Преобразователь постоянного напряжения в ступенчатое переменное напряжение

% ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ 40391/24-07.(56) 1. Авторское свидетельство СССР У 930540, кл. Н 02 М 7/48, 1979.2. Патент Франции2418977, кл. Н 02 М 7/48, 980.3. Авторское свидетельство СССР У 316162, кл. Н 02 М 7/52, 1970. (54)(57) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В СТУПЕНЧАТОЕ ПЕРЕМЕННОЕ НАПРЯЖЕНИЕ, содержащий формирователь однополярного К -ступенчатого напряжения, вход которого подклю чен к входным выводам преобразователя, а выход через двухтактный инвертор соединен с выходными выводамипреобразователя, и блок управления,выполненный в виде последовательносоединенных генератора тактовых импульсов, триггерного счетчика импульсов и дешифратора, о т л и ч а ю,щ и й с я тем, что, с целью упрощения и улучшения массо-габаритныхпоказателей, указанный формировательвыполнен в виде транзисторного стабилизатора напряжения, между базойрегулирующего транзистора которогои общим для формирователя и инвертора входным выводом включены Мцепочек, калдая из которых состоитиз последовательно соединенйых опорного элемента и управляемого ключа,связанного по цепи управления с соответствующим выходом дешнфратора.11349Изобретение относится к электротехнике и может быть использованов качестве маломощного источника переменного напряжения.Известен преобразователь постоян 5ного напряжения в переменное многоступенчатой формы, содержащий инвертор, обмотка трансформатора которого выполнена .с промежуточными отводами, управляемые ключи с двусторонней проводимостью и мост из четырехключей 13.Недостатком данного преобразователя является большое количествосиловых ключевых элементов. Например, для получения четырехступенчатой формы выходного напряжения необходимо иметь десять ключей,Известен также универсальный инвертор, содержащий один или несколь 201 ко блоков питания, каждый из которыхимеет комплект из источников постоян-;ного напряжения, схему реверсирования полярности напряжения и схемууправления 21.Недостатком указанного устройства является большое количество источников питания, которые при наличии, например, только одной аккумуляторной батареи можно получитьвведением дополнительных преобразователей напряжения,Наиболее близким к предлагаемому является полупроводниковый преоб"разователь напряжения, содержащийформирователь постоянного напряжения ступенчатой формы, выполненныйв виде дополнительного преобразователя с тремя выходными источникаминапряжения и тремя силовыми ключамии подключенный к входу с входными 40выводами преобразователя, а по выходу через двухтактный усилительмощности - к выходным выводампреобразователя, и блок управления, выполненный в виде последовательно соединенных генератора тактовых импульсов, триггерного счетчика импульсов и дешифратора 3.1.Недостатки этого устройства -сложность построения и. большие масса и габариты, поскольку для формирования постоянного напряжения трехступенчатой формы, которое подаетсяна вход усилителя мощности, исполь-.зовано большое количество силового 33оборудования - дополнительный преобразователь напряжения,с тремя выходными источниками напряжения и три силовых ключа, Неотъемлемыми компонентами преобразователя являютсяпереключающие элементы, трансформатор, выпрямительные элементы, сглаживающие фильтры, т.е. большое количество элементов, в том числе иреактивных,Цель изобретения - упрощение иулучшение массогабарнтных показателей устройства,Поставленная цель достигаетсятем, что в преобразователе постоянного напряжения в ступенчатое переменное напряжение, содержащем формирователь однополярного К.-ступенчатогонапряжения, входом подключенный квходным выводам преобразователя,а выходом через двухтактный инвертор - к выходным выводам преобразователя, и блок управления, выполненный в виде последовательно соединен-.ных генератора тактовых импульсов,триггерного счетчика импульсов и дешифратора, указанный формировательвыполнен в виде транзисторного стабилизатора напряжения, между базойрегулирующего транзистора которогои общим для формирователя и инвертора входным выводом включены Мцепочек из последовательно соединенных1 опорного элемента и управляемого ключа, связанного по цепи управления с соответствующим выходом дешифратора.Сущность изобретения состоит в вы. полнении формирователя постоянного напряжения ступенчатой формы лишь на одном силовом элементе - регулирующем силовом транзисторе транзисторного стабилизатора напряжения, формирующем уровни постоянного напряжения ступенчатой формы посредствомподключения к базе силового транзистора опорных элементов с разными уровнями напряжения. Подключение опорныхэлементов к базе регулирующего силового транзистора осуществляется при открывании управляющих ключей по сигналам, поступающим с маломощного бока управления, в последовательности, определяемой необходимой формой выходного ступенчатого напряжения.На фиг,1 представлена принципиальная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - пример выполнения принципиальной схемы блока управления на фиг,З - диаграммы напряжений, поясняющие работу устройства в целом,Устройство содержит формирователь 1 однополярного й-ступенчатого на3 11349пряжения, выполненный в ниде транзисторного стабилизатора 2 напряжения, которьй, например, состоит иэрегулирующего силового транзистора 3,включенного в цепь источника пита 5ния, резистора 4, подключенного параллельно переходу коллектор - баэарегулирующего силового транзистора 3,последовательно соединенной с его базойцепочки на транзисторе 5 усилителяпостоянного тока и стабилитроне 6.Управляющий электрод транзистора 5подключен к среднему выводу делителя 7 напряжения, подсоединенногок выходу транзисторного стабилизатора 2, М -1 цепочек ( в предлагаемомпримере их три ) 8, 9 и 10, каждаяиэ кот рык состоит соответственно изопорных элементов 11, 12 и 13, например стабилитронов с различныминапряжениями стабилизации,и управляемых ключей 14, 15 и 16, подключеныпараллельно между базой регулирующего силового транзистора 3 и общейшиной источника питания Е.Двухтактный .инвертор 17 выполнен,например, на трансформаторе 18 сосредней точкой и на двух силовыхтранзисторах 19 и 20, при этом входтранзисторного стабилизатора 2, который является входом формирователя301 напряжения, подключен к выводамисточника питания Е, а выходтранзисторного стабилизатора 2, представляющий собой выход формирователя 1 напряжения, соединен с входом 35инвертора 17.Блок 21 управления состоит иэ последовательно соединенных генератора 22 тактовых импульсов, триггер-ного счетчика 23 с модулем счета И 1, 40 равным 4(и+11, где и - число цепочек из опорных элементов 11, 12 и 13 и управляемых ключей 14, 15 и 16 (в примере в=16), и дешифратора 24 с числом выходов и+2. 45На фиг,2 генератор 22 выполнен по схеме релаксационного генератора на однопереходном.транзисторе 25, к эммитеру которого 1 подключены резистор 26 и конденсатор 27, представ ляющие собой % -цепочку, к первой базе подключен резистор 28 смещения, а к второй - последовательно соеди-. ненные резисторы 29 и 30, представляющие собой делитель напряжения. 55 Триггерный счетчик 23 выполнен наЭк-триггерах 31-34 по схеме последо- . вательного счетчика тактовых импуль 99 4сов, поступающих на счетный триггер31 с генератора 22 через инвертор 35С, триггерного счетчика 23 число считанных тактовых импульсов в двоичном кодев нашем примере в четырехразрядах) поступает в дешифратор 24,представляющий собой преобразовательдвоичного кода числа тактовых импульсов в код управляющих напряженийключей 4, 15 и 16 и управляющихнапряжений силовых транзисторов 19и 20, Дешифратор 24 в предлагаемомпримере выполнен на инверторах 36 -39 и на сборке логических элементовИ-ИЛИ 40, причем выходы ( в общем слу"чае и) управляющих напряжений дешифратора 24, которые соединены с управляемыми ключами 14, 15 и 16,являются выходами 40 сборки, а выходы управляющих напряжений, которыесоединены с силовыми транзисторами9 и 20, представляют собой инверсные друг другу выходы простейшегопреобразователя кода двоичного числа в четвертом разряде, выполненогона инверторе 39.На фиг.3 показаныО - постоянноенапряжение ступенчатой формы на выходе транзисторного стабилизатора 2;О - переменное напряжение ступенчатой формы на выходе инвертора 17упр авляющи е напр яже ния рпоступающие на управляемые ключи 14,15 и 16 с выходов дешифратора 24О , Ц - управляющие напряжения си 1 З 2 оловых транзисторов 19 и 20, поступающие с выходов дешифратора 24;О - напряжение на выходе транзис 11торного стабилизатора 2 при первом,восьмом, девятом и шестнадцатом тактовых импульсах генератора 22, считанных триггерным счетчиком 23 ф,О - напряжение на выходе транзистор 12.ного стабилизатора 2 при втором, седьмом, десятом и пятнадцатом тактовых .импульсах генератора 22, считанныхтриггерным счетчиком 23; Ц - напряжение на выходе транзисторйого стабилизатора 2 при третьем,. шестом, одиннадцатом и четырнадцатом тактовыхимпульсах генератора 22, считанныхтриггерным счетчиком 23; 0 - напряжение на выходе транзисторного стабилизатора 2 при четвертом, пятом,двенадцатом и тринадцатом тактовыхимпульсах генератора 22, считанных .триггерным счетчиком 23.Устройство работает следующим образом, 11343Управляемые ключи 14, 15 и 16 и силовые транзисторы 19 и 20 управляются напряжениями, поступающими с выходов дешифратора 24 в заданной последовательности .по мере счета 5 в триггерном счетчике 23 тактовых импульсов, сформированных генерато/ром 22, Частота тактовых импульсов генератора 22 определяет период выходного напряжения предлагаемого ус О тройства., который разделен на В равных промежутков времени триггерным счетчиком 23. При первом тактовом импульсе (в первом промежутке времени ) открывается управляемый ключ 14 и силовой транзистор 19 остальные находятся в непроводящем состоянии). К базе регулирующего силового транзистора 3 подключается первая цепочка 8 со стабилитроном 11, а на выхо О де транзисторного стабилизатора 2 формируется напряжение О , практи 11 чески равное напряжению стабилизации стабилитрона 11, При втором тактовом импульсе открывается управляемый ключ 15 и силовой транзистор 19 (остальные разомкнуты). К базе регулирующего силового транзистора 3 подключается цепочка 9 со стабилитроном 12, а на выходе транзисторного стабилизатора 2 формируется напряжение О практически равное напряже 9нию стабилизации стабилитрона 12. При третьем тактовом импульсе открывается управляемый ключ 1 б и силовой транзистор 19 ( остальные разомк"35 нуты ), К базе регулирующего силового транзистора 3 подключается цепочка 10 со стабилитроном 13, а на выходе транзисторного стабилизатора 2 фор 40 мируется напряжение О, практически равное напряжению стабилизации стабилитрона 13. При четвертом и пятом тактовых импульсах открывается силовой транзистор 19 и на выходе45 транзисторного стабилизатора 2 Формируется напряжение Д самой схемой этого транзисторного стабилизатора. Шестой, седьмой и восьмой тактовые импульсы повторяют третий, второй ,и первый. В результате считывания восьми тактовых импульсов на выходе транзисторного стабилизатора 2 формируется первый полупериод постоянного ступенчатого напряжения 0, которое через открытый напряжением 55 О в течение полупериода силовой транзистор 9 прикладывается к полу- обмотке трансформатора 18 инвертора 7, В результате, н течение первых восьми тактов на выходе инвертора 7 формируется положительная полуволна ступенчатого напряжения О , Второй17 полупериод напряжения ступенчатой формы .) формируется на выходе транзисторного стабилизатора 2 аналогично описанному по счету тактовых иь. пульсов с девятого по шестнадцатый. Однако через открытый напряжением О силовой транзистор 20 второй по,лупериод напряжения ступенчатой Формы И, подается к другой полуобмотке трансформатора 18. В результате, в течение второй половины счета тактовых импульсов (с девятого по шестнадцатый ) на выходе усилителя мощности Формируется отрицательная полуводна ступенчатого налряжения ОЭффективность изобретения состоит в возможности получения большого числа уровней напряжения, аппроксимируе- мого синусоидой, только за счет одного силового ключа (регулирующего силового транзистора) формирователя однополярного напряжения ступенчатой Формы, увеличения числа цепочек из последовательно соединенных опорного элемента и управляемого ключа и изменения известным образом маломощного узла управления, а именно путем увеличения модуля счета триг-, герного счетчика и построения соответствующего дешифратора, Такое построение предлагаемого устройства при достижении одинакового с прототипом качества выходного напряжения при о=3 и возможности получения максимально необходимого числа уровней выходного ступенчатого напряжения, аппроксимйруемогосинусоидой, позволяет его упростить и улучшить массо- габаритные характеристики за счет сокращения силовых ключей до одного и исключения дополнительного преобразователя, содержащего ряд реактивных элементов (индуктивностей, конденсаторов).Исключение реактивных элементов дает возможность микроминиатюризации, например построения специализированной микросхемы для управления выносным трансформатором.