Способ управления преобразователем постоянного напряжения в переменное -ступенчатое и устройство для его осуществления

(19 1)4 Н 02 М 7/48 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ И А ИЗОБРЕТЕНИ 4 м", .ф Щ щг ЕТЕЛ(71) Институт электродинамики АН УССР (72) В. Е. Тонкаль, А. В. Новосельцев, Ю. И. Дыхненко и М. Г. Стрелков(54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПЕРЕМЕННОЕ и-СТУПЕНЧАТОЕ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к управлению преобразователем пОстоянного напряжения в и-ступенчатое переменное с ограниченной степенью резервирования. Цель изобретения - повышение надежности работы преобразователя. Преобразователь содержит п амплитудК АВТОРСКОМУ но-импульсных модулятора (АИМ), нагруженных на первичные обмотки суммирующего трансформатора, вторичные обмотки которого образуют выходную цепь. Способ состоит в формировании п последовательностей импульсов управления (ПИУ) для АИМ и подаче и;-й ПИУ на управляющие входы каждого из и АИМ последовательно во времени с шагом Т и периодом пТ, причем п 1 ю и п 1-ю ПИУ подают со сдвигом во времени, равным (1 - 1) Т. ПИУ формируют в виде пачек импульсов высокой частоты. Устройство управления содержит последовательно соединенные задающий генератор, делитель частоты, блоки фазового сдвига и формирования длительности, а также дополнительно введенные счетчик, инвертор, п преобразователей параллельного кода в последовательный и и распределителей импульсов на элементах 2 И - НЕ. Цель достигается путем усреднения коэффициента загрузки и числа циклов включено-выключено на периоде кривой выходного напряжения.2 с. и 1 з.п. ф-лы, 6 ил.1Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано врегулируемых системах вторичного электропитания, где невозможно резервированиеили степень его применения ограничена.Цель изобретения - повышение надеж 5ности работы преобразователя.На фиг, 1 представлена блок-схема устройства управления преобразователем, реализующая предложенный способ управлениябез промежуточного высокочастотного преобразования; на фиг. 2 - временные диаграммы работы устройства по предлагаемому способу; на фиг. 3 - блок-схема второго варианта устройства управления преобразователем с промежуточным звеном повышенной частоты; на фиг. 4 - временные диаграммы работы этого устройства;на фиг. 5 а, б, - схема формированиядлительности и счетчик; на фиг, б а, б -преобразователь параллельного кода в последовательный и распределитель импульсов.Как в первом случае (фиг. 1), так и вовтором (фиг. 3) приведены однофазные варианты преобразователей для случая п=З(фиг. 1) содержит задающий генератор 1,делитель 2 частоты, блок 3 фазового сдвига, представляющий собой преобразовательпоследовательного кода в параллельный,блок 4 формирования длительности, счетчик 5, инвертор 6, преобразователи 7 - 9параллельного кода в последовательный, распределители 10 - 12 импульсов, формирователи 13 - 15 импульсов управления силовымиключами амплитудно-импульсных модуляторов 16 - 18, нагруженных на первичную обмотку суммирующих трансформаторов 19 -3521 соответственно, вторичные обмотки которых соединены последовательно и образуютвыходную цепь преобразователя.а - агг на фиг. 2 представляют собойвременные диаграммы работы устройства, 4 О Второй вариант преобразователя (фиг. 3) с промежуточным звеном повышенной частоты содержит задающий генератор 22, делитель 23 частоты, инвертор 24, блок 25 фазового сдвига, блок 25 формирования дли тельности, счетчик 27, инвертор 28, преобразователи 29 - 31 параллельного кода в последовательный, распределители 32 - 34 импульсов, формирователи 35 - 37 импульсов управления силовыми ключами амплитудно-импульсных модуляторов 38 - 40, нагруженных50 на первичную обмоткусуммирующих трансформаторов 41 - 43 соответственно, вторичные обмотки которых соединены последовательно и через демодулятор 44 подключены к нагрузке. Далее схема содержит два распределителя 45 и 46 импульсов и формирователь 47 импульсов управления силовыми ключами демодулятора 44. р 1 - р 8 на фиг. 4 - напряжения на элементах схемы второго варианта преобразователя при управлении по предлагаемому способу.Блок формирования 4(и 26) длительности (фиг. 5 а) может быть выполнен на основе трех 1 К-триггеров 48 - 50, число выходов которых равно числу амплитудно-импульсных модуляторов п преобразователя, а число их входов - 2 а.Счетчики 5 и 27, схема которых представлена на фиг. 5 б, представляют собой двоично-десятичный четырехразрядный счетчик 51 с коэффициентом деления на шесть.Одна из возможных схем преобразователей 7 - 9 (и 29 - 31) параллельного кода в последовательный (фиг. ба) построена на основе мультиплексора 52 и элемента ИЛИ - НЕ 53, соединенного по входу с выходом мультиплексора 52.Схема распределителей 10 - 12 (и 32 - 34) импульсов приведена на фиг. бб и состоит из двух элементов 54 и 55 совпадения, первые входы которых объединены.Сущность способа рассмотрим на примере работы схемы (фиг 1).Высокочастотный задающий генератор 1 вырабатывает последовательность прямоугольных импульсов с частотой 1 ю, поступающих на вход делителя 2 частоты. Импульсы а (фиг. 2) с частотой 1= ю/к (к - коэффициент деления делителя 2 частоты) с выхода делителя 2 частоты поступают на блок 3 фазового сдвига, представляющий собой регистр сдвига и формирующий шесть последовательностей импульсов аг - а 7. Импульсы с выходов блока 3 фазового сдвига поступают на вход схемы формирования 4 длительности, на выходах которой образуются последовательности импульсов а 8, аю и аю с частотой 2 Ьи фазовым сдвигом 1/1 при длительностях 5/1, 3/(, и 1/1 соответственно и которые равны по длительности и фазовому сдвигу ступенькам кривой выходного напряжения. Сигнал аг с первого выхода блока 3 фазового сдвига одновременно поступает на вход счетчика 5.Выходные сигналы а 1 г и а 1 з счетчика 5 поступают на первый и второй управляющие входы преобразователей 7 - 9 параллельного кода в последовательный, на информационные входы которых поступают сигналы а 8, кю и аю с выходов блока 4 формирования длительности. Информационными входами преобразователей 7 - 9 служат информационные входы мультиплексора 52, соединенные между собой как показано на фиг. ба,Посредством сигналов счетчика 5 (аг и аз) последовательно опрашиваются информационные входы Х 1, Х 2, ХЗ мультиплексоров преобразователей 7 - 9. При кодовой комбинации 00 на управляющих входах всех мультиплексоров, которая соответствует первому периоду кривой выходного напряжения, происходит опрос первых информацион1229930 40 45 50 55 зных входов преобразователей 7 - 9 и на первый вход распределителя 10 импульсов поступает самый длинный импульс (а 4) управления (амплитудно-импульсный модулятор 16 формирует самую длинную ступень кривой выходного напряжения), на первый вход распределителя 11 импульсов поступает самый короткий (ав) по длительности импульс управления (амплитудно-импульсный модулятор 17 формирует самую короткую ступень кривой выходного напряжения) и, 10 наконец, на первый вход распределителя 12 импульсов поступает средний (аи) сигнал (амплитудно-импульсный модулятор 18 формирует среднюю ступень кривой выходного напряжения).На втором периоде кривой выходного 15 напряжения код опроса 01 на управляющих входах мультиплексоров преобразователей 7 - 9 разрешает прохождение импульсов управления с вторых информационных входов, в результате чего на первый вход распределителя 10 поступает средний по длительности сигнал (К,ч) управления, на вход распределителя 11 - самый длинный (ав) по длительности импульс, а на вход распределителя 12 поступает самый короткий импульс управления (аи), Это приводит к 25 формированию первым амплитудно-импульсным модулятором средней ступени кривой выходного напряжения, а вторым и третьим амплитудно-импульсным модуляторами - самой длинной и самой короткой ступеней выходного напряжения соответственно. 30Кодовая комбинация 10 на управляющих входах преобразователей 7 - 9, соответствующая третьему - первому периодам кривой выходного напряжения, обеспечивает прохождение сигналов управления с третьих информационных входов преобразователей З 5 параллельного кода в последовательный на их выходы, что позволяет формировать посредством первого - третьего амплитудно-импульсных модуляторов соответственно самую короткую, среднюю и самую длинную ступени кривой выходного напряжения.Далее описанный процесс опроса информационных входов мультиплексоров преобразователей 7 - 9 кода повторяется с периодом, равным числу амплитудно-импульсных модуляторов преобразователя, т.е. с периодом Т = ЗТ = 3/вПоследовательности сигналов управления х 4, ав и аи (фиг. 2) посредством распределителей 10 - 12 импульсов разделяются на две последовательности каждая - а 7, ав (распределитель 10), ань ао (распределитель 11) и а, а 2 (распределитель 12), которые появляются соответственно на первом и втором выходах распределителей и через первый и второй входы формирователей 13 - 15 импульсов поступают на управляющие входы соответствующих диагоналей силовых ключей амплитудно-импульсных модуляторов 16 - 18, выполненных по любой из полумостовых или мостовых схем, где диагональ моста определяется элементами 54 и 55 совпадений распределителей импульсов путем подачи на их вторые входы импульсов а с первого выхода счетчика 5 и ас выхода инвертора 6 соответственно и которые совпадают с первым и вторым полупериодом кривой выходного напряжения, что соответствует левой и правой диагоналям моста модуляторов.Во втором варианте преобразователь (фиг. 3) с промежуточным звеном повышенной частоты, управляемый по предлагаемому способу, работает следующим образом. Высокочастотный задающий генератор 22 вырабатывает последовательность прямоугольных импульсов с частотой о, поступающих на вход делителя 23 частоты. Импульсы с частотой 1=1 о/К с выхода делителя 23 частоты поступают на блок 25 фазового сдвига, формирующий шесть последовательностей импульсов, поступающих на входы блока 26 формирования длительности, на выходах которого образуются последовательности импульсов, как и в первсм варианте, с частотой 2 Ьи фазовым сдвигом 1/1, при длительности 5/1, 3/1, 1/1 соответственно, которые равны по длительности и фазовому сдвигу ступеням кривой выходного напряжения преобразователя. Одновременно сигнал с первого выхода блока 25 фазового сдвига поступает на вход счетчика 27. Выходные сигналы счетчика 27 поступают на первые управляющие входы преобразователей 29 - 31 параллельного кода в последовательный (на управляющие входы Х 9, Х 10, Х 11 мультиплексоров на фиг. 6 а), на информационные входы которых поступают сигналы с выходов блока 26 формирования длительности. На второй и третий входы распределителей 32 - 34 импульсов (на вторые входы элементов 2 И - НЕ 54 и 55 на фиг. бб) поступают соответственно импульсы р с промежуточного выхода делителя 23 частоты, частота которых соответствует несущей частоте промежуточного высокочастотного заполнения, и инверсные им импульсы р с выходаинвертора 24 (1 с = 1,/к). Преобразователи 29 - 31 и распределители 32 - 34 работают так же, как и в случае формирования кривой выходного напряжения без промежуточного .высокочастотного преобразования (фиг. 1 и 2), однако импульсы управления на выходе распределителей импульсов представляют собой пачки импульсов с частотой несущей, причем длительность и фазовый сдвиг пачек соответствуют ступеням кривой выходного напряжения. Пачки импульсов с выходов распределителей 32 - 34 через формирователи 35 - 37 импульсов поступают на управляющие входы силовых ключей амплитудно-импульсных модуляторов 38 - 40.Формула изобретения1. Способ управления преобразователем постоянного напряжения в переменное п-сту 55 3На выходных суммирующих трансформаторах 41 - 43 амплитудно-импульсных модуляторов 38 - 40 соответственно формируютсяимпульсы р 4,и рб (фиг. 4), Для наглядности на фиг. 4 представлены импульсыРг и рз на вторичных обмотках сум 5мирующих трансформаторов в преобразователе без промежуточного высокочастотного преобразования, формируемых посредством устройства (фиг. 1),Одновременно происходит формирование 10управляющих импульсов силовыми ключамидемодулятора 44 посредством двух распределителей 45 и 46 импульсов, на второйи третий входы которых (на вторые входыэлементов 2 И - НЕ 54 и 55 на фиг. 6 б)поступают импульсы р с промежуточного15выхода делителя 23 частоты и инверсныеимпульсы р с выхода инвертора 28 соответственно. На первые входы упомянутыхраспределителей импульсов поступают сигналы а (фиг. 2) с первого выхода счетчика 27 и инверсные импульсы с с выходаинвертора 28.Импульсы с выходов распределителей 45и 46 импульсов через формирователь 47 импульсов поступают на управляющие входысиловых ключей демодулятора 44. Демодулятор выполнен по мостовой схеме на четырех ключах с двухсторонней проводимостью,каждый из которых состоит, например, издвух встречно-параллельно включенных диодно-транзисторных пар. Демодулятор 44 служит для реверсивного выпрямления напряжения Р 7 (фиг. 4), поступающеГо с последовательно соединенных обмоток суммирующих трансформаторов 41 - 43 на его вход.Выходное напряжение р 8 демодулятора 44является выходным напряжением 11. х преобразовател я.Таким образом, применение предложенного способа управления позволяет повыситьнадежность работы полупроводниковогс. преобразователя за счет усреднения коэффициента загрузки (случай без применения высокочастотного промежуточного преобразования) или коэффициента загрузки и числапереключений (циклов включено - выключено) при высокочастотном промежуточном преобразовании.В то же время предложенный способ 45управления позволяет улучшить массогабаритные показатели преобразователя,реализовать принцип унификации путем усреднениякоэффициента загрузки и числа цикловвключено - выключено на периоде кривой выходного напряжения, обеспечивая полнуюсхемную и технологическую идентичность амплитудно-импульсных модуляторов преобразователя. пенчатое, содержащим п амплитудно-импульсных модуляторов, нагруженных на первичные обмотки суммирующих трансформаторов, вторичные обмотки которых соединены последовательно и образуют выходную цепь преобразователя, состоящий в том, что формируют и последовательностей импульсов управления и амплитудно-импульсными модуляторами, причем и;-ю последовательность импульсов управления подают на управляющий вход 1-го модулятора в соответствии с требуемым законом формирования и-ступеней кривой выходного напряжения, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности работы, подают п,-ю последовательность импульсов управления последовательно во времени с шагом Т и периодом пТ на управляющие входы каждого из и модуляторов, при этом п,-ю и и;-ю последовательности импульсов управления подают на управляющие входы амплитудно- импульсных модуляторов со сдвигом во времени, равным- 1)Т.2, Способ и, 1, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности работы, и последовательностей импульсов управления и амплитудно-импульсными модуляторами формируют в виде пачек импульсов высокой частоты.3. Устройство для управления преобразователем постоянного напряжения в переменное п-ступенчатое, содержащее последовательно соединенные задающий генератор, делитель частоты, блок фазового сдвига и блок формирования длительности, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности работы, в него введены счетчик, инвертор,п преобразователей параллельного кода в последовательный и и распределителей импульсов, выполненных на двух элементах 2 И - НЕ каждый, при этом вход счетчика соединен с первыим выходом блока фазового сдвига, выход младшего разряда счетчика непосредственно подключен к первым входам первых элементов 2 И - НЕ и распределителей импульсов и через инвертор - к первым входам вторых элементов 2 И - НЕ п распределителей импульсов, выходы старших разрядов счетчика подсоединены соответственно к управляющим входам преобразователей параллельного кода в последовательный, первый вь 1 ход блока формирования длительности соединен с первым информационным входом первого преобразователя параллельного кода в последовательный, с вторым информационным входом второго преобразователя кода и с п-м входом и-го преобразователя, второй выход блока формирования длительности соединен с вторым информационным входом первого преобразователя параллельного кода в последовательный, с третьим информационным входом второго преобразователя и с первым1229930 7входом и-го преобразователя, а п-й выход блока формирования длительности с п-м информационным входом первого преобразователя параллельного кода в последовательный, с первым информационным входом второго преобразователя и с (и - 1)-м информационным входом и-го преобразователя, вы 8ходы п преобразователей параллельного кода в последовательный подключены соответственно к вторым входам элементов 2 И - НЕ и распределителей импульсов, выходы которых предназначены для соединения с управляющими входами силовых ключей и амплитудно-импульсных модуляторов,1229930 Щд гя лл Сос Тех Тир И Госу делам Москва, П Пат рректор А. 3дписноеСССРтийб., д. 4/5Проектная, 4 имокосо П ВНИИПпо3035,Филиал ПП Редактор С. Лыжова Заказ 2234/57 авитель О. Паред И. Верес ж 631 арствеиного коизобретений иЖ - 35, Раушскт, г. Ужгород итета откры я на ул. ттигл,и