UA44266C2 - Багатоступеневий електронний перетворювач електричної енергії - Google Patents

Abstract

Багатоступеневий перетворювач, який містить зокрема конденсатори (C1, C2..., Cn) для кожної з своїх комірок. Ці конденсатори розраховані на заряд до напруги, яка пропорційна їхньому порядку у перетворювачі. Додатково він містить засоби (VMO1, VM02..., VMOn) оцінки середніх значень напруги на виводах кожного з конденсаторів (C1, C2…, Cn), засоби (VE1, VE2..., VEn) для визначення стосовно кожного з конденсаторів (C1, C2..., Cn) можливого відхилення між визначеною середньою напругою заряду і номінальною середньою напругою заряду цього конденсатора і для вироблення відповідного сигналу відхилення (VEC1, VEC2..., VECn), а також і коректуючі контрольні засоби (ВТ, EC1, EC2…, ECn), які отримують вказані сигнали відхилення і відповідно регулюють принаймні одне тимчасове з'єднання між двома конденсаторами для того, щоб усунути вказане відхилення.

Description

Изобретение относится к многоступенчатому злектронному преобразователю злектрической знергий и может использоваться в промьішленности в источниках питания.

Во французской заявке ЕК2679715А1 описан злектронньїй преобразователь знергии и содержащий его источник питания. Описанньій в настоящей заявке злектронньій преобразователь знергии, приведен на фиг.1. Между источником напряжения ЗЕ и источником тока он содержит, в основном, ряд управляемьмх переключающих ячеек СІ 1, СІ 2, ..., СІ п, содержащих каждая два переключателя Т1, Т; 12, .72;...; ТП, Тп, причем один вьівод каждого из двух переключателей образует часть предшествующей парь! вьіводов, другой же вьівод каждого из переключателей образуеєт часть последующей парь! вьіводов, а последующая пара вьіводов предшествующей ячейки соединена с предшествующей парой вьіводов последующей ячейки, предшествующая же пара вьіводов первой ячейки Сі 1 соединена с указанньім источником тока С (в дальнейшем ИТ), в то время, как пара последующих вьіводов последней ячейки Сі п соединена с указанньім источником напряжения 5Е; кроме того, преобразователь содержит конденсаторь С1, С2,..., Сп в соответствующих ячейках (конденсатор последней ячейки может бьть исключен, если свойства указанного источника напряжения ЗЕ позволяют ему играть ту же роль), подсоединенньїх между двумя вьіводами, образующими последующую пару вьіводов соответствующей ячейки; далее, преобразователь снабжен устройствами управления (не показанньми на фиг.), управляющими номинальной работой преобразователя и воздействующими на переключатели последовательньх ячеек так, что два переключателя любой ячейки всегда находятся в противоположньїх состояниях проводимости (показано на фиг. связью Ісі), т.е. по поступлений управляющих сигналов от указанньїх устройств управления один из переключателей данной ячейки находится последовательно вначале в первом, а затем во втором состояний проводимости в течение циклически повторяющегося периода преобразования, и под воздействием идентичньхх управляющих сигналов, которье, однако, сдвинутьь по времени друг относительно друга на долю указанного периода преобразования, переключатели последовательньх ячеек функционируют таким же образом, но с временньїм сдвигом на указанную долю периода.

Предпочтительно вьібирать указанную долю периода равной величине, обратной количеству п ячеек, т.е. 21/п; такое значение оптимально относительно гармоник, появляющихся на вьїходе, и обеспечиваєт естественньійй баланс напряжений зарядов конденсаторов преобразователя. Можно, однако, вьібирать и другие значения сдвига.

В таком преобразователе в следующих друг за другом конденсаторах С1, С2, ..., Сп, связанньх с указанньіми ячейками, накапливаєтся заряд при среднем напряженийи, равном напряжению МЕ указанного источника напряжения, умноженному на величину, обратную количеству ячеек в преобразователе, и на порядковьїйй номер ячейки, т.е. МЕ/3, 2/Е/3, МЕ при п :- 3, т.е. когда преобразователь имеет всего З ячейки.

Все сказанное, естественно, справедливо и для других значений п г 2.

Термин "многоступенчатьшй злектронньйй преобразователь знергии" (МП) обозначаєт далее преобразователь, соответствующий описанию, приведенному вьіше.

Однако в известном многоступенчатом злектронном преобразователе злектрической знергии условия формирования заряда каждого из конденсаторов не может обеспечить функционирование устройства при отклонений от номинального режима.

Задачей изобретения является создание такого многоступенчатого злектронного преобразователя злектрической знергии, в котором используемье злементь и их компоновка позволяют создать условия формирования заряда каждого из конденсаторов, обеспечивающие функционирование устройства, несмотря на неизбежнье отклонения от номинального режима.

Поставленная задача решаєется тем, что известньій многоступенчатьй злектронньій преобразователь злектрической знергии, содержащем, между источником о напряжения и оисточником отока ряд последовательньїх управляемьх переключающих ячеек, имеющих каждая два переключателя, причем один вьівод каждого из двух переключателей образует часть предшествующей парь! вьіводов, другой же вьвод каждого из переключателей образует часть последующей парь! вьіводов, а последующая пара вьводов предшествующей ячейки соединена с предшествующей парой вьіводов последующей ячейки, предшествующая же пара вьіводов первой ячейки соединена с указанньі!м источником тока, в то время, как пара последующих вьводов последней ячейки соединена с указанньм источником напряжения, конденсаторь! в соответствующих ячейках, конденсатор последней ячейки может бьть исключен, если свойства указанного источника напряжения позволяют источнику играть его роль, подсоединенньїх между двумя вьіводами, образующими последующую пару вьіводов соответствующей ячейки, многоступенчатьй злектронньій преобразователь злектрической знергии снабжен устройствами управления, управляющими номинальной работой преобразователя путем воздействия на переключатели последовательньїх ячеек таким образом, что два переключателя любой ячейки всегда находятся в противоположньїх состояниях проводимости, так что по поступлении управляющих сигналов от указанньїх устройств управления к ячейке один из двух переключателей данной ячейки находится последовательно вначале в первом, а затем во втором состояний проводимости в течение циклически повторяющегося периода, и под воздействием идентичньїх управляющих ячейкой сигналов, которье, однако, сдвинутьї по времени друг относительно друга на долю указанного периода, переключатели последовательньїх ячеек функционируют таким же образом, но с овременньм сдвигом она оуказанную долю периода, при зтом конденсаторь последовательности имеют возрастающие номинальнье напряжения зарядов такие, что номинальное среднееє напряжение на конденсаторе каждой из указанньх ячеек равно произведению напряжения указанного источника напряжения, умноженному на величину, обратную количеству ячеек, и на порядковьй номер ячейки, согласно изобретению, содержит устройства оценки среднего напряжения на каждом из конденсаторов, устройства измерения на каждом из указанньїх конденсаторов любой разности между оценкой среднего напряжения заряда и номинальньм средним напряжением заряда конденсатора и вьїдачи соответствующих разностньїх сигналов, и корректирующие средства управления, принимающие указаннье разностнье сигнальй и в результате управляющие, по меньшей мере, одной временной соединительной цепью между двумя конденсаторами с целью коррекции указанной разности.

Рекомендуется, чтобьії указаннье корректирующие средства управления содержали одну корректирующую схему для каждого конкретного конденсатора преобразователя, причем каждая из указанньїх схем принимала бь один из указанньїх разностньїх сигналов вместе с разрешающим сигналом от генератора тактовьїх импульсов и вьірабатьшала бь в ответ один из двух сигналов управления перезарядом, предназначенньїх для управления связью каждого конкретного из конденсаторов с предшествующей цепью для разряда и с последующей цепью для подзаряда соответственно.

Целесообразно, чтобьі указанная предшествующая цепь содержала непосредственно предшествующий конденсатор.

Предпочтительно, чтобьії указанная последующая цепь содержала непосредственно следующий конденсатор.

Чтобь! рассмотреть более детально, как в номинальньхх условиях изменяєтся заряд на одном из конденсаторов, обратимся к фиг.2, где показана произвольно вьібранная переключающая ячейка СІК вместе с ее переключателями ТК и ТК, конденсатором СК, принадлежащим зтой ячейке, а также последующей ячейкой СІК ї- 1 с ее переключателями ТК ж 1 и ТК ж 1. С учетом соединений между переключателями каждой ячейки, Тки ТК или ТК «и ТК «з 1, пара смежньх ячеек СІК и СІК «з 1, показанная на фиг.2, может иметь 4 состояния: а) первое состояние, при котором ТК и ТК «ж І разомкнутьї, так что заряд конденсатора СК остаеєтся неизменньм;

Б) второе состояние, при котором оба ТК и ТК « І замкнутьі, заряд конденсатора СК также остаєтся неизменньм, так как ТК и Т'"К «І при зтом разомкнуть; с) третье состояние, при котором ТК замкнут, а ТК «т | разомкнут, так что ток ІК от ИТ С, равньй І, протекаєт через ТК, в то время, как ток ГК через ТК равен 0. Состояние ТК я 1 определяетіКкяї! -0,аїк1 - І, вследствиє чего ток ГСК через конденсатор СК равен І; 4) четвертое состояние, при котором ТК разомкнут, а ТК «ж 1 замкнут, такчто ток !К | от ИТ С, равньй |, протекаєт через ТК, в то время, как ток ІК через ТК равен 0. Состояние ТК - 1 определяєт ІК 4-1 - І. агк-1 - 0, вследствиеє чего ток ІсК через конденсатор СК равен І.

Токи ГСК 2 ТК я 1 и ІсК - ІК ї- 1 добавляют зарядьі! противоположньх знаков в конденсаторе СК в третьем и четвертом состояниях; мь! будем назьівать первую ситуацию отрицательной, а вторую положительной.

Источником токов в зтих двух состояниях является ИТ. Если МИТ вьідаеєт постоянньій ток строго вьідерживаеємой величиньі, все остальное остается постоянньім, токи от ИТ во время состояний с) и 4) одинаковь! и протекают в противоположньїх направлениях в течение периодов проводимости ТК и ТК «5 1 (которнье, как уже указьявалось, в номинальном режиме одинаковь! и сдвинуть! по времени). Зто означает, что заряд конденсатора СК меняет свою величину положительно и затем отрицательно на одну и ту же величину, и, таким образом, остается неизменньїм за период преобразователя.

Токи ІСК и ГоК зависят от напряжения источника напряжения, ток от МИТ и напряжения МскК на конденсаторе СК. Иньмми словами, если внутреннее сопротивление ИТ конечно, ток ИТ зависит от напряжения на его вьіїходньїх клеммах и, таким образом, от напряжений МсК на конденсаторах. Например, если по какой-либо причине напряжение МсК окажется вьіше его номинального значения Мехк/п, то зто приведет к увеличению тока разряда ГСК и уменьшению тока заряда ІсК по сравнению с их номинальньми значениями, и, в результате, к возврату заряда конденсатора СК к значению, которое он должен иметь.

Таким образом, можно видеть, что работа МП будет стабильной, несмотря на колебания амплитудь! в обоих направлениях, как от ИТ, так и от источника напряжения. Тем не менее, как пояснено ниже, зто создает проблемь, связаннье с динамикой.

На фиг.3З иллюстрирован пример функционирования МП, показанного на фиг.1 и 2, для случая п - З; для того, чтобьі подать к ИТ С синусоидально модулированное напряжениеє использована широтно- импульсная модуляция, т.е. в течение последовательности периодов рі, р2, р3, ... при работе преобразователя (линия ) переключатели Т1, Т2, и ТЗ один за другим находятся в замкнутом состоянии в течение временньїх промежутков, изменяемьїх с соответствии с волной модуляции вьіходного напряжения, назьваемой далее "ьмодулирующей" волной. В каждьйй момент времени переключатели Т1, Г2, и ТЗ находятся в противоположньїх состояниях. Естественно, иньіе типьї модуляции работь! переключателей таюке позволяют получить такой же результат. Ясно также, что преобразователь можно использовать, чтобьї подать к ИТ С волну любой иной формь! или регулируемое постоянное напряжение.

Рассмотрим вначале работу преобразователя в течение периода рі. Если в течение зтого периода один из переключателей Т1, Т2 и Т3 замкнут, то остальнье два разомкнутьі. Для каждой парьї смежньмх ячеек и конденсатора между ними зто соответствует вьішеописанньм состояниям, с) и а), когда конденсатор получает дополнительнье отрицательньй и затем положительньй зарядь! с результирующим значением, равньм в номинальньхх условиях 0. Следует также отметить, что в то время, как смежнье ячейки СІ и СІ 2 находятся в состояниий 4), смежнье ячейки СІ12 и СІ З находятся в состоянии с), так что конденсатор С1! получает дополнительньій положительньй заряд от того же тока, которьій приносит конденсатору С2 дополнительньй отрицательньй заряд. Фиг.З также дает пример, показьівающий, как МП работает в течение периодов рі, р2, и т.д. в продолжение которьх периодьй проводимости переключателей ТІ, 2, ТЗ становятся короче, а затем длиннее, пока они не превзойдут одну треть периода, вследствиеє чего произойдет их взаймное перекрьтие. Линия МІ показьвваєет значение напряжения, которое в идеальном случає бьло бьі передано ИТ, в частности, в случає, если емкость конденсаторов бьіла бьї такова, что упомянутье дополнительнье зарядьі! незначительно влияли на напряжения, на них.

Напряжение МІ представлено в долях напряжения МЕ источника напряжения ЗЕ, отсчитьіваемого относительно отрицательного вьвода ЗЕ. Легко видеть, что напряжение МІ содержит как основную составляющую на частоте модулирующей волнь, так и низкоамплитуднье гармоники частот вьіше частоть прерьівателя, которне легко удалить с помощью фильтра нижних частот.

Поскольку изменение тока происходит синусоидально, состояния с) и 4), упомянутье вьіше, вьізьїівают неодинаковье изменения заряда конденсаторов преобразователя, так как в течение промежутка времени между двумя состояниями ток успеет измениться. Зтим обстоятельством можно пренебречь, только если рабочий период переключателей значительно превосходит частоту модулирующей волнь!.

Следует также ожидать, что переменньй ток, подаваемьй в ИТ, не будет строго синусоидальньм, но будет иметь искажения несимметричного вида. Аналогично зтому, ошибки уровней управляющих сигналов,

или в генерируемьх ими сигналах, или любье ошибки, приводящие к различию в моментах переключения различньїх переключателей, всегда приводят Кк неравенству продолжительностей проводимости переключателей за рабочий период преобразователя, или вьізьівают временной сдвиг фаз проводимости переключателей, или же приводят к разбалансировке токов заряда и разряда конденсаторов. Вследствиє зтого, вообще говоря, в МП описанного типа нельзя на практике обеспечить вьіполнение функциональньх требований. К сожалению, повторяющаяся ошибка в добавляемом заряде приведет к ошибке в заряде конденсатора (в ту или иную сторону) и, таким образом, к ошибке в среднем значений напряжения на конденсаторе, тем самьм, повьишая уровень искажений на рабочей частоте напряжения, подаваємого преобразователем к источнику тока.

На фиг.3 зто явление проиллюстрировано кривой МТ", подобной кривой МІ, за исключением того, что конденсатор Ст (фиг.1), которьій предполагается заряжаеємьм до напряжения ниже номинального, предотвращаеєет вьїдачу преобразователем импульсов мії, мі2, міз постоянной амплитудьї, вместо которьх преобразователь генерирует импульсь), подобньюе мії, меньшей амплитудьй (масштаб искажен для улучшения представления), делая зто всякий раз, когда конденсатор С1 добавляєт собственное напряжение к напряжению вьідаваємое в ИТ С, а также импульсьі, подобнье мі2, большей амплитудь, делая зто в случаях, когда конденсатор С1 вьічитает свое напряжение из напряжения, подаваемого кит, и, наконец, также импульсьі, подобнье хмі3, неизменяемой амплитудьі), когда конденсатор С1 вьіключен из цепи. Таким образом, легко видеть, что зто добавляет в сигнал М! возмущающую составляющую на указанной частоте преобразователя.

Такая возмущающая составляющая отсутствуєт, когда конденсаторьї получают номинальньй заряд.

Обьчно такая составляющая вредна. Тем не менее, и, прежде всего, переключатели попадают под напряжения, уже не равнье разности номинальньх напряжений на смежньх конденсаторах, т.е. напряжение источника напряжения, деленное на количество ступеней преобразователя. Зто опасно для переключателей.

Конечно, как уже отмечалось ранеєе, ошибки заряда имеют тенденцию к спонтанному поглощению, однако зтот процесс занимает время. Кроме того, зтот спонтанньій процесс происходит с участием ИТ.

Следовательно, он невозможен при отсутствий тока от ИТ и, во всяком случає, протекает медленнее, если ток, протекающий через ИТ, мал. Исходя из указанньїх вьіше особенностей, в изобретениий предложен МП, в котором номинальное среднее значение заряда на каждом конденсаторе можно поддерживать лучше.

Задачей изобретения является создание такого злектронного преобразователя злектрической знергии, в котором используемье злектроннье схемь, обеспечивают поддержание номинального среднего значения заряда на каждом конденсаторе, что улучшаєт работу источника питания.

Поставленная задача решаєтся тем, что многоступенчатьй злектронньй преобразователь злектрической знергии, содержащий, между источником напряжения и оисточником отока ряд последовательньїх управляемьхх переключающих ячеек, имеющих каждая два переключателя, причем один вьівод каждого из двух переключателей образует часть предшествующей парь! вьіводов, другой же вьвод каждого из переключателей образует часть последующей парь вьводов, а последующая пара вьводов предшествующей ячейки соединена с предшествующей парой вьіводов последующей ячейки, предшествующая же пара вьіводов первой ячейки соединена с указанньі!м источником тока, в то время, как пара последующих вьводов последней ячейки соединена с указанньм источником напряжения, конденсаторь! в соответствующих ячейках, конденсатор последней ячейки может бьть исключен, если свойства указанного источника напряжения позволяют источнику играть его роль, подсоединенньїх между двумя вьіводами, образующими последующую пару вьіводов соответствующей ячейки, многоуровневьй злектронньій преобразователь злектрической знергии снабжен устройствами управления, управляющими номинальной работой преобразователя путем воздействия на переключатели последовательньх ячеек таким образом, что два переключателя любой ячейки всегда находятся в противоположньїх состояниях проводимости, так что по поступлении управляющих сигналов от указанньїх устройств управления к ячейке один из двух переключателей данной ячейки находится последовательно вначале в первом, а затем во втором состояний проводимости в течение циклически повторяющегося периода, и под воздействием идентичньїх управляющих ячейкой сигналов, которье, однако, сдвинутьії по времени друг относительно друга на долю указанного периода, переключатели последовательньх ячеек функционируют таким же образом, но с овременньм сдвигом она оуказанную долю периода; при озтом конденсаторь последовательности имеют возрастающие номинальнье напряжения зарядов такие, что номинальное среднееє напряжение на конденсаторе каждой из указанньх ячеек равно произведению напряжения указанного источника напряжения, умноженному на величину, обратную количеству ячеек, и на порядковьй номер ячейки, согласно изобретению, содержит устройства оценки среднего напряжения на каждом из конденсаторов, устройства измерения на каждом из указанньїх конденсаторов любой разности между оценкой среднего напряжения заряда и номинальньм средним напряжением заряда конденсатора и вьїдачи соответствующих разностньїх сигналов, и корректирующие средства управления, принимающие указаннье разностнье сигнальй и в результате управляющие, по меньшей мере, одной временной соединительной цепью между двумя конденсаторами с целью коррекции указанной разности.

Рекомендуется, чтобьії указаннье корректирующие средства управления содержали одну корректирующую схему для каждого конкретного конденсатора преобразователя, причем каждая из указанньїх схем принимаєт один из указанньїх разностньїх сигналов вместе с разрешающим сигналом от генератора тактовьїхх импульсов и вьірабатьваєет в ответ один из двух сигналов управления перезарядом, предназначенньх для управления связью каждого конкретного из конденсаторов с предшествующей цепью для разряда и с последующей цепью для подзаряда соответственно.

Предлагаєтся, чтобьї указанная предшествующая схема цепь непосредственно предшествующий конденсатор.

Целесообразно, чтобьі указанная последующая цепь содержала непосредственно следующий конденсатор.

Наличие, по меньшей мере, одного из указанньїх разностньїх сигналов предпочтительно вьізьівает вьшолнение цикла коррекции, в котором при наличии разрешающих тактовьхх сигналов происходит последовательньй ввод в действие корректирующих схем.

Преимуществом является то, что разность порождаєет разностньій сигнал только тогда, когда она превосходит заранеєе заданньй порог.

В воплощениий амплитуда одного из указанньх разностньх сигналов определяет величину и длительность указанного сигнала коррекции.

В другом варианте указанньй сигнал коррекциийи имеет заранеє заданную длительность, соответствующую порядковому номеру корректируемой схемь!.

Различньюе злементьі и характернье особенности изобретения более иллюстративно изложень! в нижеследующем описаний воплощения на примере (не ограничивающем применимости изобретения), со ссьілками на прилагаемье чертежи, где: фиг.1, описанная вьіше, представляет принципиальную схему известного МП; фиг.2, описанная вьіше, представляеєт принципиальную схему двух смежньїх ступеней МП из фиг.1; фиг.3, описанная вьіше, представляет диаграмму функционирования МП из фиг.1 и 2 для случая, когда

МП имеет З ступени; фиг.4 представляет принципиальную схему устройства управления для МП типа, показанного на фиг.1, 2 и З и скомпонованньх так, чтобь! сделать возможньім воплощение изобретения и фиг.5 представляєт принципиальную схему устройства оценки напряжения на конденсаторе и пригодную для использования в цепях фиг.4.

Повторное описание МП не дано. Схемь из фиг.л1, 2 и З соответствуют преобразователю типа, описанного в документации к патенту ЕК2697715А1, к которому читатель может обратиться за более детальной информацией.

Из злементов фиг.1 на фиг.4 показань! только конденсаторь С1, С2, ..., Сп. В изобретении каждьй из зтих конденсаторов связан с цепями оценки ММО1, ММО2, ..., ММОп, определяющими оценку среднего напряжения на каждом из конденсаторов. Со стороньі конденсаторов каждая схема оценки подсоединена к вьіводам соответствующего конденсатора. Она вьрабатьшваєт сигналььй оценки МО1, МО2, ..., МОП, представляющие средние значения напряжения на конденсаторах.

Как можно видеть из фиг.5, схема оценки содержит входнье резисторь рік и рік2, последовательно подсоединеннье к вьіводам конденсатора, с которьїх определенная часть напряжения конденсатора поступаєт к аналого-дифровому преобразователю (АЦП), которьій при поступлениий очередного импульса їкп вьідает цифровое значение напряжения к усредняющей схеме 5СК, вніходной сигнал которой один раз за цикл преобразователя поступаєт к схеме стробирования РУК, запускаемой сигналом сдкК. Сигналь їК и ак поступают от генератор тактовьїх импульсов ВТ (фиг.4), и их положения во времени внутри рабочего периода преобразователя таковьї, что после т измерений напряжения в пределах рабочего периода преобразователя и вьчисления среднего значения результатов указанньхх измерений полученное значение среднего напряжения заряда один раз за рабочий период преобразователя может бьїть снято с вьіхода МОК схемь! 5СК в момент, найболее удобньй для определения возможньх ошибок заряда конденсаторов, как зто пояснено ниже.

В изобретений каждьй из зтих конденсаторов связан также с цепями измерения разности МЕТ, МЕ2, ...,

Меп, предназначенньми для измерения любой разности, которая может возникнуть между средним значением напряжения заряда, получаемьм от соответствующей схемь! оценки, и номинальньм средним значением напряжения на конденсаторе. Схема измерения разности сама вьічисляет номинальное среднее напряжение на конденсаторе как долю 1/п напряжения МЕ источника напряжения ЗЕ (п - количество ступеней в преобразователе), умноженную на ранг Е ступени. Таким образом, схема получает значения МЕ и ЕК, величина же п, постоянная для данного преобразователя, введена в цепь схемно (величина КЕ, будучи константой для каждой ступени, может бьіть введена схемно аналогичньім образом).

Схема формирует из зтих величин номинальное среднеє напряжение заряда МЕХК/п и сравниваєт его с оценкой среднего напряжения заряда, чтобьі вьідать разностньй сигнал МЕС1, МЕС2, ..., МЕСсп, представляющий разность между зтими двумя напряжениями. В другом варианте, однако, разностньй сигнал может представлять собой простой двухбитовьїй логический сигнал, указьівающий лишь на наличие разности и ее знак. По причинам, разьясняемь'м далее, целесообразно формировать разностньй сигнал только тогда, когда разность зарядов конденсатора превосходит определенное пороговое значение, которое может бьіть задано схемно в цепи измерения разности.

Устройства контроля на фиг.4 содержат также управляющие модули МС1, МС2,...,, МСп. Зти управляющие модули срабатьвают в ответ на сигнал 54, виідаваемьй схемой формирования импульсов в каждом периоде, такой, например, как рі (фиг.3), и вьідают запускающиєе сигналь! 5а1, заг, ..., вап, сдвинутье друг относительно друга на часть периода, задаваемую злементами задержки К2, КЗ, ..., Кп, управляя, таким образом, переключающими ячейками со сдвигом. Важной функцией управляющих модулей МС1, МС2, ..., МСп является виіработка управляющего импульса, которьй приводит сигналь СТ,

СТ2, ..., Сп к их активному уровню на номинальньй промежуток времени, определяемьй величиной МЕ напряжения источника напряжения и величиной М модулирующего сигнала.

Каждьй из отих импульсов, управляющих активньм уровнем, поступаєт непосредственно к соответствующему переключателю Т1, 72, ...., "п, устанавливая его в разомкнутое состояние, а также к соответствующей схеме стробирования ре, рег, ..., реп, которая затем задает противоположньій или "неактивньій" уровень соответствующему переключателю ТІ, Т2, ..., Тп, устанавливая его в замкнутое состояние, независимо от уровней на других входах схемь стробирования. Состояния указанньїх переключателей показань! на фиг.3 (0 - разомкнут, 1 - замкнут).

Разностнье сигнальй должнь! воздействовать на корректирующую схему управления, генератор тактовьїх импульсов ВТ и схемь коррекциий ЕС1, ЕС2, ..., Есп, каждая из которьїх связана с соответствующим конденсатором преобразователя и которая принимаєт указаннье разностньсе сигналь! и соответствующим образом управляет, по меньшей мере, одной временной соединительной цепью между двумя конденсаторами, устраняя зтим указанную разность.

В данном случає каждая из зтих цепей получает разностньійй сигнал МЕС1, МЕС2, ..., МЕСп вместе с разрешающим сигналом ме от схемьї формирования импульсов и вьідаєт в ответ один из двух сигналов управления перезарядом СК1, СЕ; СВ2, СА; ...; Ст, Селі, один из которьіїх должен обеспечить соединение данного конденсатора С1, С2, ... Сп с предшествующей цепью для ее разряда, а второй обеспечивает соединение конденсатора с последующей цепью для ее перезаряда.

Для примера рассмотрим конденсатор С1. Соответствующая схема коррекции, если она активизирована (как зто происходит, обьяснено ниже) и получила сигнал ошибки (представляющий ошибку, превосходящую заданное пороговое значение), вьідает сигналь! управления перезарядом СЕ, если заряд конденсатора слишком велик, или СК, если заряд слишком мал.

Если принять, что в исходном состоянии заряд конденсатора С1 слишком велик, сигнал активного состояния СК! создаєт на вьїходе схемь! стробирования ре! сигнал неактивного состояния, которьй приводит переключатель Т1 в проводящее состояние. Легко видеть (фиг.1), что, поскольку переключатель

Т" также замкнут (так как сигнал СТ1 имеет активньй уровень, в частности по причине отсутствия какого- либо сигнала за), конденсатор С1 будет замкнут накоротко через ключи Т1 и Т2. Так как зта схема короткого замькания включаєт провода, всегда ообладающие индуктивностью, то, учитьвая кратковременность сигнала управления перезарядом С1 (несколько мкс), можно добиться калиброванного уменьшения заряда конденсатора. Можно обеспечить связь между его длительностью и амплитудой сигнала ошибки, если сигнал ошибки действительно представляет ее величину. При таких условиях необходимо учитьмшвать ток І, протекающий через источник тока и складьвающийся с током разряда конденсатора С1. В более просто реализуемом варианте, возможно, также обеспечить постоянство и малую величину зтой продолжительности; в зтом случає коррекция заряда конденсатора происходит в несколько шагов. В зтом случає шаги достаточно маль! для того, чтобь! после последнего шага коррекции остаточная ошибка заряда бьіла меньше указанного заданного порогового значения.

Если теперь вместо конденсатора С1 рассмотреть конденсатор С2, то процессь! будут такими же, причем сигнал управления перезарядом будет непосредственно подсоединять конденсатор С2 к конденсатору С1 через переключатели 12 и 12. Разность между напряжениями двух конденсаторов равна заряду (имеется в виду напряжение - прим. переводчика) конденсатора С1. Таким образом, вначале имеет место короткое замьікание такого же характера. Тем не менее, при передаче заряда от конденсатора С2 к конденсатору СТІ, напряжение на конденсаторе С1 растет, ограничивая переход заряда от С2 к С1.

Продолжительность передачи заряда должна бьть, следовательно, увеличена (примерно вдвое, предполагая, что разность напряжений меньше напряжения на конденсаторах). Кроме того, заряд, передаваемьй конденсатору С1, является для него избьіточнь!м и вьізовет появление ошибки напряжения заряда, которая будет скорректирована так, как описано вьіше. Ток І источника тока также будет оказьівать действие, описанноеє вьіше. То же самое относится ко всем ступеням преобразователя.

Теперь рассмотрим случай, когда конденсатор С1 заряжен недостаточно, так что сигнал управления перезарядом СЕ" воздействует на схему стробирования рег, которая устанавливаєт неактивное состояние, вьізьівая замькание переключателя Т2. Таким образом, сигнал СК" управления перезарядом вьїізьівает непосредственное присоединение конденсатора С1 к конденсатору С2, так что заряд переходит от конденсатора С2 к конденсатору С1, так, как описано вьише. Тем не менееє, зта коррекция заряда конденсатора С1 одновременно вьізьіваеєт появление ошибки заряда конденсатора С2; зта ошибка будет после зтого скорректирована, как зто описано вьіше, и т.д.

Схема ЕСп показана, но так как переключателей Тп я 1, Тп ж 1 нет, вьіход СКп' отсутствует.

Для обеспечения номинального функционирования схем окоррекции в воплощениий на фиг.4 предусмотрено наличие по меньшей мере одного из указанньїх разностньїх сигналов МЕС1, МЕС, ...,

МЕСп, обнаруживаємого схемой ЕТЕ типа "ИЛИ" и воздействующего на генератор тактовьїх импульсов ВТ, в результате чего он генерируєт цикл коррекции, вьшполняющийся между двумя периодами преобразователя. В течение цикла коррекции схема генерации импульсов вьрабатьваєт сигнал ме, которьй непосредственно порождаєт сигнал меї, запускающий схема коррекции ЕС1тІ, а затем вьірабатьюшвает сигналь! ме2, ..., меп, последовательно запускающие схемь коррекции ЕсС2,..., Есп, используя каскад цепей задержки 12.,..., Тп.

Таким образом, при обнаруженийи разности, а обьічно происходит обнаружение только одной из них, происходит вьшшолнение цикла коррекции. Если его вьіполнениеєе приводит к возникновению ошибки в смежном конденсаторе преобразователя, происходит вьполнениеєе еще одного цикла коррекции; целесообразно обеспечить минимальную паузу между зтими циклами путем необходимой организации работь! схемь! генерации импульсов. Сдвигая во времени операции коррекции для каждого последующего конденсатора, можно добиться коррекции нескольких одновременно обнаруженньіїх разностей в одном цикле.

Приведенное описание соответствует конкретному примеру, не ограничивающему применимости изобретения, и численнье параметрь могут бьіть иньіми для других воплощений. Изобретение может бьіть таюке применено в источниках питания, в которьїх использован описанньй вьше преобразователь.

Аналогичньм образом описание относится к случаю, когда источник напряжения виьрабатьвает положительное напряжение относительно зталона или земли, причем зарядь! конденсаторов смещень! в том же направлений, а ток протекаєт от положительного вьівода источника напряжения к источнику тока.

Очевидно, что квалифицированньй специалист сможет приспособить изобретение к случаю, когда полярности различнь.

ФИГ. І сі с12 си

МЕ Тов Ще Щі,

ЗД АН іє Ме - ія 1ито І й

Ї ФИГ, є ска сік

ІК ІК тяг | рек рт що -оК тету | те Т

Пе Ії

ФИГ. З

Р в р жання Шин ШИ ИН Еш ВІДНЯ ВИЩ ПИ онов

І. "По, Іо 0 1 "пп, 17 0- 1

ІК! 0 0 о - : 0

МЕ

2ІЗМЕ

МІ ИЙ мій, мі3 1/3УЕ

Ге

ХЕ

2/зчЕ -к

У мі мі3! 1/зхЕ чі!

НІ!

Фиг. 4 і пЯя миши й й умо й умо? й УМО ші ші

Оп у? у чі

Шо ЕТЕ

МЕСл УС? ЕС -А--

Мсл мг Ме

М М М ся»

ЩА 547 5 прог т

НААН:

В

НА й й сеть

Есе з щ 2 те реп У ре? У ре! У сеЯ Кста ста. ст? спі ст

То Тв 2 го ПОТИ

ФИГ,. 5 рік! УМОк /Сїк їк дк

РУК ок рік? ск -ЄСАНК

Claims (4)

1. Многоступенчатьй злектронньйй преобразователь злектрической знергии, содержащий между источником напряжения и источником тока ряд последовательньїх управляемьїх переключающих ячеек, имеющих каждая два переключателя, причем один вьівод каждого из двух переключателей образует часть предшествующей парь! вьводов, другой же вьвод каждого из переключателей образует часть последующей парь! вьводов, а последующая пара вьводов предшествующей ячейки соединена с предшествующей парой вьводов последующей ячейки, предшествующая же пара вьіводов первой ячейки соединена с указанньм источником тока, в то время, как пара последующих вьіводов последней ячейки соединена с указанньм источником напряжения, конденсаторь! в соответствующих ячейках, конденсатор последней ячейки может бьїть исключен, если свойства указанного источника напряжения позволяют источнику играть его роль, подсоединенньїх между двумя вьводами, образующими последующую пару вьводов соответствующей ячейки, многоступенчатьй злектронньй преобразователь злектрической знергиий снабжен устройствами управления, управляющими номинальной работой преобразователя путем воздействия на переключатели последовательньхх ячеек таким образом, что два переключателя любой ячейки всегда находятся в противоположньїх состояниях проводимости, так что по поступлений управляющих сигналов от указанньїх устройств управления к ячейке один из двух переключателей данной ячейки находится последовательно вначале в первом, а затем во втором состояний проводимости в течениеє циклически повторяющегося периода, и под воздействием идентичньїх управляющих ячейкой сигналов, которне, однако, сдвинуть! по времени друг относительно друга на долю указанного периода, переключатели последовательньх ячеек функционируют таким же образом, но с временньм сдвигом на указанную долю периода, при зтом конденсаторьї последовательности имеют возрастающие номинальнье напряжения зарядов такие, что номинальное среднееє напряжение на конденсаторе каждой из указанньїх ячеек равно произведению напряжения указанного источника напряжения, умноженному на величину, обратную количеству ячеек, и на порядковьй номер ячейки, отличающийся тем, что содержит устройства оценки среднего напряжения на каждом из конденсаторов, устройства измерения на каждом из указанньїх конденсаторов любой разности между оценкой среднего напряжения заряда и номинальньм средним напряжением заряда конденсатора и вьідачи соответствующих разностньїх сигналов, и корректирующие средства управления, принимающие указанньсе разностньсе сигналь и в результате управляющие, по меньшей мере, одной временной соединительной цепью между двумя конденсаторами с целью коррекции указанной разности.

2. Многоступенчатьй злектронньій преобразователь злектрической знергии по п. 1, отличающийся тем, что указаннье корректирующие средства управления содержат одну корректирующую схему для каждого конкретного конденсатора преобразователя, причем каждая из указанньїх схем принимаєт один из указанньх разностньїх сигналов вместе с разрешающим сигналом от генератора тактовьїх импульсов и вьірабатьваєт в ответ один из двух сигналов управления перезарядом, предназначенньх для управления связью каждого конкретного из конденсаторов с предшествующей цепью для разряда и с последующей цепью для подзаряда соответственно.

З. Многоступенчатьй злектронньійй преобразователь злектрической знергии по п. 2, отличающийся тем, что указанная предшествующая цепь содержит непосредственно предшествующий конденсатор.

4. Многоступенчатьй злектронньій преобразователь злектрической знергии по п. 2, отличающийся тем, что указанная последующая цепь содержит непосредственно следующий конденсатор.