Преобразователь частоты

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 38 5/27 51)4 Н 02 РСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ГО ОБРЕТЕНИ ПИСА К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(21) (22) (46) (71) 704327/24-07 9. 11. 83 0.11,87. Бюл осковский эн гетический инсти тут(56) Авторское свидете Мф 692032, кл. Н 02 М 5Авторское свидетель Р 1317612, кл, Н 02 М(57) Изобретение относится к преобразовательной технике и м.б, использовано при разработке источниковвторичного электропитания преимущественно централизованного типа. Цельюизобретения является упрощение привысоком уровне выходного напряжения.Устройство содержит последовательносоединенные .генератор биений 3 идемодулятор 4, а также блок. управления 2, Последний включает в себязадатчик частоты биений, задатчиквысокой частоты заполнения биений22, логический узел управления генератором биений 23 и узел развязкии усиления 26. Демодулятор 4 выполнен в виде двух согласно-параллельно включенных по шинам постоянного тока транзисторных инверторных мос 1356165тов 5, 6 с датчиком тока 19 в од-.ной из шин постоянного тока с выходным сигналом в коде 0,1. Блок управления снабжен дополнительным логическим узлом 25 управления демодулятором, а узел развязки и усиления 26 содержит четыре одинаковых предусилителя, выполненных по однотактной схеме инвертора. 4 ил.Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при разработке источниковвторичного электропитания преимущественно централизованного типа,Цель изобретения - упрощение привысоком уровне выходного напряжения,На фиг, 1 изображена структурнаясхема силовой части и системы управления преобразователя; на фиг. 2 =структурная схема узла развязки иусиления (УРУ); на Фиг, 3 - варианты защитных цепочек; на Фиг, 4диаграммы, поясняющие формированиесигналов управления и выходного напряжения преобразователя (П- напряжение биений, ПБ,1 - выпрямленноенапряжение биений, ,1 - ток на выходе первого транзисторного моста 5,П - выходное напряжение преобразо 2вателя 1 - выходной ток преобразователя).В преобразователе (Фиг. 1) можновыделить две основные части; силовуючасть 1 и систему 2 управления. Силовая часть содержит последовательносоединенные генератор 3 биений и демодулятор 4,Под генератором биений (ГБ) понимаются устройства, энергетический поток на выходе которых имеет Формубиений или квазибиений, ГБ можетбыть реализован как с помощью инверторно-трансФорматорных узлов, таки с помощью электрических машин,возбуждаемых изменяющимся с определенной частотой потоком,Демодулятор 4 содержит два согласно-параллельно включенных по шинам постоянного тока транзисторных моста 5 и 6, Первый мост 5 выполненна транзисторах 7-10, а второй мост6 - на транзисторах 11-14, 5Выводы 14 и 16 переменного токапервого моста 5 образуют силовойвход демодулятора, а выводы 17 и 18переменного тока второго моста 6 образуют его выход.Первый мост 5 обеспечивает процесс рекуперации активной и возвратареактивной мощности, второй мост 6осуществляет основной процесс инвертирования.15С целью максимального снижениямощности управления ключами возвратного инвертора в цепь постоянноготока демодулятора включен датчик 19 20 тока (ДТ) с выходньп сигналом Б вдвоичном коде 0,1. Соответствующиепереключения транзисторбв 7-10 вэтом случае будут происходить толькона участке рекуперации реактивной 2 б мощности, а транзисторы 11-14 будутвключены только при подачИ в нагрузку активной мощности,Система 2 управления включает всебя блок 20 управления, содержащий 30 задатчик, 21 частоты биений с прямыми Р и инверсным Р выходными сигналами, задатчик 22 высокой частотызаполнения биений с прямым Р и инверсным Р выходными сигналами, логи- ЗБ ческий узел 23 управления генератором биений, основной логическийузел 24, дополнительный логическийузел 25, а также усилительно-развязывающий узел (УРУ) 26 состоящийиз четырех одинаковых однотактныхусилителей 26.1-2 д,4 мощности(3) 50 задатчиком 219 тока,ельного логичеспостоянного то 3 1356 (Фиг. 2), включающих в себя ключевой элемент, выполненный, например, на базе составного транзистора на транзисторах 27 и 28, импульсный трансформатор с первичной 29,1 и двумя1 вторичными 29,2 и 29,3 обмотками.Первичная обмотка 29,1 импульсного трансформатора зашутирована диодом 30,Логический узел 24 реализует ло гические выражения: причем выход этого логического узлас сигналом А через УРУ 26,3 связанс управляющими входами одной парыдиагонально расположенных транзисторов 7 и 10 первого моста 5, а выходс сигналом В через УРУ 26,4 связанс другой парой диагонально расположенных транзисторов 8 и 9 этого моста, обеспечивая протекание Обратно в 25го тока в цепи постоянного токавторого моста 6, встречно полярностинапряжения генератора биений.В состав логического узла 24 Вхо-.дят логические элементы 2-ЗИ-ИЛИ 31 30и 32 и логические элементы НЕ 33и 34, Их связи с блоками 19, 21 и22 определяются выражениями (1) и(2),Выходы Р и Р задатчи. а 21 частоты биений через дополнительное логическое устройство 25 и УРУ 26,1 и26,2 связаны с управляющими входамидиагонально расположенных пар транзисторов 11, 14 и 12, 13 соответственно второго моста 6, обеспечиваяпроцесс инвертирования выпрямленного напряжения (О .1),Дополнительное логическое устройство (ДЛУ) 25 реализует логическиевыражения: входы ДЛУ связаны счастоты и датчиком 1В состав дополниткого устройства 25 вэлементы НЕ 35 и 2 ИЗащитная цепочкаду выводами 39 и 40каходят логические 536 и 37 38 включена меж 65 4 Необходимость введен 1 защитной цепочки обусловлена неидеальностью характеристик системы управления и транз 11 сторов, которая приводит к перенапряже;1 иям, На Фи . 3 представлены простейшие варианты защитных цепочек, состоящие из последовательно соединенных стабилитрона и резисгора (фиг, За) и конденсатора и резистора (фиг, Зб),Преобразователь работает следующим образом.0 Выхода генератора биений (иликвазибиений) 3 на выводы 15 и 16 демодулятора 4 поступает последовательность знакопеременных импульсов сизменяющейся по низкочастотному закону амплитудой (Фиг, 4), Эти знакопеременные импульсы выпрямляют с помощью коллектор-базовых тра зисторовперВОго моста 5 а затем инВертиру 10 тс помощью транзисторов 11-14 второго моста 6,В работе транзисторов 7-10 не:,бходимо выделить цва режима: режимвыпрямления и рекуперации активнойили возврата реактивной мощностн, ав работе транзисторов 11-14 - основной режим инвертирования, а такжерекуперац 1 и актиБНО 11 илн ВОВВуа" ареактивной мощности, Б зеж 1 ме гьпрямл ения (с момснта 1 по с 6 и с 1.О5 6Фиг, 4) транзисторш 7-;0 работаЮТ Ках ЦИОДН ,ИСПОЛЬЗУЮТС КОЛ 1 ЕКтор-базовые переходы транзисторов).Аналогично (т,е, как диоды), но врежиме рекуперации активной и 1 и Возврата реактивной мощности работаюттранзисторы 11-14 второго моста 6(с момента ь пои с 1, пофиг, 4), Для реализации этого режима в данном случае необходимо выполнить огределенное условие Учитывая, что транзисторами мостов управляютот предусилителей с трансформаторным выходом, необходимо при работетранзисторов в этом режиме (при ис Ользовании их В качестве диодов) закорачивать либо вторичную, либо первичную обмотку трансформатора этого предусилителя, В противном случае последовательно с коллектор-базовымпереходом окажется включена индукТивность трансформатора, которая приведет к нежелательной деформации электромагнитных процессов греобра.зователя и к дополнительным перенаопряжениям. Особенностью данного реше 1356165ния является то, что в качестве ключевого элемента, закорачивающего в нужный момент первичную (29,1) обмотку трансформатора, используется5 диод 30, В режиме выпрямителя для транзисторов 7-10 и режиме рекуперации активной и возврата реактивной мощности для транзисторов 11-14 на обмотках трансформатора наводится ЭДС, показанная на фиг, 2 в скобках, которая благодаря диоду 30 закорачивается по первичной обмотке (29,1),В случае работы транзисторов через эмиттер-коллекторный переходы (режим инвертирования для транзисторов 11-14 и режим рекуперации активной и возврата реактивной мощности для транзисторов 7-10) они работают в своем нормальном режиме,. При этом управляют ими с помощью сигналов системы управления, Диод 30 в этом режиме не работает, Таким образом, когда в режиме выпрямления транзисторы 7-10 первого инверторного моста 5 работают как диоды (через коллектор- базовый переходы), транзисторы 11 - 14 второго инверторного моста работают в своем нормальном режиме (через эмиттер-коллекторный переходы), а когда происходит рекуперация активной или возврат реактивной мощности, транзисторы 7-10 работают в нормальном режиме (через эмиттер-коллекторный переходы), а транзисторы 11-14 - как диоды (через коллектор-базовыи35переходы).Процесс управления транзисторами 7-10 первого инверторного моста 5 и транзисторами 11-14 второго мостового инвертора б осуществляют системой 2 управления.Формирование сигналов управления гроисходит следующим образом.45Задатчик 21 частоты биений формирует на своем выходе последовательность импульсов Г и Р (фиг. 4) тактовой частоты определяющей частоту выходного напряжения преобразовате ля. С выхода задатчика 21 частотыэти импульсы поступают на вход логического узла 23 управления генеоатором биений и на входы логическихэлементов 31 и 32 основного логического узла 24 управления первым мостом демодулятора 4, а также на входы логических элементов 36 и 37 дополнительного логического узла 25 управления вторым мостом демодулятора 4.Задатчик 22 высокой частоты заполнения биений формирует последовательность сигналов высокой частоты,определяющей частоту промежуточноговысокочастотного преобразования, Свыхода задатчика 22 сигналы 5 и Бпоступают на входы логического узла23 и на входы логических элементов31 и 32 основного логического узла24, На остальные входы логическихэлементов 31 и 32 логического узла24 поступает сигнал Б с датчика 19тока,На выходах основного логическогоузла 24 в соответствии с приведенными логическими выражениями формируютсигналы А и В управления транзисторамипервого моста (фиг,4),причем сигнал Ачерез УРУ связан с управляющими входами нары диагонально расположенныхтранзисторов 7 и 10, а сигнал В через УРУ - с управляющими входами пары диагонально расположенных транзисторов 8 и 9.На входы логических элементов 36и 37 узла 25, кроме упомянутых им-.пульсов Р и Р, поступает предварительно проинвертированный на логическом элементе 35 сигнал Б с датчика 19 тока.На выходах узла 25 в соответствиис приведенными логическими выражениями (3) и (4) формируют сигналы Ми И управления транзисторами второгоинверторного моста (фиг. 4), причемсигнал М через УРУ 26,1 связан суправляющими входами пары диагонально расположенных транзисторов 11и 14, а сигнал И через УРУ 26,2 связан с управляющими входами парыдиагонально расположенных транзисторов 12 и 13.Использование датчика 19 токаи приведенного алгоритма управленияключами максимально снижает мощностьуправления транзисторами обоих инверторных мостов, а использованиеколлекторных переходов транзисторовв качества диодов обратного тока уменьшает установленную мощность за счет отказа от мостов диодов обратного тока и,следовательно, массу устройства,Формула изобретения Преобразователь частоты, содержащий последовательно соединенный ге 13561нератор биений и демодулятор, выполненный в виде двух согласно-параллельно включенных по цепи постоянного тока транзисторных мостов с дат 5 чиком тока в одной иэ цепей постоянного тока с выходным сигналом Б в двоичном коде, блок управления, включающий в себя эадатчик частоты бйений с прямым Р и инверсным Р выходными сигналами, связанный с управляющими входами транзисторов второго транзисторного моста, задатчик высокой частоты заполнения биений с прямым Г и инверсным Г выходными15 сигналами, узел управления генератором биений, входами связанный с задатчиками частоты, основной логический узел управления транзисторами первого моста демодулятора с выходными сигналами А, В, реализующий логические выражения:А=ГРЕЙ+ГРЯВ=ТР 8+РЯ,причем входы основного логического узла Связаны с эадатчиками частоты и датчиком тока, а также усилительноразвязывающий узел, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью упрощения при высоком уровне выходного 658напряжения, блок управления снабжен дополнительным логическим узлом управления транзисторами второго моста демодулятора с выходными сигналами К, И, реализующим логические выражения: входы дополнительного логическогоузла связаны с задатчиками частотыи датчиком тока, усилительно-развяэывающий узел содержит четыре одинаковых однотактных усилителя мощности с трансформаторным выходом, причем первичные обмотки трансформаторов эашунтированы диодом. а вторичные обмотки первой пары усилителеймощности, управляющие цепи которыхсоединены с основным логическим узлом, подсоединены к управляющимвходам диагонально расположенныхтранзисторов первого моста демодулятора, вторичные обмотки второй пары усилителей мощности, управляющиецепи которых связаны с дополнительным логическим узлом, подключены куправляющим входам диагонально расположенных транзисторов второгс моста демодулятора.1356 165 7 Е Составитель В.Моин Техред Л.Сердюкова дактор М,Петрова Корректор А,Зимокос Тираж 659 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Заказ 5808/52 Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул, Проектная, 4