Преобразователь постоянного напряжения в знакопеременное напряжение заданной формы

СОЮЗ СОВЕТСКИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСКИ 690 119) (11) РЕСПУБЛИК М 752 151) 5 С)БРЕТ ТЕЛЬСТВУ АВТОРСКОМУ С ГО ОЕ Изобретение отн ке и предназначено управляемых питающ приводов, вибростен средней мощности.Цель изобретения ности работы.На фиг. 1 и 2 пре венно структурная и ч ная схема описываем постоянного напряже ное напряжение зада пояснясится к электросвардля использования в их системах электроов и т.д, большой и овышение надеждставлены соответстастично функциональого преобразователя ния в знакопеременнной формы; на фиг, 3 ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМРИ ГКНТ СССР(5 Авторское свидетельство СССРВ 731534, кл, Н 02 М 7/537, 197(,Патент СШАй. 3715(49, кл, 3(3 - 42, 1975.(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОНАПРЯЖЕНИЯ В ЗНАКОПЕРЕМЕНННАПРЯЖЕНИЕ ЗАДАННОЙ ФОРМЫ(57) Изобретение относится к электротехнике, в частности к источникам вторичногоэлектропитания. Цель - повышение надежности работы, Устройство содержит широтно-импульсные модуляторы 1.1 - 1.2 М (фиг, 1,2), ключевые усилители 2.1-2.2)ч мощности,фильтры 3,1 - ЗМ нижних частот, источники4.1 - 4.М электропитания, дифференциальные усилители 5.1 - 5.)ч, датчики (.1 - (.)ч тока, Широтно-импульсные модуляторы1.1 - 1,2 й формируют пилообразные напря 4ИЯ,жения с временным сдвигом й = Т/2, причем у модуляторов соседних (спаренных) каналов ключевого преобразования пилообразные напряжения находятся в противофазе, Ключевые усилители 2,1 - 2.2)ч мощности включены по мостовым схемам, При последовательном сложении импульсных сигналов в мостовой схеме суммарное импульсное напряжение имеет частоту переключений, в два раза превышающую частоту переключений отдельных каналов. В связи с этим комбинационные составляющие импульсных напряжений, параллельно подведенных к нагрузке 9, группируются в области повышенных частот, что позволяет обеспечить широкий частотный диапазон преобразования сигналов, Возможный разбаланс выходных токов мостовых схем уменьшается путем использования отрица-(Л тельной обратной связи по току, реали- С зуемой датчиками (,1-(М тока и дифференциальными усилителями 5.1 - 5.)ч, Этому же способствует осуществление электропитания мостовых схем от гальванически развяеией занных источников 4.1 - 4,М, 5 ил,временные диаграммы сигналов, ющие принцип многоканальной широтномпульсной модуляции; на фиг. 4 а, б оказана эквивалентная схема; на фиг, 5 - ременные диаграммы напряжений, иллютрирующие сложение используемых в устойстве сигналов,Устройство содержит широтно-импульные модуляторы (ШИМ 1.1 - 1,21 ч (фиг, 1, 2), лючевые усилители 2,1-2.2)ч мощности КУМ) на тра)1 зисторах, дроссельные фильты 3.1 - 3.2 М нижних частот (ФНЧ), источни 1690140ки 4,1-4.Й электропитания, дифференциальные усилители 5,1-5.Й, датчики 6.1 - 6.Й тока, выводы 7, 8 для подключения нагрузки 11. В каждом 1-ном из 2 Й каналов ключевого преобразования прямой и инверсный выходы ШИМ 1, подключены к соответствующим управляющим входам КУМ 2.1, а выходной вывод последнего через ФНЧ 3,1 соединен с канальной выходной шиной (на схеме не показана), Выходы источников 4.1 - 4,Й злектропитания подключены к питающим шинам попарно сгруппированных КУМ 2,1 и 2 2,23 и 242 2 Й - 1 и 2 2 Й,Вывод 7 для подключения нагрузки соединен с выхоДными шинами четных каналов ключевого преобразования. Каждый датчик 6.21 - 1 тока включен в выходную шину 21 - 1-го(нечетного) канала ключевого преобразования и один из токовых выводов соединен с выводом 8 для подключения нагрузки. Выходы дифференциальных усилителей 5.1-.5.Й подключены ко входам гопарно сгруппированных ШИМ 1,1 и 1,2, 1,3 и 1.4, 1.(2 Й - 1) и 1,2 й, первые входы - к входу источника управляющего сигнала с выходным потенциальным выводом 11, а вторые входы - к выходам датчиков 6,1 - 6,Й тока с одинаковыми порядковыми номераШИМ 1.1 - 1,2 Й предназначены для формирования 2 Й широтно-модулированных импульсных последовательностей, Многоканальная широтно-импульсная модуляция обеспечивается при формировании в ШИМ каждого канала ключевого преобразования пилообразного напряжения с заданным временнымсдвигом й=Т 0/2 Й. Например, для четырехканальной широтно-импульсной модуляции (фиг, 3) используют четыре опорных напряжения Оп 1 - Оп 4, что соответствует формированию четырех импульсных напряжений е 1-е 4 с равномерным фазовым сдвигом на частоте переключений.КУМ 2.1 - 2.2 Й служат для высокоэффективного усиления по мощности импульсных сигналов, формируемых ШИМ 1.1 - 1.2 Й.КУМ 2.1-2,Й выполняют по полумостовым схемам (фиг. 2), в которых транзисторы управляются противофазно сигналами с прямых и инверсных выходов ШИМ 1.1 - 1,2 Й, Верхние транзисторы КУМ 2.21 - 1 нечетных каналов подключены к прямым выходам ШИМ 1.21 - 1, а верхние транзисторы четных каналов КУМ 2,2 четных каналов - к инверсным выходам ШИМ 1.21. При этом для питающего напряжения Е 0 и управляющего сигнала Оу выходное импульсное напряжение КУМ определяется в нечетных каналах какег,( - 1) = Ео (1 + з 9 п (Оу - Опг( - 1/2, (1)а в четных каналах какег. = Ео (1 - 319 п (Оу - Опг(1 - )/2, 5 1 прих)0 где з 19 п х- 1 прих ОДля четного 2 и нечетного 2(1 - 1) кана лов ключевого преобразования используют ШИМ с оносительным временным сдвигом Т 0/2 опорных пилообразных напряжений Опг и Опри), чем обеспечивается фазовый сдвиг 180 начастоте переключений форми руемых ими широтно-модулированных импульсных последовательностей.КУМ 2,2 и 2,21 - 1 четного и нечетного каналов ключевого преобразования попарно подключены к источнику 4.1 злектропита ния, гальванически развязанному от остальных источников, чем обеспечивается попарно-последовательное сложение сигналов в мостовой схеме. Результирующее напряжение, приложенное через соответст вующие ФИЧ 3,21 и 3.2 - 1 к нагрузке 9 от каждой пары КУМ, определяется в виде разности их выходных напряженийег. - ), г, = ег,п - 1) - еь (2) 30На фиг. 3 показаны импульсные напряжения е 1,г = е 1 - ег и ез,4 = ез - е 4, формируемые в четырехканальном устройстве для каждой мостовой схемы. 35 ФНЧ 3.1 - 3,2 Й предназначены для выделения на нагрузке 9 полезных низкочастотных составляющих суммарного импульсного напряжения, полученного в результате параллельного сложения выход ных импульсных напряжений мостовой схемы. ФНЧ 3,1 - 3,2 Й в частном случае выполняют на дросселях, индуктивность которых определяют из требуемой частоты среза АЧХ устройства, Для суммарного им пульсното напряжения приведенная величина эквивалентного дросселя ФНЧ для Й-канальной системы1. 50(3)Наличие ФНЧ 3.1-3.2 Й позволяет обеспечить параллельное сложение высокочастотных составляющих импульсных напряжений каналов, подключенных к вы водам 11 и 7. Для таких составляющих реактивное сопротивление последовательно включенных дросселей Ф Н Ч весьма велико.Параллельное сложение высокочастотных составляющих импульсов напряженияне связано с большой величиной высокочастотных составляющих выходного тока каналов, амплитуда которых не превышает 510 от амплитуды тока полезных низкочастотных составляющих сигнала,Датчики 6,1 - б,й тока служат для выделения сигнала, пропорционального току, протекающему в диагоналях мостовых схем, образованных соответствующими КУМ 2.21 и 2,21 - 1 четных и нечетных каналов.Использование гальванически развязанных источников электропитания для каждой мостовой схемы позволяет обеспечить равенство выходных токов каналов ключевого преобразования, включенных в каждую мостовую схему.Дифференциальные усилители 5.1 - 5.М предназначены для формирования напряжений на входах ШИМ 1,1 - 1.2 Й, пропорциональных разностям управляющего сигнала Оу и сигналов обратной связи от датчиков 6,1-6.М тока.Работает устройство следующим образом. Управляющий сигнал Оу через дифференциальные усилители 5.1 - 51 ч поступает на входы попарно сгруппированных ШИМ 1.1 - 1.2 М четных и нечетных каналов ключевого преобразования, Использование гальванически развязанных источников 4.1 - 4.Н электропитания для каждой мостовой схемы, образованной четным и нечетным КУМ 2,21 и 2.(21 - 1), обеспечивает, как уже отмечалось, одинаковые выходные токи в парах каналов ключевого преобразования.Выходы мостов подключены к выходным шинам параллельно, чем обеспечивается параллельное сложение их выходных сигналов е 2.; -1, е 2,ь определяемых выражением (1).ШИМ 1.21 и 1.21 - 1, входящие в состав соседних каналов ключевого преобразования, включенных по мостовой схеме, формируют импульсные сигналы, противофазные на частоте переключений (фазовый сдвиг 180), с длительностью импульсов, определяемой выходным сигналом соответствующего дифференциального усилителя из совокупности 5.1 - 5.Й. При последовательном сложении импульсных сигналов е 2,1 - 1, е 2,1 в мостовой схеме суммарное импульсное напряжение е 2,1 - 1, 2.1 имеет частоту переключений в два раза выше частоты переключений аь отдельного канала ключевого преобразования, Действительно, как иллюстрируется на фиг. 3 для четырехканальной схемы, в результате вычитания напряжений е 1 и е 2 формируется энакопеременное напряжение е 1, 2 = е - е 2 с болеег 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 высокой (в два раза) частотой переклю ений,При гальванически развязанных источниках 4.1-4.М электропитания отдельных мостовых схем контурные токи между каналами ключевого преобразования, подключенными к любому из выводов 11, 7 отсутствуют, Эквивалентная схема сложения импульсных напряжений в данном устройстве для четырех каналов ключевого усиления приведена на фиг. 4, а и может быть преобразована к схеме, показанной на фиг, 4 б, Импульсные, напряжения каждой мостовой схемы е 1,2, ез,4(фиг,5) подводятсч через дроссели Ф.НЧ 3.1 - 3,4 и датчики 6.1, 6,2 тэка к нагрузке 9.Поскольку частота переключений выходного импульсного напряжения каждой мостовой схемы в два раза выше частоты оЪ переключений отдельных каналов ключевого преобразования, в описываемом устройстве при заданной величине а комбинационные составляющие импульсных напряжений, параллельно подведенных к нагрузке, группируются в области повышенных частот, Отмеченное преимущество позволяет обеспечить широкий частотныщ диапазон преобразования сигналов.Возможный разбаланс выходных токов мостовых схем, обусловленный протеканием контурного тока 1 к(фиг, 4,а), в рассматриваемом техническом решении уменьшается посредством использования отрицательной обратной связи по току в каждой мостовой схеме, Глубина такой обратной связи обеспечивается порядка 20-30 дБ, что дает воэможность существенно уменьшить разбаланс выходных токов мостовых схем, обусловленных разницей низкочастотных составляющих их выходных напряжений,Таким образом, практическое применение данного устройства позволяет обеспечить равенство выходной мощности отдельных каналов ключевого преобразования в более высоком частотном диапазоне и, тем самым, значительно повысить надежность работы преобразователя напряжения.Формула изобретения Преобразователь постоянного напряжения в знакопеременное напряжение заданной формы, содержащий 21 ч каналов ключевого преобразования, в каждом из которых прямайи инверсный выходы широтно-импульсного модулятора подключены к соответствующим управляющим входам ключевого усилителя мощности, а выходной вывод последнего через фильтр нижних частот соединен с канальной выход 1690140ной шиной, источник электропитания, выход которого подключен к питающим шинам ключевых усилителей мощности первого и второго каналов ключевого преобразования, источник управляющего сигнала, выводы для 5 подключения нагрузки, первый из которых соединен с выходными шинами четных каналов ключевого преобразования, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения надежности работы, в него введены йдополни тельных источников электропитания, М датчиков тока и М дифференциальных усилителей причем питающие шины ключевых усилителей мощности третьего и последующих каналов ключевого преобразования по парно подключены к выходам дополнительных источников электропитания, каждый датчик тока включен в выходную шину соответствующего нечетного канала ключевого преобразования и один из токовых выводов соединен с вторым выводом для подключения нагрузки, выход каждого дифференциального усилителя подключен к входам широтно-импульсных модуляторов соответствующей пары нечетного и четного каналов ключевого преобразования, первый вход - к выходу источника управляющего сигнала, а второй вход - к выходу датчика тока, относящегося к данной паре каналов ключевого преобразования,Составитель Л.Морозов ехред М. Моргентал Тираж Подписноесударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС113035, Москве, Ж, Раушская наб., 4/5