Бестрансформаторный полумостовой инвертор

(21) 411 (22) 23. (46) 07. (72) И.И (53) 621 (56) Пат кл. Н 02Моин рованные ли. - Эн я. Точка соединеей является перлючения нагрузки,ующие ключи выния источника питан ния управляемых клю вым выводом для под а остальные коммути ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ ОПИСАНИЕК АВТОРСКОМУ СВИ 001/24-0 76.862.88. Бюл. В 5Иванов314.58 (088.8)нт США Иф 4135235,М 7/537, 1979.(57) Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при разработке источниковвторичного электропитания и устройствавтоматики. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем обеспечения одновременного с инвертированием понижения напряжения.Устройство содержит коммутирующиеключи, конденсаторы и нагрузку. Двакоммутирующих ключа выполнены управляемыми и соединены согласно-последо.вательно между выводами для подключеЯО,ш 1372563 полнены неуправляемыми на диодах. Диоды объединены с конденсаторами в два аналогичных конденсаторно-диодных блока, представляющих собой схему накопления-деления, Ступени в каждом блоке соединены последовательно через зарядные диоды. Катоды первых разрядных диодов и первая обкладка конденсатора первой ступени объединены и представляют собой вход конденсаторно-диодного блока. Аноды вторых разрядных диодов и вторая обкладка конденсатора и-й ступени объединены ф и представляют собой выход конденсаторно-диодного блока. В схеме возможно применение широтно-импульсной модуляции как с помощью основных управляемых ключей, так и с помощью дополнительных управляемых ключей. Количество управляемых ключей не зависит от коэф. понижения напряжения. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.ЮИзобретение относится к электротехнике и может быть использовано всистемах вторичного электропитания иавтоматики для преобразования посто 5янного напряжения в переменное с понижением его значения,Цель изобретения - расширение функциональных воэможностей путем обеспечения одновременного с инвертированием понижения значения выходного напряжения относительно входного.На фиг. 1 приведена схема бестрансформаторного полумостового инвертора,на фиг.2 - то же, с управляемым выходным напряжением (с управляемымкоэффициентом понижения напряжения),Инвертор содержит полумост основных управляемых ключей 1 и 2, включенных согласно-последовательно между входными выводами 3 и 4 для подключения источника электрической энергии, Точка 5 соединения ключей является первым выводом для подключения 25 нагрузки Н. Первый и второй конденсаторные узлы 6 и 7 образуют второй полумост и содержат М параллельно соединенных ветвей. На фиг.1 показаны первая ветвь 8, вторая ветвь 9, (М)-я ветвь 10 и М-я ветвь 11, Ветви с второй по (М)-ю состоят из последовательно включенных второго разрядного диода 12, конденсатора 13 и первого разрядного диода 14. Плюсовые выводы конденсаторов 13 в каж 35дой ветви отмечены знаком + , минусовые выводы б е э знака . Конденсатор 1 3 в каждой ветви подключен к аноду второго разрядного диода 1 2 , а минус овым выводом к катоду первого р а зряд н о го диода 1 4 . Первая ветвь 8 каждо го конденсаторного у зла 6 и 7 с о стоит и з последовательно соединенных конденсатора 1 3 и первого разрядного диода 1 4 , а М-я ветвь 1 1 - из после 45 довательно соединенных второго разрядного диода 12 и конденсатора 13, соединенных аналогично второй, третьей и т.д. ветвям, Ветви через Мзарядных диодов 15 соединены после довательно. Минусовый вывод конденсатора 13 каждой из (М) ветвей подключен к аноду (М)-го разрядного диода 15, катод которого подключен к аноду второго разрядного диода М-й ветви. Вход 16 и выход 17.конден саторных узлов связаны с вторым выходным выводом 18. Блок 19 управления управляет ключами 1 и 2 и может быть выполнен, например, по схеме симметричного мультивибратора, генератора Роера, или в качестве блока управления может быть применен трансформатор с двумя вторичными обмотками, управляющими ключами 1 и 2, первичная обмотка которого подключена к выходным выводам 5 и 18 непосредственно или через резистор. Возможно также применение блока управления с широтно- импульсной модуляцией (ШИМ).В инвертор (фиг.2) введены дополнительно диоды 20 и 21, а также М дополнительных управляемых ключей.На фиг.2 показаны первый 22, второй 23, (М)-й 24, М-й 25 дополнительные управляемые ключи. Дополнительные диоды 20 и 21 включены последовательно между первым 6 и вторым 7 конденсаторно-диодным блоками, причем первый дополнительный диод 20 катодом подключен к выходу 17 первого конденсаторного узла, второй дополнительный диод 2 1 анодом подключен к входу 16 второго конденсаторного узла, точка 26 соединения дополнительных диодов является вторым выводом для подключения нагрузки. Каждый из М дополнительных управляемых ключей одним своим силовым выводом подключен к минусовому выводу конденсатора соответствующей ветви первого конденсаторного узла, а вторым силовым выводом к плюсовому выводу конденсатора (М+1-И)-й ветви второго конденсаторного узла.Первый дополнительный управляемый ключ 22 соединяет конденсатор 13 первой ветви 8 первого узла 6 с конденсатором 13 М-й ветви 11 второго узла 7, второй дополнительный управляемый ключ 23 - конденсатор 13 второй ветви 9 первого узла 6 с конденсатором 13 (М)-й ветви 10 второго узла 7, (М)-й дополнительный управляемый ключ 24 - конденсатор 13 (М)-й ветви 10 первого узла 6 с конденсатором 13 второй ветви второго узла 7,М-й дополнительный управляемый ключ 25 - конденсатор 13 М-й ветви 11 первого узла 6 с конденсатором 13 первой ветви второго узла 7.Инвертор работает следующим образом.В один полупериод управляемый ключ 1 открыт, а управляемый ключ 2 закрыт, Конденсаторы 13 первого кон25634ных и предыдущий полупериод, оказывается меньше напряжения источника питания за вычетом напряжения на нагрузке. Поэтому открываются зарядные 5диоды 15 и конденсаторы 13 первогоконденсаторного узла начинают заряжаться, Разрядные диоды 12 и 14 первого конденсаторного узла закрывают ся, При этом конденсаторы 13 заряжаются в полярности, указанной на фиг. 1,полярность напряжения на нагрузке показана в скобках. Далее процессы пов 137 денсаторного узла 6 в параллельномвключении разряжаются на нагрузкучерез открытые разрядные диоды 12 и14, а также управляемый ключ 1. Зарядные диоды 15 закрыты, так как кним приложено напряжение конденсаторов 13 в закрывающем направлении через открытые разрядные диоды 12 и 14,Конденсаторы 13 второго конденсаторного узла 7 в последовательном включении заряжаются от источника питаниячерез открытые зарядные диоды 15,а также нагрузку, Разрядные диоды 12 и 14второго конденсаторного узла 7 в этотполупериод закрыты, так как цепь разряда конденсаторов разомкнута, а напряжение источника электрической энергии за вычетом напряжения на нагрузкевыше суммарного напряжения последовательно включенных конденсаторов13. Ток заряда конденсаторов ограничивается сопротивлением нагрузки,При повышении суммарного напряжения на конденсаторах У до значенияМБ - где 0 - напряжение питанияи 1,1+1 фУзаряд конденсаторов прекращается. Начиная с этого момента через нагрузку течет только ток разряда конденсаторов первого конденсаторного узла 6,соединенных при разряде параллельно.При использовании конденсаторов 13сравнительно большой емкости (в зависимости от частоты переключения иннертора и тока нагрузки), когда пульсация напряжения на этих конденсаторах мала, выходное напряжение имеетпрямоугольную форму с амплитудой1" Б и полярностью, укаэаннойь +1на фиг.1 без скобок. Для передачи одинаковой мощности в ветвях первой иЯ-й необходимо ввести по одному диоду (фиг.1, показано пунктиром),В начале другого полупериода управляемый ключ 1 закрывается, а ключ2 открывается. При этом открываетсяцепь параллельного разряда конденсаторов 13 второго конденсаторного уз-ла 7. Заряженные в предыдущем полупериоде конденсаторы начинают разряжаться на нагрузку через разрядныедиоды 12 и 14, а зарядные диоды 15закрываются, Первый конденсаторныйузел 6 переходит в режим заряда. Сумма напряжений на конденсаторах 13,соединенных последовательно черезразрядные диоды и частично разряженторяются,15 Таким образом, на выходе инвертора формируется переменное напряжение.При использовании н предлагаемоминнерторе ШИМ, например, с целью стабилизации выходного напряжения воз можно состояние, когда оба управляемых ключа 1 и 2 закрыты. Такое жесостояние возможно, когда запуск инвертора производится после подачинапряжения источника питания, а так же если выключение устройстна производится в обратном порядке. В этомслучае каждый конденсатор 13 заряжа 1ется до напряжения У = П - так как"2 Я 30 на входное напряжение включено последовательно 2 И конденсаторов 13 и впервоначальное время запуска инвертора напряжение на нагрузке не пре 1нышает значения 1"2 ИУкаэанное уменьшение напряженияна нагрузке при запуске и ныключенииинвертора повышает надежность как самого инверторг, так и обслуживаемой 40 им аппаратуры, так как автоматическирешается проблема исключения бросконнапряжения при запуске и выключенииинвертора без снятия питающего егонапряжения.Применение ШИИ позволяет регулировать выходное напряжение. При этомамплитудное значение переменного выходного напряжения изменяется от 50и Д и Я. 1В схеме с регулируемым выходнымнапряжением (фиг.2) процессы протекают аналогично с небольшими отличиями,С помощью дополнительных управляемых 55ключей выбирается количестно ветвейв конденсаторных узлах 6 и 7, Например, если открыт дополнительный управляемый Я-й ключ 25, то в узлах 6и 7 задействованы нсе И ступеней,да выходного напряжения составляет 1-О. В один полупериод, когда ключ 1 открыт, а ключ 2 закрыт, конденсаторы 13 ветвей 8 и 9 первого узла 6 разряжаются по цепи: плюсовые выводы кон О денсаторов 13, вторые разрядные диоды 12, открытый управляемый ключ 1, нагрузка К, открытый дополнительный диод 20, первые разрядные диоды 14, минусовые выводы конденсаторов 13. 15 Второй дополнительный диод 21 в этот полупериод закрыт под действием разности потенциалов, приложенной к диоду 21 в закрывающем направлении. Заряд конденсаторов 13 (И)-й ветви 20 10 и И-й ветви 11 второго конденсаторского узла 7 осуществляется по цепи: положительный вывод 3, открытый ключ 1, нагрузка, открытый дополнительный диод 20, диод 14 второй ветви 25 9 первого узла 6, открытый дополнительный управляемый ключ 23, конденсатор 13 (И)-й ветви второго узла 7, И-й зарядный диод 15, конденсатор И-й ветви, отрицательный вывод 4, 30В другой полупериод при запирании ключа 1 и открывании ключа 2 соответственно открывается диод 21 и закрывается диод 20, конденсаторные узлы меняются ролями, а на нагрузке изме няется полярность напряжения, Далее процессы повторяются.В данной схеме применение ШИМ возможно как с помощью основных управляемых ключей 1 и 2, так и с помощью 40 дополнительных управляемых ключей 22-25. Формула изобретения45 1. Бестрансформаторный полумостовой инвертор, содержащий полумост основных управляемых ключей и два конденсаторных узла, включенных согласно-последовательно между входными выводами инвертора, о т л и ч а ю - щ и й с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения одновременного с 50 5 13725 Если открыт второй ключ 23, то в узле 6 задействованы первая 8 и вторая 9 ветви, а в узле 7 - (И)-я 10 и И-я 11 ветви. В этом случае амплиту 63инвертированием понижения напряжения,каждый иэ конденсаторных узлов содержит И параллельно соединенных ветвей,где И=К, К - коэффициент понижениянапряжения, равный целому числу, начиная с 3, первая ветвь состоит изпоследовательно соединенных первогоразрядного диода и конденсатора, причем катод диода соединен с отрицательным выводом конденсатора, последняя И-я ветвь состоит из последовательно соединенных второго разрядного диода, анодом соединенного с положительным выводом конденсатора, остальные ветви состоят из последовательно соединенных первого разрядного диода, соединенного катодом с отрицательным выводом конденсатора, положительный вывод которого соединенс анодом второго разрядного диода,а катод каждого первого разрядногодиода данной ветви соединен с анодомвторого разрядного диода последующейветви через согласно включенный зарядный диод,2. Инвертор по и. 1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что введены двадополнительных диода и И дополнительных управляемых ключей, каждый издополнительных диодов включен согласно-последовательно с соответствующимконденсаторным узлом, так, что одиниэ выводов каждого иэ дополнительныхдиодов подключен к выходному выводуинвертора, каждый М-й дополнительныйуправляемый ключ своим первым силовымвыводом подключен к отрицательномувыводу конденсатора ветви с номеромМ первого конденсаторного узла, гдеМ=1И, а вторым силовым выводом -к положительному выводу конденсатора ветви с номером И+1-М второго конденсаторного узла.3, Инвертор по пп.1 и 2, о т л ич а ю щ и й с я тем, что дополнительные управляемые ключи представляют собой контактные переключателис ручным управлением.4. Инвертор по пп,1 и 2, о т л ич а ю щ и й с я тем, что дополнительные управляемые ключи выполненына гаэораэрядных, электронных или полупроводниковых приборах с управляющим электродом.1372563 айаг Составитель В.МоинТехред М,Дидык Корректор М.Демчик Редактор В.Петраш Тираж 665 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретеним и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Заказ 497/53 Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная,4