АВТОНОМНЫЙ БЕСТРАНСФОРМАТОРНЫЙ ГЕНЕРАТОР ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Автономный безтрансформаторный генератор переменного напряжения.
Полезная модель относится к области радиоэлектронной техники и может быть использована в качестве автономного генератора синусоидальных колебаний.
Известен источник асимметричного синусоидального тока либо напряжения (см., патент RU 69350 МПК Н02М 09/00, Н02М 09/06, публикация от 10.12.2007), содержащий четыре диода, два транзистора, управляющие входы которых связаны с системой управления, трансформатор, первичная обмотка которого является входом, а две вторичные обмотки, имеющие средние точки, соединены между собой и с первыми выводами первой и второй нагрузки соответственно; при этом конец первой вторичной обмотки соединен с катодом первого диода, анод которого соединен с другим выводом первой нагрузки, а конец второй вторичной обмотки соединен с коллектором первого транзистора, эмиттер которого соединен с анодом третьего диода; начало первой вторичной обмотки соединено с катодом второго диода, анод которого соединен с другим выводом второй нагрузки, а начало второй вторичной обмотки соединено с коллектором второго транзистора, эмиттер которого соединен с анодом четвертого диода, отличающийся тем, что дополнительно введены два дросселя, третий и четвертый транзисторы, управляющие входы которых связаны с соответствующими выводами системы управления и пятый, шестой диоды; при этом катод пятого диода соединен с катодом третьего диода и с одним из выводов первого дросселя, второй вывод которой соединен со вторым выводом первой нагрузки и анодом первого диода; а катод шестого диода соединен с катодом четвертого диода и с одним из выводов второго дросселя, второй вывод которой соединен с вторым выводом второй нагрузки и анодом второго диода; при этом анод пятого диода соединен с эмиттером третьего транзистора, а анод шестого диода соединен с эмиттером четвертого транзистора, коллектор которого соединен с коллектором третьего транзистора со средними точками первой и второй вторичных обмоток трансформатора, а также с первыми выводами первой и второй нагрузок; кроме того, система управления имеет пятый и шестой выводы, при этом пятый вывод связан с входом сети, а шестой вывод является управляющим.
Кроме того, система управления содержит генератор пилообразного напряжения, компаратор, генератор прямоугольных импульсов, два логических инвертора, четыре логических элемента "И", при этом выход генератора пилообразного напряжения соединен с инверсным входом компаратора, прямой вход которого является входом системы управления, на который подается управляющее напряжение; выход компаратора соединен с входом первого логического инвертора и первыми входами третьего и четвертого логических элементов "И"; выход первого логического инвертора соединен с первым входами первого и второго логических элементов "И"; вход генератора прямоугольных импульсов является синхронизирующим входом системы управления, на который подается входное синусоидальное напряжение, а выход генератора прямоугольных импульсов соединен с входом второго логического инвертора и со вторыми входами второго и четвертого логических элементов "И"; выход второго логического инвертора соединен со вторыми входами первого и третьего логических элементов "И", при этом выходы всех логических элементов "И" являются выходами системы управления и соединены соответственно с управляющими входами транзисторов.
Известен генератор (см., У. Титце, К. Шенк, Полупроводниковая электроника, 1982, Москва, Мир, стр.297), содержащий трансформатор, первичная и вторичная обмотки которого имеют отводы от средних точек, первый и второй транзисторы, эмиттеры которых заземлены, первый и второй резисторы, конденсатор, выводы которого подключены к крайним выводам первичной обмотки трансформатора, и цепь смещения, выход которой подключен к средней точке вторичной обмотки трансформатора, коллекторы первого и второго транзисторов соединены с крайними выводами первичной обмотки трансформатора непосредственно, а их базы с крайними выводами вторичной обмотки соответственно через первый и второй резисторы, средняя точка первичной обмотки трансформатора подключена к источнику питания.
1
1
3
1
2
3
2
3
1
1
Известен генератор (см., Юный техник, 1974, №1, Для умелых рук), содержащий колебательный контур образованный катушкой L и конденсатором C, генератор релаксационных колебаний на тиратроне МТХ-90, причем управляющий электрод тиратрона соединен с катодом, осуществляя работу как диод, для обеспечения прерывистого зажигания тиратрона, кроме того, параллельно ему включен конденсатор С, заряжаемый через резисторы R и R довольно медленно, а разряжается через тиратрон быстро, вместе с конденсатором С заряжается и разряжается конденсатор C, включенный параллельно С через колебательный контур LC.
В основу его работы которого, положен принцип ударного возбуждения колебаний в резонансном контуре.
1
2
3
4
5
Известно устройство с малыми искажениям (см., Радио, 1983, №7), содержащее RC-генератор с мостом Вина, образованного диодами V, V, V, V, и с включенным в диагональ коммутирующего моста стабилитрона V.
Известен генератор синусоидального напряжения (см., патент RU №18466, МПК Н03В 05/00, публикация от 20.06.2001), содержащий последовательно соединенные входную цепь, полосовой фильтр, операционный усилитель, выпрямитель, фильтр нижних частот, пороговый элемент, диод, подключенный к средней точке последовательно соединенных резисторов, включенных между входным устройством и полосовым фильтром.
Недостатком этого устройства является низкая частота выходного сигнала из-за ограниченных частотных свойств операционных усилителей.
Известен генератор (см., И.Л.Каганов, 1968, Промышленная электроника, Москва, Высшая школа, стр.214, рис.3.6), содержащий транзистор, катушку индуктивности, конденсаторы, соединенные определенным образом.
Недостатком этого устройства является значительная зависимость установившихся колебаний от параметров колебательного контура и транзистора.
Техническим результатом, обеспечиваемым полезной моделью является создание дешевого и более надежного генератора переменного напряжения.
Технический результатом, достигается тем, что в автономный безтрансформаторный генератор переменного напряжения, состоящий из блока управления и индикации связанного шиной связи с микроконтроллером, выходы которого подключены соответственно к ключам матрицы переключаемых аккумуляторов и блоку зарядного устройства, связанного с источником зарядки, причем выход блока зарядного устройства подключен через переключатели зарядки к соответствующим входам матрицы переключаемых аккумуляторов соединенной с устройством нагрузки через выходные переключатели.
Матрица переключаемых аккумуляторов выполнена из последовательно соединенных аккумуляторов подключенных к соответствующим выходам переключателей зарядки, причем первый и второй ряды ключей матрицы попарно последовательно соединены между собой, входы первого ряда ключей объединены и связаны с входом первого выходного переключателя, выходы второго ряда ключей объединены и связаны с входом второго выходного переключателя, кроме того, средняя точка, каждого попарно соединенных ключей первого и второго рядов, связана к соответствующим выводом последовательно соединенных аккумуляторов.
Сущностью технического решения является то, что предлагается создание дешевого и более надежного генератора переменного напряжения, при отказе от использования трансформатора, что позволяет устранить главное препятствие при создании компактных и одновременно мощных источников - ограничение по току из-за насыщения магнитопровода трансформатора.
Сравнение предлагаемого решения с известными техническими решениями показывает, что оно обладает новой совокупностью существенных признаков, которые совместно с известными признаками позволяют успешно реализовать поставленную цель.
Сущность полезной модели поясняется чертежом.
Генератор содержит:
1 - матрица переключаемых аккумуляторов;
2 - устройство нагрузки (разъем для подключения полезной нагрузки);
3 - микроконтроллер;
4 - блок зарядного устройства;
5 - источник зарядки (разъем для подключения источника зарядного напряжения);
6 - блок управления и индикации;
out1
out2
K, K - первые и вторые выходные переключатели;
1m
2m
K, K - первые и вторые ключи;
charge1
charge2
K K - первые и вторые переключатели зарядки;
1
m
E…Е - аккумуляторы;
Генератор работает следующим образом:
n
1m
2m
1m,
2m
Основой генератора является матрица переключаемых аккумуляторов 1. Матрица 1 состоит из набора однотипных последовательно соединенных аккумуляторов Е и твердотельных реле - ключей K, K. Работой ключей K K управляет микроконтроллер 3.
n
n
n
n
n
n
1m
2m
n
В матрице аккумуляторов 1 могут быть использованы аккумуляторы Е любого типа, однако в настоящее время наиболее актуальным видится применение литий-ионных аккумуляторов Е. В зависимости от программы микроконтроллера 3 и количества применяемых аккумуляторов Е в матрице 1, генератор может формировать цифровое переменное напряжение любой формы с заданной точностью. Технически, наиболее востребованной является синусоида. Количество необходимых аккумуляторов Е в матрице 1 определяется исходя из максимального мгновенного значения переменного напряжения, которое должен вырабатывать генератор. Уровень квантования соответствует напряжению единичного аккумулятора Е в матрице 1, количество уровней квантования равно удвоенному количеству аккумуляторов Ев матрице. Период дискретизации, как правило, выбирается так, чтобы отношение периода сигнала к периоду дискретизации было не менее количества уровней квантования. В процессе работы генератора, микроконтроллер 3 вычисляет мгновенное значение напряжения и, в зависимости от вычисленного значения, при помощи ключей K и К подключает к устройству нагрузки 2 требуемое количество аккумуляторов Е с заданной полярностью.
В частности, для генерации напряжения синусоидальной формы расчет ведется по формуле х(nT)-[m*sin(ωТn)],
где n=1, 2, 3… - номер отсчета;
Т - период дискретизации;
ω - угловая частота генерируемого напряжения;
m - суммарное количество аккумуляторов в матрице;
х (nT) - количество подключаемых в данный момент времени к нагрузке аккумуляторов, отрицательная величина означает обратную полярность подключения;
out1
out2
charge1
charge2
Для зарядки матрицы аккумуляторов 1 используется блок зарядного устройства 4. Блок зарядного устройства включает в себя специализированный контроллер, обеспечивающий корректный заряд аккумуляторов En используемого типа. При обнаружении зарядного напряжения на разъеме 5, микроконтроллер 3 отключает полезную нагрузку, размыкая переключатели K и K и подключает блок зарядного устройства, замыкая переключатели K и K.
Панель управления и индикации 6 содержит жидко-кристаллический индикатор, отображающий степень заряда матрицы аккумуляторов 1 и кнопку включения генератора.
Техническо-экономическим эффектом полезной модели является создание легкого, компактного и мощного автономного генератора переменного напряжения.