Преобразователь постоянного напряжения в переменное синусоидальной формы

Союз СоветскихСоциапистическихРеспублик ОПИСАНИИИЗОБРЕТЕН ИяК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ и 917286Опубликовано 30. 03,82Бюллетень12Дата опубликования описания 30, 03. 82 ао делам изобретений и открытий(7) Заявитель Куйбышевский институт инженеров железнодортранспорта(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯВ ПЕРЕМЕННОЕ СИНУСОИДАЛЬНОЙ ФОРМЫ 1Изобретение относится к электротехнике, а более конкретно к преоб. -разователям постоянного напряжения впеременное, Такие преобразователишироко применяются в электроприводедля питания датчиков и других устройств автоматики и телемеханики.Известны полупроводниковые преобразователи постоянного напряженияв переменное напряжение синусоидальной формы, в которых формирование выходного напряжения осуществляетсяпутем двухполярной широтно-импульсной модуляции. Для таких преобразователей характерно высокое качествовыходного напряжения (низкий коэффициент гармоник) после фильтрации,относительно высокий КПД, простотапостроения силовых каскадов и управления ими.широкое распространение получилипреобразователи, у которых модуляцияпроизводится по синусоидальному закону Г 1,Известны преобразователи с двухполярной модуляцией, работающие попринципу полуслежения и слежения заопорным (эталонным) сигналом. В преобразователе с полуслежением устройство управления состоит из источникаопорного синусоидального напряжения,генератора тактовой частоты, интегратора-сумматора и двух пороговых- элементов, совместно с генератором так Отовой частоты управляю 1 их работой выходного инвертора ЕП .Наиболее близким к предлагаемомупо технической сущности является преобразователь, содержащий выходной 15инвертор, согласующий .каскад и схему управления, включающую в себя источник опорного напряжения, пороговый элемент и интегратор, вход которого подключен к последовательно соединенным источнику опорного напряжения и обмотке обратной связи выходного трансформатора инвертора, а выход - к входу порогового элементат.3.3 91728Недостатком известного преобразователя является трудность обеспечения глубины модуляции, что не по: зволяет полуцить оптимальные фильтоы. Кроме того, не обеспечиваетсявысокая стабильность выходного на"пряжения при переменной нагрузке.Цель изобретения - улучшение маслсогабаритных характеристик и повышение КПД путем стабилизации частоты и увеличения глубины модуляции.Указанная цель достигается тем,цто в схему управления преобразователя введен дополнительный интегратор напряжения, вход этого интегратора подключен к обмотке выходноготрансформатора, выход - к второмувходу порогового элемента, параллельно конденсатору интегратора включен транзисторньй ключ, на третий . рввход порогового элеМента через диодподключен один конец дополнительнойобмотки трансформатора, другой конецкоторой подсоединен к точке соединения источника опорного напряжения и 25обмотке обратной связи трансформатора согласно с последней, параллельноОвходу порогового элемента, связанному с выходом основного Интегратора,подключен другой транзисторный ключ, ЗОпри этом к управляющим входам указанных транзисторных ключей подключены противофазно обмотки выходноготрансформатора,На фиг. 1 приведена схема преобра- ззователя; на фиг. 2 - диаграммы, поясняющие работу схемы.Преобразователь состоит из.силового инвертора и схемы управления. Инвертор выполнен по двухтактной схемес выводом средней точки и содержитвыходной трансформатор 1 и транзисторные ключи 2 и 3, Однако инвертор может быть выполнен и по любой другойсхеме. Инвертор подключен к входным 4выводам истоцника питания.Схема уяравления содержит источник 4 опорного напряжения синусоидальной формы, интегратор 5, дополнительный интегратор 6 и пороговый элемент 7. Интеграторы выполнены на базе интегральных операционных усилителей с емкостной обратной связью,хотя .возможно применение любых интеграторов напряжения, например резистивно-емкостных цепочек, Одна клеммаисточника опорного напряжения подключена к общей шине схемы управля 6 4ния,другая - к общей точке согласно включенных обмоток 8 и 9 выходного трансформатора 1. Вторым концом обмотка 9 подключена к входу интегратора 5, а обмотка 8 через диод 10- к входу порогового элемента 7. Число витков обмотки 8 и 9 одинаково. Выход интегратора 5 через резистор 11 подключен на вход порогового элемента 7, который через транзистор 12 подключен к общей шине схемы управления. Управляющий вход транзистора 12 подключен к обмотке 13 трансформатора. К входу дополнительного интегратора 5 подключена обмотка 14 трансформатора 1. Параллельно конденсатору дополнительного интегратора 6 подключен разряжающий транзистор 15, управляющий вход которого подключен к обмотке 16 трансформатора 1. Обмотки 13 и 16 подключены к базам соответствующих транзисторов противофазно. Выход дополнительного интегратора 6 подключен к входу порогового элемента (ПЭ), в качестве которого использован операциОнный усилитель с положительной обратной связью, об-ладающий релейной характеристикой с гистерезисом (вид характеристики приведен на фиг. 2 а ). Один порог срабатывания (Орр ) равен нулю, другой Оц 0 р ) отличен от нуля. Выход ПЭ подключен к согласующему каскаду 17, который согласует по мощности и полярности выход порогового элемента и управляющие входы транзисторов 2 и 3. Преобразователь работает следую-, щим образом.Когда открыт транзистор 2 и закрыт транзистор 3 инвертора (интервал С), разряжающий транзистор 15 заперт напряжением на обмотке 16, происходит интегрирование напряжения положительного) обмотки 14 приложенного к входу дополнительного интегратора 6. Выходное напряжение дополнительного интегратора 6 изменяется в соответствии с выражениеми-5 ( к(и, - Ц,)дс,(Вгде 5 - коэффициент передачидополнительного интегратора 6,К=У /Уо - коэффициент трансформации;(8) о) име 7Поскольку Оо (Й 1+г ) =0 щ (0) -Ощрг то из выражений (5) и (7) имеем=ЕК(О-О)+О 1,где Т = сл л- йг - период модуляции,Среднее значение выходного напря" жения преобразователя за период модуляции Т равнолОных.о., = -(0(1 - дОдйТ т-,( (о, - до.)о, (9) где К 5=Ч /И - коэффициент трансфор"мации;И 5 ,- число витков выходнойобмотки трансформатора.Преобразовав выражение (8) ьл+" 1 7Кд ,/Ооп с 1 - Ооп( = К / 00 п 1 и подставив левую часть полученногоуравнения в (9), получимКьОых о) = К Ооп,с). (10) 5 0 35 г 0 г 5 50 35 ное напряжение имеет постоянную величину, т.е. обратная связь по выходному напряжению отсутствует, Кроме того, на величину выходного напряжения не влияют падения напряжения на силовых транзисторах инвертора и на первичных обмотках трансформатора, учтенные параметром д 0,Если же организовать контур обрат-. ной связи и воздействовать на величину Оо в функции отклонения Ое(х от номинального значения, то стабильность преобразователя значительно повысится. Следует отметить, что на стабильность выходного напряжения не влияет изменение параметров схемы управления, в частности интеграторов и порогового элемента.Поскольку 04 ых,ру не зависит от величины Оц, то в предлагаемом преобразователе форма выходного напряжения мало зависит от уровня и формы пульсаций напряжения питания, Это особенно важно, если преобразователь питается от выпрямителя с большими пульсациями напряжения или от источника с высоким уровнем помех.Период модуляции Т приближенно можно определить следующим образом.Если положить, что 0(л = сопзС, в течение Т величина опорного напряжения в момент времени С = Ф,1 мало отличается от его среднего значения запериод модуляции Ор(1 д: Ооо,ср то из выражения л)получимМОП - Оф)+ О Ч (11) При тех.же допущенных- среднее зна 40 ыражение для С 55 чение опорного напряжения за периодмодуляции,.Из последнего выражения видно,что среднее за период модуляции значение выходного напряжения преобразователя пропорционально среднемузначению опорного напряжения. Поскольку Ооп изменяется по синусоудальному закону (фиг, 2,3 ), то исреднее за интервал Т значение выходного напряжения изменяется по синусоидальному закону (фиг. 2(, пунктир).Из выражения (10) также видно,что выходное напряжение не зависитот величины напряжения питания, благодаря чему обеспечивается стабилизация Одаже в случае, если опор гда из (11) и (13) получим+, (1 ч)4 1 Чзом, период модуляции только параметром схемы ни от опорного, ни от яжения. Это является суеимуществом изобретения, дставляется возможным для выделения основной высших гармоник выходия оптимальный фильтр. Т=с,Таким обраопределяетсяи не зависитвходного напрщественным прпоскольку преиспользоватьи подавленияного напряжен9 91Работа преобразователя обеспечивается в широком диапазоне параметров всех элементов. Единственным ограничением является указанное выше условие: К(01-дО) Ощ . Одна.- ко, если величина Оп близка к величине К(Оо - дОь), то схема работает нормально и все полученные соот-. ношения выполняются. Это позволяет довести амплитуду опорного напряжения до значения, мало отличающегося от К 2(Ов, - ьОъ). Диапазон изме-. нения интервалов й и С в процессе формирования синусоиды в этом случае близок к периоду модуляции Т, что видно из выражений (11) и (13), и принципиально может быть достугнут теоретический предел глубины модуляции. Это позволяет максимально использовать по мощности выходной каскад и получить высокий КПД преобразования.Таким образом, предлагаемый преобразователь практически не отличаясь по сложности. от известного (обе схемы имеют одинаковое количество функциональных элементов), лишен главных его недостатков, В нем обеспечивается постоянство частоты модуляции и максимально возможная глубина модуляции. Это, в свою очередь, позволяет значительно улучшить массогабаритные показатели преобразователя за счет оптимизации выходного фильтра и повысить КПД. Кроме того, в предлагаемом преобразователе обеспечивается хорошее воспроизведение на выходе формы опорного напряжения и не представляет сложность введения отрицательной обратной связи непосредственно по напряжению на нагрузке, если последняя подключейа к инвертору через фильтр.Формула. изобретенияПреобразователь постоянного на- пряжения в. переменное синусоидальной 7286 10формы, содержащий выходной инвертор,согласующий каскад и схему управле"ния, выполненную на источнике опорного напряжения, пороговом элементе Б и интеграторе, вход которого подключен к последовательно соединеннымисточнику бпорногонапряжения и обмотке обратной связи выходного транс"форматора инвертора, а выход - к вхо ду порогового элемента, о т л и -ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюулучшения массогабаритных характеристик и повышения КПД путем стабилизации частоты и увеличения глубины 15 модуляции, в схему управления введендополнительный интегратор напряжения,вход этого интегратора подключен кобмотке выходного трансформатора, выход - к второму входу порогового эле мента, параллельно конденсатору ин-тегратора включен транзисторный ключ,на третий вход порогового элемента че.рез диод подключен один конец дополнительной обмотки трансформатора, г 5 другой конец которой согласно с обмоткой обратной связи подключен к точке ее соединения с источником опорного напряжения, параллельно входу порогового элемента, связанному с вызо ходом основного интегратора, подключен другой транзисторный ключ, приэтом к управляющим входам указанныхтранзисторных ключей подключены противофазно обмотки выходного трансз формдторд. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Сборник "Проблемы преобразова 4 в тельной техники". К., "Наукова думка", 1979, вып. 5, с. 1752, Сборник "Устройства преобразовательной техники". К., 1970, вцп.1,с, 113-125.3. Патент США 8 3710229,кл. Н 02 М 1/12, 1973917286 Цишевская орректор М. Шароши Ф Тираж 719 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР . по делам изобретений и открытий. 113035, Москва, Ж, Раусшкая наб., д, 4/О/7 к т" Филиал ППП Состав Редактор А, Мотыль Техред