Однофазный преобразователь постоянного напряжения

Полезная модель относится к области силовой электроники и может быть использована для проектирования источников питания с трех ступенчатой аппроксимирующей синусоиду формой выходного напряжения.

Задачей настоящей полезной модели является обеспечение выходного напряжения близкого к синусоидальному независимо от величины и характера нагрузки.

Однофазный преобразователь постоянного напряжения содержит мостовой инвертор напряжения, к входу которого подключены два последовательно соединенных источника питания, к каждому из которых последовательно подключен транзистор. Каждый из последовательно подключенных к источнику питания транзисторов шунтирован обратным диодом, при этом параллельно каждой цепи, содержащей источник питания и транзистор с обратным диодом, подключено по шунтированному обратным диодом транзистору в проводящем по отношению к источникам питания направлении. 1 н.п.ф., 3 ил.

Полезная модель относится к области силовой электроники и может быть использована для проектирования источников питания с 3-х ступенчатой аппроксимирующей синусоиду формой выходного напряжения.

Известен однофазный преобразователь постоянного напряжения (А.с. СССР 944025, МПК: Н02М 7/48), содержащий 3 источника питания, выходной трансформатор с отпайками на первичной стороне и 5 ключей переменного тока.

Недостатком данного преобразователя является то, что он может работать только на активную нагрузку.

Известен также однофазный автономный инвертор напряжения (АИН) (Тонкаль, В.Е. Синтез автономных инверторов модуляционного типа. - Киев: Наукова думка, 1979. С.5-125), выполненный на основе однофазного инверторного моста с тремя источниками питания, имеющими общие выводы.

Недостатком данного устройства являются большие аппаратные затраты.

Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является однофазный преобразователь постоянного напряжения в переменное трехступенчатое квазисинусоидальное (Свидетельство на полезную модель 15822, МПК: Н02М 7/48). Данный преобразователь содержит мостовой инвертор напряжения, к входу которого подключены два последовательно соединенные между собой источника питания, в цепь каждого из которых введено по транзистору, соединенному последовательно с источником питания, и диоду, подключенному параллельно в непроводящем направлении к цепи, содержащей источник питания и транзистор. При этом ветвь из последовательно соединенных диодов шунтирована конденсатором.

Недостатком данного устройства являются необходимость установки конденсатора параллельно входу инверторного моста для обеспечения возможности работы на активно-индуктивную нагрузку. При этом величина емкости конденсатора определяет диапазон изменения коэффициента мощности нагрузки, при котором практически не происходит искажение формы выходного напряжения АИН. Этот диапазон достаточно узок и фактически классическая 3-х ступенчатая форма выходного напряжения имеет место только при активной нагрузке.

Задачей настоящей полезной модели является обеспечение выходного напряжения близкого к синусоидальному независимо от величины и характера нагрузки.

Поставленная задача решается тем, что в однофазном преобразователе постоянного напряжения, содержащем мостовой инвертор напряжения, к входу которого подключены два последовательно соединенных источника питания, к каждому из которых последовательно подключен транзистор, согласно предлагаемому техническому решению, каждый из последовательно подключенных к источнику питания транзисторов шунтирован обратным диодом, при этом параллельно каждой цепи, содержащей источник питания и транзистор с обратным диодом, подключено по шунтированному обратным диодом транзистору в проводящем по отношению к источникам питания направлении.

Полезная модель поясняется чертежами и временными диаграммами, где на фиг.1 представлена схема заявленного устройства, на фиг.2 - временная диаграмма управления транзисторами, на фиг.3 - зависимость выходного напряжения от значений амплитуд напряжения источников питания и углов управления транзисторами мостового инвертора.

Однофазный преобразователь постоянного напряжения включает мостовой инвертор И, содержащий транзисторы 1-4, шунтированные обратными диодами 5-8, включенные по мостовой схеме. Выход моста соединен с нагрузкой 9, а вход моста подключен к двум последовательно соединенным между собой источникам питания 10 и 11. В цепь каждого источника введено в проводящем направлении по транзистору 12, 13 с параллельно подключенными к ним обратными диодами 14, 15. К цепи, содержащей последовательно соединенные источник питания 10 и транзистор 12 с обратным диодом 14, подключен параллельно транзистор 16, шунтированный обратным диодом 17, а к цепи, включающей источник питания 11 и транзистор 13 с обратным диодом 15, подключен параллельно транзистор 18 с обратным диодом 19. При этом транзисторы 16 и 18 оказываются подключенными в проводящем направлении по отношению к шинам питания инверторного моста.

Работу предлагаемого устройства поясняет временная диаграмма управления транзисторами (фиг.2).

Продолжительность включенного состояния каждого из транзисторов 1-4 инверторного моста равна 160°, поэтому на каждом периоде выходного напряжения (фиг.3) образуется нулевая полка длительностью 20°. Напряжения источников питания 10 и 11 составляют соответственно 30% и 60% от амплитудного значения напряжения на нагрузке 9.

Первая ступень напряжения на выходе инверторного моста формируется источником 10 путем включения транзистора 12 в интервалах углов 10°-30°, 150°-170°, 190°-210°, 330°-350° на периоде выходного напряжения АИН. В это время транзистор 13 включен, и питание моста осуществляется только от источника 10 по цепи, включающей транзистор 12 и диод 19.

Вторая ступень выходного напряжения формируется источником 11 включением транзистора 13 в интервалах углов 30°-50°, 130°-150°, 210°-230°, 310°-330°. В этих интервалах транзистор 12 первой ступени выключен, и питание инверторного моста осуществляется по цепи, содержащей диод 17, источник 11 и транзистор 13.

Третья ступень формируется на интервалах углов 50°-130° и 230°-310° на периоде выходного напряжения включением одновременно транзисторов 12 и 13. Питание инверторного моста осуществляется в этом интервале по цепи, содержащей последовательно включенные источники 10 и 11 и транзисторы 12 и 13.

Возможность работы на активно-индуктивную нагрузку обеспечивают транзисторы 16 и 18, создающие пути для протекания отстающих токов нагрузки. Эти токи проявляются на спадающих участках кривой выходного напряжения. Поэтому, как только заканчивается третья ступень напряжения (углы 130° и 310°), отпирается транзистор 16 и осуществляется возврат реактивной составляющей мощности нагрузки 9 в источник 11 второй ступени по цепи: плюсовая шина питания АИН, диод 15, транзистор 16, минусовая шина питания инверторного моста. На углах 150° и 330° заканчивается вторая ступень напряжения на нагрузке и отстающий ток нагрузки должен теперь проходить через источник первой ступени. Поэтому в моменты, соответствующие углам управления 150° и 330°, выключается транзистор 16 и включается транзистор 18. Реактивный ток нагрузки будет теперь протекать по цепи: плюсовая шина питания инверторного моста, транзистор 18, диод 14, источник 10, минусовая шина питания АИН.

В интервалах (170°-190°) и (350°-370°), когда транзисторы 1-4 инверторного моста выключены, канал протекания отстающих токов нагрузки создается одновременным включением транзисторов 16 и 18. В результате ток нагрузки протекает в короткозамкнутой цепи: нагрузка 9, плюсовая шина инвертора, транзисторы 18 и 16, минусовая шина АИН, нагрузка 9. Транзистор 18 остается открытым и в следующих интервалах (190°-210°) и (10°-30°), после чего включается транзистор 16 на интервалах (210°-230°) и (30°-50°), что создает условия для дальнейшего протекания отстающих токов нагрузки.

При указанных углах управления транзисторами и соотношении напряжения источников питания 1:2 формируется 3-х ступенчатая кривая напряжения на нагрузке с минимальным коэффициентом гармоник Кг=11,5 и гармоническим составом, приведенным в табл.1.

Таблица 1
гармоники	3	5	7	9	11	13	15	17	19	21	23	25	27	29	31	33
%от основной гармоники
0	0,3	2,7	0	1,7	1,8	0	5,9	5,3	0	1	0,8	0	0,6	0,7	0

Таким образом, коэффициент гармоник остается неизменным при любом коэффициенте мощности нагрузки от 0 до 1.

Однофазный преобразователь постоянного напряжения, содержащий мостовой инвертор напряжения, к входу которого подключены два последовательно соединенных источника питания, к каждому из которых последовательно подключен транзистор, отличающийся тем, что каждый из последовательно подключенных к источнику питания транзисторов шунтирован обратным диодом, при этом параллельно каждой цепи, содержащей источник питания и транзистор с обратным диодом, подключено по шунтированному обратным диодом транзистору в проводящем по отношению к источникам питания направлении.