Преобразователь постоянного напряжения в переменное

Очень часто возникает необхо­димость автономного питания по­требителей. Иногда такая необхо­димость появляется, если потреби­тель требует питания с частотой от­личной, чем частота сети (как ниже, так выше частоты сети). На­пример, необходимо уменьшить частоту вращения однофазного двигателя или увеличить, для это­го нужно изменять выходную час­тоту преобразователя. Причем на­пряжение питания потребителя может быть различным. 36 В, 42 В, 127 В, 220 В Питание самого пре­образователя может быть также различным. Это аккумуляторы 12 В, 24 В, сеть с частотой 50 Гц.

Для питания таких потребите­лей и был разработан преобразо­ватель. Схема преобразователя показана на рис. 1. 

Задающий ге­нератор выполнен на микросхеме DA1. Частота его колебаний регу­лируется переменным резистором R2. Включение диода VD1 позво­лило в широких пределах изменять скважность (отношение периода колебаний к длительности импуль­са), причем длительность импуль­са остается постоянной и равной 750 мксек. Это необходимо для того, чтобы силовые ключи не ока­зались открытыми одновременно. Увеличивая R1, это время можно пропорционально увеличивать. На микросхеме DD1.1 выполнен дели­тель частоты на 2. С помощью D- триггера DD1.2 получаем двухфаз­ную импульсную последователь­ность, задержанную относительно исходной, так как тактовый вход DD1.2 питается через инвертор DD2.1. Таким образом, состояние триггера DD1.2 изменяется по спа­ду тактовых импульсов а не фрон­тов, чем и достигается задержка, равная длительности тактового им­пульса. Из прямых и инверсных вы­ходных сигналов триггеров DD1.1 и DD1.2 логические элементы DD2.2, DD2.3 формируют импульсы управ­ления силовыми ключами преобра­зователя. Узлы силовых ключей выполнены по одинаковой схеме. Для раскачки выходных полевых транзисторов использованы тайме­ры DA2, DA3, работающие в режи­ме инвертирующих триггеров Шмитта. Они позволяют получить импульсы тока затвора транзисто­ров с амплитудой до 200 мА, что гарантирует быстрое переключе­ние транзисторов.

Микросхемы DA2, DA4 питают­ся с помощью "бустрепного" спосо­ба питания. Он позволяет не ис­пользовать отдельный источник питания для питания микросхем DA2, DA4. Для развязки "верхнего" и "нижнего" ключей используются оптроны. В качестве силовых клю­чей использованы транзисторы IGBT. Эти транзисторы имеют ма­лое падение напряжения в откры­том состоянии, заметно меньшее, чем в силовом полевом транзисто­ре. Уменьшение этого напряжения приводит к пропорциональному снижению мощности, рассеиваемой транзистором, и повышению общего КПД преобразователя.

Рассмотрим работу силовых це­пей преобразователя. Питается преобразователь от источника по­стоянного тока Е. В каждом конк­ретном случае это может быть ак­кумулятор 12 В, 24 В, 36 В или вып­рямитель сетевого напряжения. Силовые транзисторы выдержива­ют напряжение 600 В. В соответ­ствии с питающим напряжением и выбирают трансформатор напря­жения TV1. Для выходного напря­жения частотой 200 Гц, 400 Гц вы­бирают трансформаторы, которые могут работать на этой частоте. Цепи управления питаются от на­пряжения 12 В. Пусть на выходе логического элемента DD2.2 будет высокий уровень "1". В этом случае светодиод оптрона U1 не светит, на входе DA2 высокий уровень, а на выходе низкий уровень "0". Транзи­стор VT1 закрыт. На выходе инвер­тирующего триггера DA5 также низкий уровень. Транзистор VT4 также закрыт. В это же самое вре­мя на выходе логического элемен­та DD2.3 присутствует низкий уро­вень "0". Это приводит к свечению светодиода оптрона U2, а также к открытию силовых транзисторов VT2, VT3. Ток от источника питания Е проходит через транзисторы VT2, VT3 и первичную обмотку транс­форматора напряжения TV1. Через лоловину периода уровни напряже­ний на выходах логических элемен­тов DD2.2, DD2 3 изменяются на противоположные. Это приводит к закрытию транзисторов VT2, VT3 и открытию VT1, VT4. Ток от источ­ника напряжения Е проходит через транзисторы VT1, VT4 и обмотку трансформатора TV1. Но ток через обмотку TV1 идет в противополож­ном направлении На втооичной обмотке трансформатора получа­ется переменное напряжение тре­буемой частоты. Коэффициент трансформации трансформатора TV1 выбирают в соответствии с пи­тающим напряжением Е и требуе­мым выходным напряжением.

Диоды VD4 .VD7 устанавлива­ются в том случае, когда силовые транзисторы VT1...VT4 не имеют внутреннего диода. Мощность пре­образователя зависит от типа при­мененных силовых транзисторов. Полевые транзисторы, а также IGBT транзисторы можно ставить параллельно для увеличения мощ­ности. Например, полевые транзи­сторы IRFPS37N50A позволяют коммутировать ток 37 А и выдер­живают напряжение между исто­ком и стоком до 1000 В.

Вячеслав Калашник

 Виталий Черников

г. Воронеж