та четвертої ключ-діодних пар, та схема швидкого експоненціального заряджання містить сч У собі конденсатор відсікання, п'ятий керований ключ, який виконаний з можливістю утворення частини засобу о перемикання, перший ключ, котушку та третій ключ.

17. Генератор імпульсів за п. 16, який відрізняється тим, що схема швидкого експоненціального розряджання містить у собі п'ятий діод, включений зустрічно паралельно з п'ятим керованим ключем, конденсатор відсікання, другий діод, котушку та четвертий діод. «- зо

18. Генератор імпульсів за будь-яким з попередніх пп. 15 - 17, який відрізняється тим, що схеми швидкого експоненціального заряджання та швидкого експоненціального розряджання виконані з можливістю - встановлення та дії протягом інтервалу біполярного переходу у поєднанні зі схемами резонансного заряджання «о та розряджання.

19. Спосіб генерування послідовності періодичних біполярних імпульсів струму, які мають у загальному ме) з5 випадку прямокутну форму, який відрізняється тим, що включає етапи керування амплітудним та частотним ю складом прямокутного сигналу шляхом задіяння генератора імпульсів у режимі резонансного заряджання, при якому резонансний конденсатор з'єднують з котушкою та збільшують амплітуду струму котушки у режимі холостого ходу при якому резонансний конденсатор ізолюють від котушки та передбачають ланцюг струму короткого замикання з можливістю забезпечення поступового зменшення амплітуди струму котушки у режимі « резонансного розряджання, при якому конденсатор приєднують до котушки та зменшують амплітуду струму в с котушки.

. 20. Спосіб за п. 19, який відрізняється тим, що містить у собі етап задіяння генератора імпульсів у режимі а швидкого заряджання, у якому котушку заряджають через конденсатор відсікання, який підключається паралельно до входу постійного струму і встановлюють, щоб видавати другу постійну напругу, більш високу, ніж першу напругу, і в режимі швидкого експоненціального розряджання, у якому котушку розряджають у схему с відсікання.

21. Спосіб за п. 20, який відрізняється тим, що містить у собі етап відсікання напруги котушки, у якому о задіюють генератор імпульсів у режимі швидкого розряджання шляхом перемикання струму котушки на схему Ге» відсікання, а потім задіюють схему відсікання у режимі швидкого заряджання при зміні полярності струму Відсікання. -

22. Спосіб за будь-яким з попередніх пп. 19-21, який ввідрізняється тим, що містить у собі етапи Кк забезпечення щонайменше одного періоду керованого перемикання протягом кожного інтервалу однополярного імпульсу, при цьому кожен період перемикання містить у собі інтервал заряджання та інтервал розряджання, які відповідають вищезгаданим режимам.

23. Спосіб за п. 22, який відрізняється тим, що в ньому кожен період перемикання додатково містить у собі інтервали швидкого експоненціального заряджання та розряджання. (Ф)

24. Спосіб за будь-яким з попередніх п.22 або 23, який відрізняється тим, що в ньому кожен період ка перемикання також містить у собі інтервали повільного експоненціального заряджання та розряджання.

25. Спосіб за будь-яким з пп. 22 - 24, який відрізняється тим, що в ньому передбачається від двох до п'яти бор періодів перемикання, причому кожен період є періодом, який керується широтно-імпульсною модуляцією.

26. Спосіб за будь-яким з пп. 22 - 25, який відрізняється тим, що містить у собі етапи задіяння генератора імпульсів протягом кожного інтервалу біполярного переходу щонайменше у режимах резонансного заряджання та резонансного розряджання.

27. Спосіб за п. 26, який відрізняється тим, що містить у собі етапи задіяння генератора імпульсу протягом б5 Кожного інтервалу біполярного переходу щонайменше у режимах резонансного розряджання, швидкого розряджання, швидкого заряджання та резонансного заряджання.

28. Спосіб за будь-яким з попередніх пп. 22 - 26, який відрізняється тим, що містить у собі етап задіяння генератора імпульсів протягом кожного інтервалу біполярного переходу у режимі бездіяльності, у якому струм не протікає в котушці, яка у цьому режимі фактично відключається.

29. Спосіб генерування послідовності періодичних біполярних імпульсів струму, які мають, у загальному випадку, прямокутну форму, яка містить у собі інтервали біполярного переходу, вставлені між інтервалами однополярного імпульсу струму змінної частоти шляхом використання схеми резонансного перетворювача постійного струму у змінний, яка має вхід постійного струму, що являє собою джерело першої напруги, вихід, під'єднаний до котушки, резонансний конденсатор, підключений паралельно до входу, і який установлюється з 7/0 Можливістю утворення резонансного контуру у поєднанні з котушкою, і засіб від'єднання з можливістю від'єднання резонансного конденсатора від входу постійного струму, коли напруга на резонансному конденсаторі перевищує напругу на вході постійного струму, який відрізняється тим, що включає етапи керування амплітудним та частотним складом прямокутного сигналу шляхом задіяння генератора імпульсів у режимі резонансного заряджання, у якому резонансний конденсатор підключають до котушки для збільшення амплітуди 7/5 струму котушки у режимі резонансного розряджання, у якому конденсатор підключають, щоб приймати струм з котушки для збільшення амплітуди струму котушки у режимі швидкого розряджання, у якому котушку розряджають в схему відсікання і у режимі швидкого заряджання, у якому котушку розряджають через схему відсікання, яку підключають паралельно входу постійного струму, схемі відсікання, яка складає джерело другої напруги, яке встановлюється для подавання на котушку другої постійної напруги, більш високої, ніж напруга джерела першої напруги.

30. Спосіб за п. 29, який відрізняється тим, що містить у собі етапи задіяння генератора імпульсу протягом кожного інтервалу біполярного переходу щонайменше у режимах резонансного розряджання, швидкого розряджання, швидкого заряджання та резонансного заряджання.

31. Спосіб за будь-яким із попередніх пп. 29 - 30, який відрізняється тим, що містить у собі етап задіяння сч оре генератора імпульсів протягом кожного інтервалу біполярного переходу у режимі бездіяльності, у якому струм не протікає в котушці, яка в цьому режимі фактично відключається. і) «- у (Се) (зе) І в)

- . и? 1 (95) (о) -і - іме) 60 б5