Инвертор с n ступенчатым аппроксимирующим синусоиду выходным напряжением

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 537 бв Н 02 КОМИТЕТ СССР ТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙIи ИЗОБРЕТЕН НИ ОП ИДЕТЕПЬСТВ К АЕТОРСН 0 ЬаГ(54)(57) 1. ИНВЕРТОР С И -СТУПЕНЧАТЫМ, АППРОКСИМИРУЮЩИМ СИНУСОИДУ ВЫХОДНЫМ НАПРЯЖЕНИЕМ,содержшций 8-1 цепочек, состоящих изпоследовательно соединенных зарядногоключа, конденсатора и зарядного диода,мост основных ключей, входная диагональ которого включена параллельноконденсатору и зарядному ключу первойцепочки, а выходная диагональ соединенас выходными выводами инверторв, Й -1дополнительных ключей, задакеций генератор, формирователь импульсов и распредели тель импульсов, причем первый конец всех цепочек, с которым соединен зарядный ключ, подключен к первому входному выводу инвертора, а точка соединения:;конденсатора с зарядным ключом каждой цепочки подключена через дополнительный ключ к второму входному выводу, к которому подключен таиже второй конец последней цепочки, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД и надежности, второй конец каждой данной цепочки, кроме последней, подключен к точке соединения конденсатора с зарядным диодом в последующей цепочке, а зарядные ключи всех цепочек, кроме последней,. вы-полнены с двухполярной блокировкой напряа жения в запертом состоянии.2. Инвертор по и, 1, о т л и ч в юш и й с я тем, что зарядные ключи С, всех цепочек, кроме последней, выполнены в виде согласно-последовательно сое- Я диненных транзистора и диода, а все ос.тальные ключи ийвертора - в виде транзисторов.1 1037Изобретение относится к электротехнике и может использоваться в системах электропитания устройств автоматики и радиоэлектроники при преобразовании постоянного напряжения в ступенчатое 5 переменное, близкое по форме к синусоидальнам у.Известны инверторы с аппроксимацией синусоид 6 льной формы напряжения пере-менным Й -ступенчатым напряжением. 10 Такие преобразователи выполняются, например, на нескольких транзисторных преобразовательных ячейках с последующим суммированием выходного ступенчатого напряжения с помощью трансформаторов ГЯ.Недостатком таких преобразователей является наличие громоздких трансформаторов при относительно низких частотах выходного напряжения.Известны типы инверторы со ступенчатым переменным выходным напряжением, которые реализуются путем переключения нескольких источников питания или одного источника с несколькими выходными напряжениями 23 .25Недостатком известных преобразовате.- лей является необходимость получения сложного источника питания с несколькими выходными или ряда. самостоятельных источников питания, включаемых каскадно,ЗО либо автономно, но с различными выход. ными напряжениями. Это приводит к увеличению габаритов устройства, снижению его надежности.Наиболее,близким по технической сущности к предлагаемому является инвертор, . в котором создание ступенчатого перемен. ного выходного напряжения достигается тем, что в цепь питания моста основных ключей, включены дополнительные ключи, 4 диоды и накопительные конденсаторы, образующие умножитель напряжения с переключаемым коэффициентом умноженияЭ.Этот инвертор содержит Яцепочек(где Я -число ступеней в поЛупериоде 45 выходного напряжения), состоящих из последовательно соединенных зарядного ключа, конденсатора и зарядного диода, мост основных ключей, входная диагональ которого включена параллельно конденсатору и зарядному ключу первой цепочки, а выходная диагональ соединено с выходными выводами инвертора, Йдополнительньв ключей Кперемыкающих ключей, задающий генератор, формирователь импуль сов и распределитель импульсов, причем все цепочки включены между входными выводами инвертора, каждый дополнительный ключ параллельно конденсатору и заЗЭ 5 г рядпому диоду. данной цепочки, о перемыкакиций ключ включен между точкой соединения конденсатора с зарядным ключом донной цепочки и точкой соединения зарядного диода с конденсатором последую щей цепочки.Недостаток данного инвенртора состоит в наличи перемыкаюших ключей, потери мощности в которых снижают КПД, а необходимость организации дополнительных каналов управления этими ключами усложняет устройство и снижает его надеж" ность,Цель изобретения - повышение КПД и надежности.Эта цепь достигается тем что в инверторе с М ступенчатым, аппроксимирующим синусоиду выходным напряжением, содержащем Яцепочек, состоящих из последовательно соединенных зарядного ключа,ионденсатора и зарядного диода, мостосновных ключей, входная диагональ которого включена параллельно конденсаторуи зарядному ключу первой цепочки, а выходная диагональ соединена с выходнымивыводами инвертора, Мдополнительныхключей, задающий генератор, формирователь импульсов и распределитель импульсов, причем первый конец всех цепочек,с которым соединен зарядный ключ, подключен к первому входному выводу инвертора, а точка соединения конденсатора,с зарядным ключом цепочки подключеначерез дополнительный ключ ко второмувходному выводу инвенртора,. к которомуподключен также второй конец последнейцепочки, второй конец каждой данной цепочки, кроме последней, подключен к точке соединения конденсатора изарядного диода в последующей цепочке,а зарядные ключи всех цепочек, кромепоследней, выполнены с двухполярной блокировкой напряжения в запертом состоянии.При использовании в качестве ключейтранзисторов зарядные ключи всех цепочек, кроме последней выполнены в видесогласно последовательно соединенныхтранзистора и диода.На фиг. 1 изображена принципиальная схема инвертора; на фиг. 2 - диаграмма напряжения.Инвертор (фиг, 1) содержит мост основных ключей 1 - 4, выход которого соединен с выходными выводами инвертора, дополнительные ключи 5 - 7, зарядныеключи 8 - 10, каждый из которых ;соединен последовательно с конденсатором10373 11 - 13 и зарядным диодом 14 - 16, Блокирующие диоды 17 и 18 включеныпоследовательно с ключами 9 и 10. Ключи управляются распределителем 19 импульсов, формирователем 20 импульсов, 5 и задающим генератором 21.На фиг. 2 приведены диаграммы выходного напряжения 0 управляющих напряжений ОЦ подвваемьм на входы соответственных ключей 1,10 и напря жение О,.задающего генератора.Рассмотрим процесс формирования вы,ходного напряжвния преобразователя для случая И = 4 (фиг. 1), воспользовавшись диаграммами напряжений, приведенньм на фиг. 2, в установившемся режиме, когда на накопительных конденсаторах установится определенное малоизменякл шееся эа период напряжение. 20Приняв величину питающего напряжения равной Е, определяем напряжения на накопительных конденсаторах. Напряжение заряда накопительного конденсатора 11 последней цепочки приближенно равном Е, 25 Напряжение заряда. накопительного конденсатора 12 близко к величине 2 Е, поскольку его заряд происходит при одновременном включении ключей 5 и 9 от суммы напряжений источника питания ЗО и накопительного конденсатора 11. Напряжение заряда накопительного конденсатора 13 приближенно равно ЗЕ, гак как его заряд осуществляется от последовательно включенных конденсатора 12 и ис- З точника питания при одновременном включении ключей 6 и 10.Пусть в начальный момент времени Ь = Ьо (фиг. 2) ключи 1 - 4 основного моста закрыты и на выходе форми О руется нулевая ступенька выходного напряжения.В момент 1=Ь 1 включаются ключи 1,4,8 и на нагрузке формируется первая ступенька напряжения, равная Е . Одновременно подзаряжается конденсатор 11 от источника питания через зарядный диод 14 и зарядный ключ 8. Остальные ключи находятся в закрытом состоянии. 50В момент ;=4 ключ 8 закрывается,а ключи 5 и 9 открываются. При этомформируется вторая ступенька выходногонапряжения, величиной примерно равной2. по цепиплкс ис Гочника питания55ключ 5, конденсатор 11, диоды 15 и 16,ключ 1, нагрузка, ключ 4, минус источ 95 аника питания. Одновременно подзаряжает-ся конденсатор 12,В момент: ключи 5 и 9 закрываются, а ключи 6, 8 и 10 открываются.В этом интервале формируется третьяступенька вьмодного напряжения, примерно равная 3 Е по цепй: плюс источникапитания, ключ 6, конденсатор 12, диод16, ключ 1, нагрузка, ключ 4, минусисточника питания. Одновременноподзаряжается конденсатор 13 поцепи: плюс источника питания,ключ 6, конденсатор 12, диод 16,конденсатор 13, блокирующий диод 18,ключ 10, минус источника питания и подзаряжается конденсатор 11 по цепи:плюс источника питания, диод 14, конденсатор 11, ключ 8, минус источникапитания,В момент =,. ключи 6, 8 и 10 закрываются, а ключи 5, 7 и 9 открываются. При этом формируется четвертая ступенька выходного напряжения, примерноравная 4 Е по цепи: плкс источника питания, ключ 7, конденсатор 13, ключ 1,нагрузка, ключ 4, минус источника питания. Одновременно подзаряжается конденсатор 12 по цепи: плюс источника питания,ключ 5, конденсатор 11, диод 15, конденсатор 12, блокирующий диод 17, ключ9, минус источника питания,В моменг 1= ключи 5, 7 и 9 закрываются, а ключи 6 и 8 открываются. Вэтом интервале на щнает формироватьсяступенька ниспадающего участка положительной полуволны выходного напряжения,Дальнейший процесс формированияступеычагого выходного напряжения происходит аналогично и прислеживается сучетом диаграмм управляющих напряжений(фиг. 2).Отрицательная полуволна выходногонапряжения образуется таким же путем,но при открытых ключах 2 и 3, и закрытых ключах 1 и 4 основного моста,Благодаря введению новых связей.ииспользованию новых элементов - блокирующих диодов, предлагаемый преобразователь положительно отличается от известного. Так, например, при формированиичегырехступенчатой кривой выходногонапряжения по предлагаемому изобретению суммарное количество силовых транзисторов уменьшено по сравнению сизвестным устройством 12 шт. на 10 шт.,а силовых диодов с 10 шт. до 9 шт, Потери мощности снизились примерно на 4%.1037395 Моин Составитель окш Редактор П, Коссей Техред А, Ач Корректо Заказ 6025/57 5 П "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Фил Тираж 687 ВНИИПИ Государственного по делам изобретений и 113035, Москва, Ж, Р