преобразователь постоянного напряжения в переменное заданной формы

Формула изобретения

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПЕРЕМЕННОЕ ЗАДАННОЙ ФОРМЫ, содержащий двухтактный усилитель мощности, выход которого через силовой трансформатор, демодулятор и фильтр подключен к выходным выводам, и блок управления, включающий в себя задающий генератор, выходы которого через селекторы и предварительные усилители соединены с входами усилителя мощности, а также цепь обратной связи, состоящую из источника эталонного сигнала, связанного входом с выходом задающего генератора, а выходом - с входом демодулятора, и двухпозиционного реле, одним входом подключенного к выходным выводам, другим - к выходу источника эталонного сигнала, а одним из выходов - к управляющим входам селекторов, отличающийся тем, что в него введены два датчика насыщения и элемент ИЛИ, выход которого подключен к введенному счетному входу задающего генератора, а два из трех входов через введенные датчики насыщения подключены к выходу двухтактного усилителя мощности, а третий - к второму выходу двухпозиционного реле.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано во вторичных источниках питания для преобразования постоянного напряжения в стабилизированное переменное напряжение любой заданной формы.

Известен преобразователь постоянного напряжения в синусоидальное, содержащий мостовой инвертор с выходным трансформатором, включенным в диагональ моста. Одна пара последовательно соединенных ключей инвертора переключается сигалами с выхода коммутатора. Другая пара переключается со сдвигом фазы относительно первой и управляется с помощью фазового модулятора. С помощью ключей первой и второй пар, соединенных диагонально и последовательно с дросселем и первичной обмоткой выходного трансформатора, формируется напряжение, например, положительной полярности, с помощью двух других ключей - отрицательной [1].

Однако выходной трансформатор преобразователя работает на низкой выходной частоте и имеет большие вес и габариты.

Известен преобразователь постоянного напряжения в переменное заданной формы, содержащий релейный регулятор, выполненный на включенных последовательно ключевом регулирующем элементе и интегрирующем дросселе, точка соединения которых подключена через возвратный диод к общему входному выводу преобразователя и средней точке первичной обмотки выходного трансформатора двухтатктного усилителя мощности на силовых транзисторах, базы которых соединены с выходами узла коммутации с фазоинвертором, причем вход релейного регулятора подключен к второму входному выводу преобразователя, а выход - к объединенным эмиттерам силовых транзисторов, коллекторами соединенных с крайними выводами выходного трансформатора. Регулирующий элемент регулятора непрерывного действия силовым входом подключен к второму ввходному выводу преобразователя, выходом через измерительный преобразователь тока соединен с выходом релейного регулятора, а управляющим входом через узел управления - с выходом преобразователя, который через демодулятор подключен к крайним выводам вторичной обмотки выходного трансформатора с отводом от средней точки, общим с нагрузкой, при этом управляющий вход демодулятора соединен с выходом фазоинвертора, входы которого подключены к выходам узла коммутации, выход измерительного преобразователя тока соединен с управляющим входом ключевого регулятора, вход узла управления и управляющий вход фазоинвертора подключены к вводу задающего сигнала [2].

Однако этот преобразователь имеет завышенную массу и габариты в связи с наличием интегрирующего дросселя.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является преобразователь постоянного напряжения в переменное заданной формы, содержащий двухтактный усилитель мощности, выход которого через силовой трансформатор, демодулятор и фильтр подключен к выходу преобразователя, и блок управления, включающий в себя задающий генератор, счетный триггер, выходы которого через селекторы и предварительные усилители соединены с входами усилителя мощности, а также цепь обратной связи, состоящую из источника эталонного сигнала, связанного входом с выходом задающего генератора, а выходом - с входом демодулятора, и двухпозиционное реле, одним входом подключенное к выходу преобразователя, другим - к выходу источника эталонного сигнала, а выходом - к управляющим входам селекторов и к управляющему входу дополнительного селектора, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора, а выход - с входом счетного триггера [3].

Недостатком данного преобразователя является низкая надежность, так как при его работе возникает несимметричный режим работы его силового трансформатора, обусловленный неидентичностью параметров элементов плеч схемы (прежде всего неодинаковым временем закрывания мощных транзисторов, а также разным падением напряжения на них в прямом направлении). Несимметричный режим характеризуется постоянным током, в результате происходит одностороннее его насыщение и, как результат, резкий рост тока в цепи силовых транзисторов двухтактного усилителя мощности.

Изобретение направлено на повышение надежности преобразователя.

Техническое решение поставленной задачи достигается тем, что в преобразователь постоянного напряжения в переменное заданной формы, содержащий двухтактный усилитель мощности, выход которого через силовой трансформатор, демодулятор и фильтр подключен к выходу преобразователя, и блок управления, включающий в себя задающий генератор, выходы которого через селекторы и предварительные усилители соединены с входами усилителя мощности, а также цепь обратной связи, состоящую из источника эталонного сигнала, связанного входом с выходом задающего генератора, а выходом с входом демодулятора, и двухпозиционное реле, одним входом подключенное к выходу преобразователя, другим - к выходу источника эталонного сигнала, а одним из выходов - к управляющим входам селекторов, введены два датчика насыщения и элемент ИЛИ, имеющий один выход, подключенный к счетному входу задающего генератора, и три входа, два из которых через датчики насыщения подключены к двухтактному усилителю мощности, а третий - к второму выходу двухпозиционного реле.

На фиг.1 приведена функциональная схема преобразователя; на фиг.2 - диаграммы напряжений, поясняющие принцип его работы.

Преобразователь содержит задающий генератор 1, через селекторы 2 и 3, предварительные усилители 4 и 5, усилитель 6 мощности, силовой трансформатор 7, демодулятор 8 и фильтр 9 соединенный с выходными выводами 10 и с первым входом двухпозиционного реле 11, один из выходов которого подключен к входам селекторов 2 и 3, другой выход - к входу элемента ИЛИ 13, а второй вход - к выходу источника 12 эталонного сигнала. Второй выход последнего соединен с управляющим входом демодулятора 8, а вход - с выходом задающего генератора 1, счетный вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ 13, два оставшихся входа которого подключены через соответствующие датчики 14 и 15 насыщения к усилителю 6 мощности.

На фиг. 2 а - импульсы задающего генератора 1, поступающие на вход селектора 2; б - импульсы задающего генератора, поступающие на вход селектора 3; в - импульсы двухпозиционного реле 11, поступающие на вход селекторов 2 и 3 при превышении мгновенным значением опорного сигнала величины выходного напряжения на величину, превышающую порог срабатывания двухпозиционного реле; г - импульсы двухпозиционного реле 11, поступающие на вход элемента ИЛИ 13 при превышении выходным напряжением преобразователя мгновенного значения опорного сигнала на величину срабатывания двухпозиционного реле; д и е - импульсы датчиков 14 и 15 насыщения, поступающие на соответствующие входы элемента ИЛИ 13; ж - импульсы элемента ИЛИ 13, поступающие на счетный вход задающего генератора 1; з - импульсы селектора 2, поступающие на вход предварительного усилителя 4; и - импульсы селектора 3, поступающие на вход предварительного усилителя 5; к - форма выходного напряжения источника 12 эталонного сигнала; л - импульсы напряжения на выходе силового трансформатора 7; м - форма выходного напряжения преобразователя.

Преобразователь работает следующим образом.

При пуске задающего генератора 1 в момент времени t₁ (фиг.2) источник 12 эталонного сигнала формирует опорный сигнал заданной формы, например, для получения синусоидального напряжения (фиг. 2к). Выходное напряжение преобразователя поступает на один из входов двухпозиционного реле 11, где выпрямляется и сравнивается с опорным сигналом. В случае превышения мгновенным значением опорного сигнала величины выходного напряжения на величину, превышающую порог срабатывания двухпозиционного реле, последнее перебрасывается и своим выходным сигналом (фиг.2в) открывает селекторы 2 и 3. Импульсы с выходов селекторов 2 и 3 (фиг.2з,и) через предварительные усилители 4 и 5 поступают на вход усилителя 6 мощности, обеспечивая его работу в двухтактном режиме (фиг.2л).

Задающий генератор работает в режиме ждущего мультивибратора (фиг.2а, б), который перебрасывается в другое устойчивое состояние в момент поступления на его счетный вход управляющего импульса с выхода элемента ИЛИ 13 (фиг. 2ж). Это возможно при поступлении на вход элемента ИЛИ сигнала управления от одного из двух датчиков 14 или 15 насыщения (фиг.2д.е), контролирующих момент выхода сердечника силового трансформатора 7 преобразователя в режим одностороннего насыщения, или с выхода двухпозиционного реле 11 (фиг.2г) при превышении выходным напряжением преобразователя мгновенного значения опорного сигнала на величину порога срабатывания двузпозиционного реле. Использование датчиков 9 и 10 насыщения позволяет добиться того, что магнитопровод силового трансформатора 7 работает по полной петле гистерезиса.

При поступлении управляющих сигналов на вход усилителя 6 мощности выходное напряжение преобразователя начинает возрастать, и при превышении им мгновенного значения опорного сигнала на величину порога срабатывания двухпозиционного реле 11 в момент времени t₂ (фиг.2) последнее перебрасывается в другое устойчивое состяние, при котором задающий генератор 1 также перебрасывается в другое устойчивое состояние, а селекторы 2 и 3 запираются. Усилитель мощности запирается. В результате на усилитель мощности воздействуют пачки прямоугольных импульсов. Длительность пачек прямоугольных импульсов и скважность между пачками прямоугольных импульсов задаются величиной порога срабатывания двухпозиционного реле, величиной нагрузки и опорным сигналом, На выходе усилителя 6 мощности формируются двухполярные импульсы (фиг.2л), которые через силовой трансформатор 7 поступают на демодулятор 8.

С помощью источника 12 эталонного сигнала ключи демодулятора 8 управляются таким образом, что полярность выходного напряжения соответствует необходимой. После сглаживания высокочастотных пульсаций фильтром 9 выходное напряжение имеет форму, показанную на фиг.2м. При этом выходной трансформатор, дроссель фильтра и другие реактивные элементы преобразователя имеют параметры, в том числе вес и габариты, определяемые высокой несущей частотой, и не зависят от частоты преобразуемого сигнала.

Таким образом, использование двух датчиков насыщения и элемента ИЛИ позволяет повысить надежность преобразователя благодаря контролю состояния петли гистерезиса силового трансформатора преобразователя и исключению режима глубокого одностороннего насыщения силового трансформатора.