Устройство преобразования мощности с резонансной нагрузкой и способ работы такого устройства с разделением по времени
POWER WITH RESONANT LOAD CONVERSION DEVICE AND SUCH DEVICE OPERATION METHOD WITH SEPARATION BY TIME

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0001] Настоящее изобретение относится к устройству преобразования мощности с резонансной нагрузкой, которое подает сигнал напряжения прямоугольной формы на резонансную нагрузку, такую как схема индукционного нагрева.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] На фиг. 7 показана конфигурация схемы устройства преобразования мощности с резонансной нагрузкой (устройство преобразования AC-DC (переменного тока в постоянный)), соединенное с резонансной нагрузкой. На фиг. 7 показано, что устройство 10 преобразования AC-DC содержит однофазный инвертор, вход которого соединен с источником 11 постоянного тока, а выход - с резонансной нагрузкой 12, такой как схема индукционного нагрева. В результате двухпозиционного управления (ON/OFF, Открыт/Закрыт) каждым переключающим элементом этого однофазного инвертора устройство 10 преобразования AC-DC выводит сигнал напряжения прямоугольной формы резонансной частоты на резонансную нагрузку 12 (устройство 10 преобразования AC-DC выводит сигнал напряжения прямоугольной формы на резонансную нагрузку 12 на резонансной частоте).
[0003] В том случае если резонансная нагрузка 12 представляет собой схему индукционного нагрева, устройство 10 преобразования AC-DC конфигурируется как устройство преобразования AC-DC с резонансной нагрузкой для индукционного нагрева (инвертор резонансного типа с индукционным нагревом).
[0004] Это устройство преобразования AC-DC с резонансной нагрузкой для индукционного нагрева конфигурируется таким образом, чтобы переменный ток, сгенерированный путем двухпозиционного управления каждым переключающим элементом однофазного инвертора, протекал в резонансной схеме LC, сформированной катушкой индуктивности и конденсатором, вихревые токи протекали в нагревательном элементе (электрическом проводнике) под действием поля переменного тока, которое генерируется в результате протекания переменного тока, подаваемого на нагревательный элемент (электрический проводник), и резонансная схема LC нагревалась изнутри посредством джоулевой теплоты, сгенерированной потоком вихревого тока.
[0005] Что касается схемы индукционного нагрева в виде резонансной нагрузки, подключенной к выходу устройства преобразования мощности с резонансной нагрузкой (например, устройства 10 преобразования AC-DC, показанного на фиг. 7), известно, что чем выше частота, тем в большей степени уменьшается глубина проникновения тока.
[0006] Поскольку трубное соединение, получаемое контактной электросваркой методом сопротивления (соединение, получаемое электросваркой методом сопротивления для формирования трубы), выполняется путем поверхностной закалки (поверхностного упрочнения), требуется, чтобы устройство преобразования AC-DC с резонансной нагрузкой, используемой для индукционного нагрева, могло вырабатывать напряжение высокой частоты.
[0007] С другой стороны, у переключающего элемента устройства преобразования AC-DC с резонансной нагрузкой, используемого для индукционного нагрева, существует верхний предел задающей частоты. Таким образом, устройству преобразования AC-DC с резонансной нагрузкой свойственна проблема, связанная с отсутствием реагирования на частоту напряжения, большую задающей частоты переключающего элемента.
[0008] На современном уровне техники решение этой проблемы, например, предложено с помощью системы инвертора с резонансной нагрузкой, раскрытой в патентном документе 1. Как показано на фиг. 3 и описано в параграфах [0007]-[0009] этого патентного документа 1, путем разделения однофазного инвертора на n секций (N параллельных соединений, составляющих однофазный инвертор) переключающий элемент может управляться в течение периода 1/N. Вследствие этого задающая частота переключающего элемента может уменьшаться до значения, обратно пропорционального количеству параллельных соединений, с учетом требуемой резонансной частоты.
[0009] Кроме того, в качестве модифицированного примера системы инвертора с резонансной нагрузкой, раскрытой в патентном документе 1, как показано, например, на фиг. 8, может рассматриваться схема, в которой N переключающих элементов (например, IGBT, биполярных транзисторов с изолированным затвором) в одном плече однофазного инвертора соединяются параллельно.
[0010] На фиг. 8 показано устройство преобразования AC-DC с резонансной нагрузкой, например устройство, используемое для устройства 10 преобразования AC-DC с резонансной нагрузкой, изображенного на фиг. 7. Устройство преобразования AC-DC с резонансной нагрузкой содержит входную секцию Vdc линии постоянного тока, выходную секцию Vout сигнала напряжения прямоугольной формы и однофазный инвертор, в котором N переключающих элементов (в данном случае 3: U11, U21, U31, V11, V21, V31, X11, Х21, С31 и Y11, Y21, Y31) в каждом плече соединены параллельно.
[0011] Как показано на фиг. 8, путем увеличения количества N параллельно соединенных переключающих элементов в одном плече, так же как и в системе инвертора с резонансной нагрузкой, раскрытой в патентном документе 1, возможно уменьшить частоту переключения для одного переключающего элемента.
[0012] Для каждого переключающего элемента, показанного на фиг. 8, используется двухпозиционное управление в соответствии с показанным на фиг. 9 шаблоном генерации командного стробирующего сигнала.
[0013] Показанный на фиг. 9 шаблон генерации командного стробирующего сигнала формируется из следующих компонентов:
тактовый сигнал отпирания (ON) и запирания (OFF) команды выходного напряжения (Vout_ref) однофазного инвертора, являющийся запускающим сигналом,
стробирующий командный сигнал переключающих элементов U11 и Y11 (U11_gate/Y11_gate) с периодом в 6 тактов (один цикл), в течение которых отпирающий сигнал выводится в 1 такте, а запирающий сигнал выводится в течение 5 тактов,
стробирующий командный сигнал переключающих элементов X11 и V11 (X11_gate/V11_gate), который задержан на 1 такт относительно стробирующего командного сигнала U11_gate/Y11_gate и выводится с теми же периодами отпирания и запирания, что и стробирующий командный сигнал U11_gate/Y11_gate,
стробирующий командный сигнал переключающих элементов U21 и Y21 (U21_gate/Y21_gate), который задержан на 1 такт относительно стробирующего командного сигнала X11_gate/V11_gate и выводится с теми же периодами отпирания и запирания, что и стробирующий командный сигнал X11_gate/V11_gate,
стробирующий командный сигнал переключающих элементов Х21 и V21 (X21_gate/V21_gate), который задержан на 1 такт относительно стробирующего командного сигнала U21_gate/Y21_gate и выводится с теми же периодами отпирания и запирания, что и стробирующий командный сигнал U21_gate/Y21_gate,
стробирующий командный сигнал переключающих элементов U31 и Y31 (U31_gate/Y31_gate), который задержан на 1 такт относительно стробирующего командного сигнала X21_gate/V21_gate и выводится с теми же периодами отпирания и запирания, что и стробирующий командный сигнал X21_gate/V21_gate, и
стробирующий командный сигнал переключающих элементов Х31 и V31 (X31_gate/V31_gate), который задержан на 1 такт относительно стробирующего командного сигнала U31_gate/Y31_gate и выводится с теми же периодами отпирания и запирания, что и стробирующий командный сигнал U31_gate/Y31_gate.
[0014] Для каждого переключающего элемента, показанного на фиг. 8, используется двухпозиционное управление посредством стробирующих командных сигналов U11_gate/Y11_gate … X31_gate/V31_gate с повторяющимися шаблонами (1)-(6), изображенными на фиг. 10A-10F.
[0015] Взаимосвязь с выходным током при управлении каждым переключающим элементом, изображенным на фиг. 8, посредством показанного на фиг. 9 шаблона генерации командного стробирующего сигнала иллюстрируется на фиг. 10A-10F.
[0016] Фиг. 10A-10F соответствуют шаблонам (1)-(6), показанным на фиг. 9. На фиг. 10A-10F переключающий элемент, управляемый сигналом отпирания команды стробирования, указывается меткой "ON", и маршрут выходного тока Iout, протекающего через этот переключающий элемент и нагрузку, показан стрелкой.
[0017] На основе фиг. 9 и 10A-10F можно понять, что с помощью последовательного переключения каждого переключающего элемента посредством шаблонов (1)-(6) для одного переключающего элемента можно получить коэффициент частоты переключения (задающей частоты), равный 1/3 (1/N).
СПИСОК ЦИТИРУЕМЫХ ДОКУМЕНТОВ
ПАТЕНТНЫЙ ДОКУМЕНТ
[0018]
Патентный документ 1: Публикация нерассмотренной патентной заявки №2004-510400 Японии
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0019] Как было описано выше, частота переключения может составлять 1/N в системе, раскрытой в патентном документе 1, и в схемной конфигурации, показанной на фиг. 10A-10F. Однако, на фиг. 9, где изображен шаблон генерации командного стробирующего сигнала, показано, что поскольку длительность импульса каждого стробирующего командного сигнала U11_gate/Y11_gate … X31_gate/V31_gate составляет один такт, верхний предел выходной частоты определяется минимальной длительностью импульса, основанной на характеристиках элемента в соответствии с временем нарастания сигнала отпирания и временем спада сигнала запирания переключающего элемента.
[0020] Кроме того, для конфигурации схемы системы, раскрытой в патентном документе 1, требуются ряд проводников главной цепи (токопроводящих проводников), которые осуществляют соединение переключающих элементов между однофазными инверторами (n секций), количество которых пропорционально числу N параллельных соединений. Помимо этого, для конфигурации схемы, показанной на фиг. 10A-10F, требуется ряд проводников главной цепи (токопроводящих проводников), которые осуществляют соединения переключающих элементов в однофазном инверторе, количество которых пропорционально числу N параллельных соединений. Кроме того, для конфигурации схемы, раскрытой в патентном документе 1 и показанной на фиг. 10A-10F, требуется ряд проводников главной цепи (то есть, N параллельных соединений × 4 плеча = 4N проводников главной цепи), число которых совпадает с количеством переключающих элементов, между входной секцией Vdc напряжения линии постоянного тока и входной клеммой постоянного тока каждого переключающего элемента верхнего и нижнего плеча и между выходной секцией Vout сигнала напряжения прямоугольной формы и выходной клеммой каждого переключающего элемента верхнего и нижнего плеча. Вследствие этого возникают проблемы, связанные с возрастанием затрат на проводники главной цепи пропорционально количеству N параллельных соединений и расширением пространства для их размещения.
[0021] Кроме того, поскольку пространство размещения переключающих элементов возрастает пропорционально их количеству, а также увеличивается разность длин маршрутов проводников главной цепи, также увеличиваются изменения импеданса, связанные с длиной маршрута проводников главной цепи. Вследствие этих проблем возникает смещение позиции точки пересечения нулевой отметки током, протекающим через проводники главной цепи, и ток, проходящий схему защиты от паразитного тока (не показанную на чертеже), которая подключена к каждому переключающему элементу, возрастает, в связи с этими увеличиваются потери. Кроме того, переключающий элемент может быть выведен из строя из-за увеличения паразитного тока.
[0022] Помимо решения указанных выше проблем требуется также уменьшить частоту переключения для одного переключающего элемента.
[0023] Настоящее изобретение направлено на решение описанных выше технических проблем. Предмет настоящего изобретения, таким образом, заключается в создании устройства преобразования мощности с резонансной нагрузкой и способа работы устройства преобразования мощности с резонансной нагрузкой с разделением по времени, которые способны понизить частоту переключения каждого переключающего элемента и уменьшить количество проводников главной цепи между входной секцией Vdc напряжения линии постоянного тока и входной клеммой постоянного тока каждого переключающего элемента верхнего и нижнего плеча и между выходной секцией Vout сигнала напряжения прямоугольной формы и выходной клеммой каждого переключающего элемента верхнего и нижнего плеча.
[0024] Описанное в п. 1 устройство преобразования мощности с резонансной нагрузкой для решения вышеуказанных проблем, снабженное однофазным инвертором, вход постоянного тока которого соединен с источником (11) напряжения постоянного тока, а выход, с которого выводится сигнал напряжения прямоугольной формы на резонансной частоте, соединен с резонансной нагрузкой (12), содержит: схемы групп переключателей (100U, 100V, 100Х, 100Y), соединенные с соответствующими верхними и нижними плечами одной фазы однофазного инвертора и другой фазы однофазного инвертора, при этом каждая из схем групп переключателей (100U, 100V, 100Х, 100Y) сконфигурирована таким образом, чтобы N (N - целое число, равное 2 и более) последовательных групп, состоящих из М (М - целое число, равное 2 и более) переключающих элементов, были соединены параллельно посредством проводников главной цепи, и при этом схема групп переключателей (100U) верхнего плеча, представляющего собой одну фазу однофазного инвертора, содержит первую последовательную группу, в которой два переключающих элемента U11 и U12 соединены последовательно, вторую последовательную группу, в которой два переключающих элемента U21 и U22 соединены последовательно, и третью последовательную группу, в которой два переключающих элемента U31 и U32 соединены последовательно, и схема групп переключателей (100U) сконфигурирована таким образом, чтобы три последовательные группы - с первой по третью - были соединены параллельно проводниками главной цепи, схема групп переключателей (100Х) нижнего плеча, представляющего собой одну фазу однофазного инвертора, содержит первую последовательную группу, в которой два переключающих элемента X11 и Х12 соединены последовательно, вторую последовательную группу, в которой два переключающих элемента Х21 и Х22 соединены последовательно, и третью последовательную группу, в которой два переключающих элемента Х31 и Х32 соединены последовательно, и схема групп переключателей (100Х) сконфигурирована таким образом, чтобы три последовательные группы - с первой по третью - были соединены параллельно проводниками главной цепи, схема групп переключателей (100V) верхнего плеча, представляющего собой другую фазу однофазного инвертора, содержит первую последовательную группу, в которой два переключающих элемента V11 и V12 соединены последовательно, вторую последовательную группу, в которой два переключающих элемента V21 и V22 соединены последовательно, и третью последовательную группу, в которой два переключающих элемента V31 и V32 соединены последовательно, и схема групп переключателей (100V) сконфигурирована таким образом, чтобы три последовательные группы - с первой по третью - были соединены параллельно проводниками главной цепи, и схема групп переключателей (100Y) нижнего плеча, представляющего собой другую фазу однофазного инвертора, содержит первую последовательную группу, в которой два переключающих элемента Y11 и Y12 соединены последовательно, вторую последовательную группу, в которой два переключающих элемента Y21 и Y22 соединены последовательно, и третью последовательную группу, в которой два переключающих элемента Y31 и Y32 соединены последовательно, и схема групп переключателей (100Y) сконфигурирована таким образом, чтобы три последовательные группы - с первой по третью - были соединены параллельно проводниками главной цепи; и контроллер, выполняющий управление переключением каждого переключающего элемента схем групп переключателей (100U, 100V, 100Х, 100Y) однофазного инвертора путем разделения по времени с коэффициентом 1/(М×N) и снабженный генератором команды стробирования, который генерирует тактовый сигнал отпирания (ON) и запирания (OFF) команды выходного напряжения (Vout_ref) однофазного инвертора, являющийся запускающим сигналом, стробирующий командный сигнал переключающих элементов U11 и Y11 (U11_gate/Y11_gate), один цикл которого составляет (2 × 2 (количество М последовательных соединений) × 3 (N параллельных соединений)) тактов, и сигнал отпирания (ON) выводится в течение периода, составляющего (2 × 3 (количество N параллельных соединений) × 1 (количество М последовательных соединений - 1) + 1) тактов, а сигнал запирания (OFF) выводится в течение периода, составляющего [(2 × 2 (количество М последовательных соединений) × 3 (количество N параллельных соединений)) - (2×3 (количество N параллельных соединений) × 1 (количество М последовательных соединений - 1) + 1)] тактов, стробирующий командный сигнал переключающих элементов X11 и V11 (X11_gate/V11_gate), который задержан на 1 такт относительно стробирующего командного сигнала U11_gate/Y11_gate и выводится с теми же периодами отпирания и запирания, что и стробирующий командный сигнал переключающих элементов U11 и Y11 (U11_gate/Y11_gate), стробирующий командный сигнал переключающих элементов U21 и Y21 (U21_gate/Y21_gate), который задержан на 1 такт относительно стробирующего командного сигнала переключающих элементов X11 и V11 (X11_gate/V11_gate) и выводится с теми же периодами отпирания и запирания, что и стробирующий командный сигнал переключающих элементов X11 и V11 (X11_gate/V11_gate), стробирующий командный сигнал переключающих элементов Х21 и V21 (X21_gate/V21_gate), который задержан на 1 такт относительно стробирующего командного сигнала переключающих элементов U21 и Y21 (U21_gate/Y21_gate) и выводится с теми же периодами отпирания и запирания, что и стробирующий командный сигнал переключающих элементов U21 и Y21 (U21_gate/Y21_gate), стробирующий командный сигнал переключающих элементов U31 и Y31 (U31_gate/Y31_gate), который задержан на 1 такт относительно стробирующего командного сигнала переключающих элементов Х21 и V21 (X21_gate/V21_gate) и выводится с теми же периодами отпирания и запирания, что и стробирующий командный сигнал переключающих элементов Х21 и V21 (X21_gate/V21_gate), стробирующий командный сигнал переключающих элементов Х31 и V31 (X31_gate/V31_gate), который задержан на 1 такт относительно стробирующего командного сигнала переключающих элементов U31 и Y31 (U31_gate/Y31_gate) и выводится с теми же периодами отпирания и запирания, что и стробирующий командный сигнал переключающих элементов U31 и Y31 (U31_gate/Y31_gate), стробирующий командный сигнал переключающих элементов U12 и Y12 (U12_gate/Y12_gate), который задержан на 1 такт относительно стробирующего командного сигнала переключающих элементов Х31 и V31 (X31_gate/V31_gate) и выводится с теми же периодами отпирания и запирания, что и стробирующий командный сигнал переключающих элементов Х31 и V31 (X31_gate/V31_gate), стробирующий командный сигнал переключающих элементов X12 и V12 (X12_gate/V12_gate), который задержан на 1 такт относительно стробирующего командного сигнала переключающих элементов U12 и Y12 (U12_gate/Y12_gate) и выводится с теми же периодами отпирания и запирания, что и стробирующий командный сигнал переключающих элементов U12 и Y12 (U12_gate/Y12_gate), стробирующий командный сигнал переключающих элементов U22 и Y22 (U22_gate/Y22_gate), который задержан на 1 такт относительно стробирующего командного сигнала переключающих элементов X12 и V12 (X12_gate/V12_gate) и выводится с теми же периодами отпирания и запирания, что и стробирующий командный сигнал переключающих элементов Х12 и V12 (X12_gate/V12_gate), стробирующий командный сигнал переключающих элементов Х22 и V22 (X22_gate/V22_gate), который задержан на 1 такт относительно стробирующего командного сигнала переключающих элементов U22 и Y22 (U22_gate/Y22_gate) и выводится с теми же периодами отпирания и запирания, что и стробирующий командный сигнал переключающих элементов U22 и Y22 (U22_gate/Y22_gate), стробирующий командный сигнал переключающих элементов U32 и Y32 (U32_gate/Y32_gate), который задержан на 1 такт относительно стробирующего командного сигнала переключающих элементов Х22 и V22 (X22_gate/V22_gate) и выводится с теми же периодами отпирания и запирания, что и стробирующий командный сигнал переключающих элементов Х22 и V22 (X22_gate/V22_gate), и стробирующий командный сигнал переключающих элементов Х32 и V32 (X32_gate/V32_gate), который задержан на 1 такт относительно стробирующего командного сигнала переключающих элементов U32 и Y32 (U32_gate/Y32_gate) и выводится с теми же периодами отпирания и запирания, что и стробирующий командный сигнал переключающих элементов U32 и Y32 (U32_gate/Y32_gate), и при этом с помощью каждого сгенерированного стробирующего командного сигнала осуществляется двухпозиционное управление каждым переключающим элементом.
[0025] Способ работы с разделением по времени устройства преобразования мощности с резонансной нагрузкой, снабженного однофазным инвертором, вход постоянного тока которого соединен с источником (11) напряжения постоянного тока, а выход, с которого выводится сигнал напряжения прямоугольной формы на резонансной частоте, соединен с резонансной нагрузкой (12), описан в п. 4, и устройство преобразования мощности с резонансной нагрузкой содержит схемы групп переключателей (100U, 100V, 100Х, 100Y), соединенные с соответствующими верхними и нижними плечами одной фазы однофазного инвертора и другой фазы однофазного инвертора, при этом каждая из схем групп переключателей (100U, 100V, 100Х, 100Y) сконфигурирована таким образом, чтобы N (N - целое число, равное 2 и более) последовательных групп, состоящих из М (М - целое число, равное 2 и более) переключающих элементов, были соединены параллельно посредством проводников главной цепи, и при этом схема групп переключателей (100U) верхнего плеча, представляющего собой одну фазу однофазного инвертора, содержит первую последовательную группу, в которой два переключающих элемента U11 и U12 соединены последовательно, вторую последовательную группу, в которой два переключающих элемента U21 и U22 соединены последовательно, и третью последовательную группу, в которой два переключающих элемента U31 и U32 соединены последовательно, и схема групп переключателей (100U) сконфигурирована таким образом, чтобы три последовательные группы - с первой по третью - были соединены параллельно проводниками главной цепи, схема групп переключателей (100Х) нижнего плеча, представляющего собой одну фазу однофазного инвертора, содержит первую последовательную группу, в которой два переключающих элемента X11 и Х12 соединены последовательно, вторую последовательную группу, в которой два переключающих элемента Х21 и Х22 соединены последовательно, и третью последовательную группу, в которой два переключающих элемента Х31 и Х32 соединены последовательно, и схема групп переключателей (100Х) сконфигурирована таким образом, чтобы три последовательные группы - с первой по третью - были соединены параллельно проводниками главной цепи, схема групп переключателей (100V) верхнего плеча, представляющего собой другую фазу однофазного инвертора, содержит первую последовательную группу, в которой два переключающих элемента V11 и V12 соединены последовательно, вторую последовательную группу, в которой два переключающих элемента V21 и V22 соединены последовательно, и третью последовательную группу, в которой два переключающих элемента V31 и V32 соединены последовательно, и схема групп переключателей (100V) сконфигурирована таким образом, чтобы три последовательные группы - с первой по третью - были соединены параллельно проводниками главной цепи, и схема групп переключателей (100Y) нижнего плеча, представляющего собой другую фазу однофазного инвертора, содержит первую последовательную группу, в которой два переключающих элемента Y11 и Y12 соединены последовательно, вторую последовательную группу, в которой два переключающих элемента Y21 и Y22 соединены последовательно, и третью последовательную группу, в которой два переключающих элемента Y31 и Y32 соединены последовательно, и схема групп переключателей (100Y) сконфигурирована таким образом, чтобы три последовательные группы - с первой по третью - были соединены параллельно проводниками главной цепи, и контроллер, выполняющий управление переключением каждого переключающего элемента схем группы переключающих элементов (100U, 100V, 100Х, 100Y) однофазного инвертора путем разделения по времени с коэффициентом 1/(М×N), при этом способ работы с разделением по времени включает: шаг генерации контроллером следующих сигналов: тактовый сигнал отпирания (ON) и запирания (OFF) команды выходного напряжения (Vout_ref) однофазного инвертора, являющийся запускающим сигналом, стробирующий командный сигнал переключающих элементов U11 и Y11 (U11_gate/Y11_gate), один цикл которого составляет (2 × 2 (количество М последовательных соединений) × 3 (N параллельных соединений)) тактов, и сигнал отпирания (ON) выводится в течение периода, составляющего (2 × 3 (количество N параллельных соединений) × 1 (количество М последовательных соединений - 1) + 1) тактов, а сигнал запирания (OFF) выводится в течение периода, составляющего [(2 × 2 (количество М последовательных соединений) × 3 (количество N параллельных соединений)) - (2 × 3 (количество N параллельных соединений) × 1 (количество М последовательных соединений - 1) + 1)] тактов, стробирующий командный сигнал переключающих элементов X11 и V11 (X11_gate/V11_gate), который задержан на 1 такт относительно стробирующего командного сигнала U11_gate/Y11_gate и выводится с теми же периодами отпирания и запирания, что и стробирующий командный сигнал переключающих элементов U11 и Y11 (U11_gate/Y11_gate), стробирующий командный сигнал переключающих элементов U21 и Y21 (U21_gate/Y21_gate), который задержан на 1 такт относительно стробирующего командного сигнала переключающих элементов X11 и V11 (X11_gate/V11_gate) и выводится с теми же периодами отпирания и запирания, что и стробирующий командный сигнал переключающих элементов X11 и V11 (X11_gate/V11_gate), стробирующий командный сигнал переключающих элементов Х21 и V21 (X21_gate/V21_gate), который задержан на 1 такт относительно стробирующего командного сигнала переключающих элементов U21 и Y21 (U21_gate/Y21_gate) и выводится с теми же периодами отпирания и запирания, что и стробирующий командный сигнал переключающих элементов U21 и Y21 (U21_gate/Y21_gate), стробирующий командный сигнал переключающих элементов U31 и Y31 (U31_gate/Y31_gate), который задержан на 1 такт относительно стробирующего командного сигнала переключающих элементов Х21 и V21 (X21_gate/V21_gate) и выводится с теми же периодами отпирания и запирания, что и стробирующий командный сигнал переключающих элементов Х21 и V21 (X21_gate/V21_gate), стробирующий командный сигнал переключающих элементов Х31 и V31 (X31_gate/V31_gate), который задержан на 1 такт относительно стробирующего командного сигнала переключающих элементов U31 и Y31 (U31_gate/Y31_gate) и выводится с теми же периодами отпирания и запирания, что и стробирующий командный сигнал переключающих элементов U31 и Y31 (U31_gate/Y31_gate), стробирующий командный сигнал переключающих элементов U12 и Y12 (U12_gate/Y12_gate), который задержан на 1 такт относительно стробирующего командного сигнала переключающих элементов Х31 и V31 (X31_gate/V31_gate) и выводится с теми же периодами отпирания и запирания, что и стробирующий командный сигнал переключающих элементов Х31 и V31 (X31_gate/V31_gate), стробирующий командный сигнал переключающих элементов Х12 и V12 (X12_gate/V12_gate), который задержан на 1 такт относительно стробирующего командного сигнала переключающих элементов U12 и Y12 (U12_gate/Y12_gate) и выводится с теми же периодами отпирания и запирания, что и стробирующий командный сигнал переключающих элементов U12 и Y12 (U12_gate/Y12_gate), стробирующий командный сигнал переключающих элементов U22 и Y22 (U22_gate/Y22_gate), который задержан на 1 такт относительно стробирующего командного сигнала переключающих элементов Х12 и V12 (X12_gate/V12_gate) и выводится с теми же периодами отпирания и запирания, что и стробирующий командный сигнал переключающих элементов X12 и V12 (X12_gate/V12_gate), стробирующий командный сигнал переключающих элементов Х22 и V22 (X22_gate/V22_gate), который задержан на 1 такт относительно стробирующего командного сигнала переключающих элементов U22 и Y22 (U22_gate/Y22_gate) и выводится с теми же периодами отпирания и запирания, что и стробирующий командный сигнал переключающих элементов U22 и Y22 (U22_gate/Y22_gate), стробирующий командный сигнал переключающих элементов U32 и Y32 (U32_gate/Y32_gate), который задержан на 1 такт относительно стробирующего командного сигнала переключающих элементов Х22 и V22 (X22_gate/V22_gate) и выводится с теми же периодами отпирания и запирания, что и стробирующий командный сигнал переключающих элементов Х22 и V22 (X22_gate/V22_gate), и стробирующий командный сигнал переключающих элементов Х32 и V32 (X32_gate/V32_gate), который задержан на 1 такт относительно стробирующего командного сигнала переключающих элементов U32 и Y32 (U32_gate/Y32_gate) и выводится с теми же периодами отпирания и запирания, что и стробирующий командный сигнал переключающих элементов U32 и Y32 (U32_gate/Y32_gate), и шаг двухпозиционного управления каждым переключающим элементом с помощью каждого из сгенерированных стробирующих командных сигналов.
[0026] Устройство преобразования мощности с резонансной нагрузкой, снабженное однофазным инвертором, вход постоянного тока которого соединен с источником (11) напряжения постоянного тока, а выход, с которого выводится сигнал напряжения прямоугольной формы на резонансной частоте, соединен с резонансной нагрузкой (12), описанное в п. 2, содержит: схемы групп переключателей (100U, 100V, 100Х, 100Y), соединенные с соответствующими верхними и нижними плечами одной фазы однофазного инвертора и другой фазы однофазного инвертора, при этом каждая из схем групп переключателей (100U, 100V, 100Х, 100Y) сконфигурирована таким образом, чтобы N (N - целое число, равное 2 и более) последовательных групп, состоящих из М (М - целое число, равное 2 и более) переключающих элементов, были соединены параллельно посредством проводников главной цепи; и контроллер, выполняющий управление переключением каждого переключающего элемента схем группы переключающих элементов (100U, 100V, 100Х, 100Y) однофазного инвертора путем разделения по времени с коэффициентом 1/(М×N), и при этом каждая из N последовательных групп в каждой схеме групп переключателей сформирована модулем, и М переключающих элементов в каждой последовательной группе соединяются внутри модуля.
[0027] Способ работы с разделением по времени устройства преобразования мощности с резонансной нагрузкой, снабженного однофазным инвертором, вход постоянного тока которого соединен с источником (11) напряжения постоянного тока, а выход, с которого выводится сигнал напряжения прямоугольной формы на резонансной частоте, соединен с резонансной нагрузкой (12), описан в п. 5, и устройство преобразования мощности с резонансной нагрузкой содержит: схемы групп переключателей (100U, 100V, 100Х, 100Y), соединенные с соответствующими верхними и нижними плечами одной фазы однофазного инвертора и другой фазы однофазного инвертора, при этом каждая из схем групп переключателей (100U, 100V, 100Х, 100Y) сконфигурирована таким образом, чтобы N (N - целое число, равное 2 и более) последовательных групп, состоящих из М (М - целое число, равное 2 и более) переключающих элементов, были соединены параллельно посредством проводников главной цепи, и при этом каждая из N последовательных групп в каждой схеме групп переключателей сформирована в виде модуля, и М переключающих элементов в каждой последовательной группе соединяются внутри модуля, при этом способ работы с разделением по времени включает шаг выполнения контроллером управления переключением каждого переключающего элемента схем групп переключателей (100U, 100V, 100Х, 100Y) однофазного инвертора путем разделения по времени с коэффициентом 1/(М×N).
[0028] Устройство преобразования мощности с резонансной нагрузкой, снабженное однофазным инвертором, вход постоянного тока которого соединен с источником (11) напряжения постоянного тока, а выход, с которого выводится сигнал напряжения прямоугольной формы на резонансной частоте, соединен с резонансной нагрузкой (12), описанное в п. 3, содержит: схемы групп переключателей (200U, 200V, 200Х, 200Y), соединенные с соответствующими верхними и нижними плечами одной фазы однофазного инвертора и другой фазы однофазного инвертора, при этом каждая из схем групп переключателей (200U, 200V, 200Х, 200Y) сконфигурирована таким образом, чтобы n (n - целое число, равное 2 и более) последовательных групп, состоящих из m (m -целое число, равное 2 и более) переключающих элементов, были соединены параллельно посредством проводников главной цепи, и при этом схема групп переключателей (200U) верхнего плеча, представляющего собой одну фазу однофазного инвертора, содержит первую последовательную группу, в которой m переключающих элементов U11-U1m соединены последовательно, … и n-ю последовательную группу, в которой m переключающих элементов Un1-Unm соединены последовательно, и схема групп переключателей (200U) сконфигурирована таким образом, чтобы n последовательных групп - с первой по n-ю - были соединены параллельно проводниками главной цепи, схема групп переключателей (200Х) нижнего плеча, представляющего собой одну фазу однофазного инвертора, содержит первую последовательную группу, в которой m переключающих элементов X11-X1m соединены последовательно, … и n-ю последовательную группу, в которой m переключающих элементов Xn1-Xnm соединены последовательно, и схема групп переключателей (200Х) сконфигурирована таким образом, чтобы n последовательных групп - с первой по n-ю - были соединены параллельно проводниками главной цепи, схема групп переключателей (200V) верхнего плеча, представляющего собой другую фазу однофазного инвертора, содержит первую последовательную группу, в которой m переключающих элементов V11-V1m соединены последовательно, … и n-ю последовательную группу, в которой m переключающих элементов Vn1-Vnm соединены последовательно, и схема групп переключателей (200V) сконфигурирована таким образом, чтобы n последовательных групп - с первой по n-ю -были соединены параллельно проводниками главной цепи, и схема групп переключателей (200Y) нижнего плеча, представляющего собой другую фазу однофазного инвертора, содержит первую последовательную группу, в которой m переключающих элементов Y11-Y1m соединены последовательно, … и n-ю последовательную группу, в которой m переключающих элементов Yn1-Ynm соединены последовательно, и схема групп переключателей (200Y) сконфигурирована таким образом, чтобы n последовательных групп - с первой по n-ю - были соединены параллельно проводниками главной цепи; и контроллер, выполняющий управление переключением каждого переключающего элемента схем групп переключателей (200U, 200V, 200Х, 200Y) однофазного инвертора путем разделения по времени с коэффициентом 1/(m×n) и снабженный генератором команды стробирования, который генерирует тактовый сигнал отпирания (ON) и запирания (OFF) команды выходного напряжения (Vout_ref) однофазного инвертора, являющийся запускающим сигналом, стробирующий командный сигнал переключающих элементов U11 и Y11 (U11_gate/Y11_gate), один цикл которого составляет (2 × М последовательных соединений × N параллельных соединений, где М, N - целое число, большее 2) тактов, и сигнал отпирания (ON) выводится в течение периода, составляющего (2 × N параллельных соединений) × (М последовательных соединений - 1) + 1) тактов, а сигнал запирания (OFF) выводится в течение периода, составляющего [(2 × М последовательных соединений × N параллельных соединений) - (2 × N параллельных соединений) × (М последовательных соединений - 1)+1)] тактов, стробирующий командный сигнал переключающих элементов X11 и V11 (X11_gate/V11_gate), который задержан на 1 такт относительно стробирующего командного сигнала U11_gate/Y11_gate и выводится с теми же периодами отпирания и запирания, что и стробирующий командный сигнал U11_gate/Y11_gate, стробирующий командный сигнал переключающих элементов U21 и Y21 (U21_gate/Y21_gate), который задержан на 1 такт относительно стробирующего командного сигнала X11_gate/V11_gate и выводится с теми же периодами отпирания и запирания, что и стробирующий командный сигнал X11_gate/V11_gate, стробирующий командный сигнал переключающих элементов Х21 и V21 (X21_gate/V21_gate), который задержан на 1 такт относительно стробирующего командного сигнала U21_gate/Y21_gate и выводится с теми же периодами отпирания и запирания, что и стробирующий командный сигнал U21_gate/Y21_gate, … стробирующий командный сигнал переключающих элементов Un1 и Yn1 (Un1_gate/Yn1_gate), который задержан на 1 такт относительно стробирующего командного сигнала X(n-1)1_gate/V(n-1)1_gate и выводится с теми же периодами отпирания и запирания, что и стробирующий командный сигнал X(n-1)1_gate/V(n-1)1_gate, стробирующий командный сигнал переключающих элементов Xn1 и Vn1 (Xn1_gate/Vn1_gate), который задержан на 1 такт относительно стробирующего командного сигнала Un1_gate/Yn1_gate и выводится с теми же периодами отпирания и запирания, что и стробирующий командный сигнал Un1_gate/Yn1_gate, стробирующий командный сигнал переключающих элементов U12 и Y12 (U12_gate/Y12_gate), который задержан на 1 такт относительно стробирующего командного сигнала Xn1_gate/Vn1_gate и выводится с теми же периодами отпирания и запирания, что и стробирующий командный сигнал Xn1_gate/Vn1_gate, стробирующий командный сигнал переключающих элементов Х12 и V12 (X12_gate/V12_gate), который задержан на 1 такт относительно стробирующего командного сигнала U12_gate/Y12_gate и выводится с теми же периодами отпирания и запирания, что и стробирующий командный сигнал U12_gate/Y12_gate, стробирующий командный сигнал переключающих элементов U22 и Y22 (U22_gate/Y22_gate), который задержан на 1 такт относительно стробирующего командного сигнала X12_gate/V12_gate и выводится с теми же периодами отпирания и запирания, что и стробирующий командный сигнал X12_gate/V12_gate, стробирующий командный сигнал переключающих элементов Х22 и V22 (X22_gate/V22_gate), который задержан на 1 такт относительно стробирующего командного сигнала U22_gate/Y22_gate и выводится с теми же периодами отпирания и запирания, что и стробирующий командный сигнал U22_gate/Y22_gate,... стробирующий командный сигнал переключающих элементов Un2 и Yn2 (Un2_gate/Yn2_gate), который задержан на 1 такт относительно стробирующего командного сигнала X(n-1)2_gate/V(n-1)2_gate и выводится с теми же периодами отпирания и запирания, что и стробирующий командный сигнал X(n-1)2_gate/V(n-1)2_gate, стробирующий командный сигнал переключающих элементов Xn2 и Vn2 (Xn2_gate/Vn2_gate), который задержан на 1 такт относительно стробирующего командного сигнала Un2_gate/Yn2_gate и выводится с теми же периодами отпирания и запирания, что и стробирующий командный сигнал Un2_gate/Yn2_gate, … стробирующий командный сигнал переключающих элементов Unm и Ynm (Unm_gate/Ynm_gate), который задержан на 1 такт относительно стробирующего командного сигнала X(n-1)m_gate/V(n-1)m_gate и выводится с теми же периодами отпирания и запирания, что и стробирующий командный сигнал X(n-1)m_gate/V(n-1)m_gate, и стробирующий командный сигнал переключающих элементов Xnm и Vnm (Xnm_gate/Vnm_gate), который задержан на 1 такт относительно стробирующего командного сигнала Unm_gate/Ynm_gate и выводится с теми же периодами отпирания и запирания, что и стробирующий командный сигнал Unm_gate/Ynm_gate, и при этом с помощью каждого сгенерированного стробирующего командного сигнала осуществляется двухпозиционное управление каждым переключающим элементом.
[0029] Способ работы с разделением по времени устройства преобразования мощности с резонансной нагрузкой, снабженного однофазным инвертором, вход постоянного тока которого соединен с источником (11) напряжения постоянного тока, а выход, с которого выводится сигнал напряжения прямоугольной формы на резонансной частоте, соединен с резонансной нагрузкой (12), описан в п. 5, и устройство преобразования мощности с резонансной нагрузкой содержит: схемы групп переключателей (200U, 200V, 200Х, 200Y), соединенные с соответствующими верхними и нижними плечами одной фазы однофазного инвертора и другой фазы однофазного инвертора, при этом каждая из схем групп переключателей (200U, 200V, 200Х, 200Y) сконфигурирована таким образом, чтобы n (n - целое число, равное 2 и более) последовательных групп, состоящих из m (m - целое число, равное 2 и более) переключающих элементов, были соединены параллельно посредством проводников главной цепи, и при этом схема групп переключателей (200U) верхнего плеча, представляющего собой одну фазу однофазного инвертора, содержит первую последовательную группу, в которой m переключающих элементов U11-U1m соединены последовательно, … и n-ю последовательную группу, в которой m переключающих элементов Un1-Unm соединены последовательно, и схема групп переключателей (200U) сконфигурирована таким образом, чтобы n последовательных групп - с первой по n-ю -были соединены параллельно проводниками главной цепи, схема групп переключателей (200Х) нижнего плеча, представляющего собой одну фазу однофазного инвертора, содержит первую последовательную группу, в которой m переключающих элементов X11-X1m соединены последовательно, … и n-ю последовательную группу, в которой m переключающих элементов Xn1-Xnm соединены последовательно, и схема групп переключателей (200Х) сконфигурирована таким образом, чтобы n последовательных групп - с первой по n-ю - были соединены параллельно проводниками главной цепи, схема групп переключателей (200V) верхнего плеча, представляющего собой другую фазу однофазного инвертора, содержит первую последовательную группу, в которой m переключающих элементов V11-V1m соединены последовательно, … и n-ю последовательную группу, в которой m переключающих элементов Vn1-Vnm соединены последовательно, и схема групп переключателей (200V) сконфигурирована таким образом, чтобы n последовательных групп - с первой по n-ю - были соединены параллельно проводниками главной цепи, и схема групп переключателей (200Y) нижнего плеча, представляющего собой другую фазу однофазного инвертора, содержит первую последовательную группу, в которой m переключающих элементов Y11-Y1m соединены последовательно, … и n-ю последовательную группу, в которой m переключающих элементов Yn1-Ynm соединены последовательно, и схема групп переключателей (200Y) сконфигурирована таким образом, чтобы n последовательных групп - с первой по n-ю -были соединены параллельно проводниками главной цепи, при этом способ работы с разделением по времени включает шаг выполнения контроллером управления переключением каждого переключающего элемента схем групп переключателей (200U, 200V, 200Х, 200Y) однофазного инвертора путем разделения по времени с коэффициентом 1/(m×n); шаг генерации генератором команды стробирования следующих сигналов: тактовый сигнал отпирания (ON) и запирания (OFF) команды выходного напряжения (Vout_ref) однофазного инвертора, являющийся запускающим сигналом, стробирующий командный сигнал переключающих элементов U11 и Y11 (U11_gate/Y11_gate), один цикл которого составляет (2 × М последовательных соединений × N параллельных соединений, где М, N - целое число, большее 2) тактов, и сигнал отпирания (ON) выводится в течение периода, составляющего (2 × N параллельных соединений) × (М последовательных соединений - 1) + 1) тактов, а сигнал запирания (OFF) выводится в течение периода, составляющего [(2 × М последовательных соединений × N параллельных соединений) - (2 × N параллельных соединений) × (М последовательных соединений - 1) + 1)] тактов, стробирующий командный сигнал переключающих элементов X11 и V11 (X11_gate/V11_gate), который задержан на 1 такт относительно стробирующего командного сигнала U11_gate/Y11_gate и выводится с теми же периодами отпирания и запирания, что и стробирующий командный сигнал U11_gate/Y11_gate, стробирующий командный сигнал переключающих элементов U21 и Y21 (U21_gate/Y21_gate), который задержан на 1 такт относительно стробирующего командного сигнала X11_gate/V11_gate и выводится с теми же периодами отпирания и запирания, что и стробирующий командный сигнал X11_gate/V11_gate, стробирующий командный сигнал переключающих элементов Х21 и V21 (X21_gate/V21_gate), который задержан на 1 такт относительно стробирующего командного сигнала U21_gate/Y21_gate и выводится с теми же периодами отпирания и запирания, что и стробирующий командный сигнал U21_gate/Y21_gate, … стробирующий командный сигнал переключающих элементов Un1 и Yn1 (Un1_gate/Yn1_gate), который задержан на 1 такт относительно стробирующего командного сигнала X(n-1)1_gate/V(n-1)1_gate и выводится с теми же периодами отпирания и запирания, что и стробирующий командный сигнал X(n-1)1_gate/V(n-1)1_gate, стробирующий командный сигнал переключающих элементов Xn1 и Vn1 (Xn1_gate/Vn1_gate), который задержан на 1 такт относительно стробирующего командного сигнала Un1_gate/Yn1_gate и выводится с теми же периодами отпирания и запирания, что и стробирующий командный сигнал Un1_gate/Yn1_gate, стробирующий командный сигнал переключающих элементов U12 и Y12 (U12_gate/Y12_gate), который задержан на 1 такт относительно стробирующего командного сигнала Xn1_gate/Vn1_gate и выводится с теми же периодами отпирания и запирания, что и стробирующий командный сигнал Xn1_gate/Vn1_gate, стробирующий командный сигнал переключающих элементов X12 и V12 (X12_gate/V12_gate), который задержан на 1 такт относительно стробирующего командного сигнала U12_gate/Y12_gate и выводится с теми же периодами отпирания и запирания, что и стробирующий командный сигнал U12_gate/Y12_gate, стробирующий командный сигнал переключающих элементов U22 и Y22 (U22_gate/Y22_gate), который задержан на 1 такт относительно стробирующего командного сигнала X12_gate/V12_gate и выводится с теми же периодами отпирания и запирания, что и стробирующий командный сигнал X12_gate/V12_gate, стробирующий командный сигнал переключающих элементов Х22 и V22 (X22_gate/V22_gate), который задержан на 1 такт относительно стробирующего командного сигнала U22_gate/Y22_gate и выводится с теми же периодами отпирания и запирания, что и стробирующий командный сигнал U22_gate/Y22_gate,... стробирующий командный сигнал переключающих элементов Un2 и Yn2 (Un2_gate/Yn2_gate), который задержан на 1 такт относительно стробирующего командного сигнала X(n-1)2_gate/V(n-1)2_gate и выводится с теми же периодами отпирания и запирания, что и стробирующий командный сигнал X(n-1)2_gate/V(n-1)2_gate, стробирующий командный сигнал переключающих элементов Xn2 и Vh2 (Xn2_gate/Vn2_gate), который задержан на 1 такт относительно стробирующего командного сигнала Un2_gate/Yn2_gate и выводится с теми же периодами отпирания и запирания, что и стробирующий командный сигнал Un2_gate/Yn2_gate, … стробирующий командный сигнал переключающих элементов Unm и Ynm (Unm_gate/Ynm_gate), который задержан на 1 такт относительно стробирующего командного сигнала X(n-1)m_gate/V(n-1)m_gate и выводится с теми же периодами отпирания и запирания, что и стробирующий командный сигнал X(n-1)m_gate/V(n-1)m_gate, и стробирующий командный сигнал переключающих элементов Xnm и Vnm (Xnm_gate/Vnm_gate), который задержан на 1 такт относительно стробирующего командного сигнала Unm_gate/Ynm_gate и выводится с теми же периодами отпирания и запирания, что и стробирующий командный сигнал Unm_gate/Ynm_gate; и шаг двухпозиционного управления каждым переключающим элементом с помощью каждого из сгенерированных стробирующих командных сигналов.
(1) Посредством изобретения, описанного в п.п. 1-6 формулы изобретения, возможно уменьшить частоту переключения каждого переключающего элемента до частоты, обратно пропорциональной произведению (М последовательных соединений × N параллельных соединений) количества последовательных и параллельных соединений.
[0030] Кроме того, количество проводников главной цепи, соединяющих входную секцию Vdc линии напряжения постоянного тока и входную клемму постоянного тока каждого переключающего элемента верхнего и нижнего плеча, а также соединяющих выходную секцию Vout сигнала напряжения прямоугольной формы и выходную клемму каждого переключающего элемента верхнего и нижнего плеча, может быть уменьшено относительно количества переключающих элементов (М×N) (количество проводников главной цепи может быть меньше количества переключающих элементов (М×N)). Благодаря этому можно уменьшить стоимость устройства. Кроме того, можно уменьшить пространство, требуемое для размещения проводников главной цепи.
[0031] Поскольку переключающие элементы схемы групп переключателей подключаются с использованием М последовательных и N параллельных соединений, пространство размещения переключающих элементов не возрастает по сравнению со стандартным устройством, следовательно изменение импеданса вследствие изменений длины маршрута проводников главной цепи могут быть уменьшены.
(2) Как описано в п.п. 1, 3, 4 и 6 формулы изобретения, поскольку период, в течение которого переключающие элементы находятся в открытом и запертом состояниях, длится множество тактов и стробирующих командных сигналов, генерируемых генератором команд стробирования, зависимость предельной выходной частоты от предельной минимальной длительности импульса, определяемой характеристиками элемента, может устраняться.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0032]
На фиг. 1 показана конфигурация однофазного инвертора в соответствии с вариантом 1 осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 2 показана диаграмма формы сигнала, иллюстрирующая пример шаблона генерации командного стробирующего сигнала в соответствии с вариантом 1 осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 3A-3F показаны диаграммы, соответствующие изображенным на фиг. 2 шаблонам (1)-(6) генерации командного стробирующего сигнала, и указывается состояние управляемых сигналом отпирания переключающих элементов, а также путь прохождения выходного тока.
На фиг. 4А-4F показаны диаграммы, соответствующие изображенным на фиг. 2 шаблонам (7)-(12) генерации командного стробирующего сигнала, и указывается состояние управляемых сигналом отпирания переключающих элементов, а также путь прохождения выходного тока.
На фиг. 5 показана конфигурация схемы однофазного инвертора в соответствии с вариантом 2 осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 6 показана диаграмма формы сигнала, иллюстрирующая пример шаблона генерации командного стробирующего сигнала, в соответствии с вариантом 2 осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 7 показана блок-схема устройства преобразования мощности с резонансной нагрузкой, к которой применимо настоящее изобретение.
На фиг. 8 показана конфигурация схемы секции инвертора, являющегося модифицированным примером системы инвертора с резонансной нагрузкой, раскрытого в патентном документе 1.
На фиг. 9 показана диаграмма формы сигнала, иллюстрирующая пример шаблона генерации командного стробирующего сигнала, для управления каждым переключающим элементом секции инвертора, показанной на фиг. 8.
На фиг. 10A-10F показаны диаграммы, соответствующие изображенным на фиг. 9 шаблонам (1)-(6) генерации командного стробирующего сигнала, и указывается состояние управляемого сигналом отпирания переключающего элемента, а также путь прохождения выходного тока.
ВАРИАНТЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0033] Ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи объясняются варианты осуществления настоящего изобретения. Однако настоящее изобретение не ограничено этими вариантами осуществления.
Вариант 1 осуществления изобретения
[0034] На фиг. 1 показана конфигурация схемы секции однофазного инвертора в соответствии с вариантом 1 осуществления настоящего изобретения, а также показан однофазный инвертор, применимый, например, к устройству 10 преобразования AC-DC (устройству преобразования мощности с резонансной нагрузкой), показанному на фиг. 7.
[0035] Однофазный инвертор, показанный на фиг. 1, сконфигурирован таким образом, чтобы входная секция постоянного тока подключалась к входной секции Vdc напряжения линии постоянного тока; каждая из схем 100U, 100V, 100Х и 100Y групп переключателей, содержащая переключающие элементы (например, IGBT), образующие М последовательных и N параллельных соединений (М - целое число, равное 2 и более, N - целое число, равное 2 и более, например, на фиг. 1: М=2, N=3 (2 последовательные и 3 параллельные группы)), подключалась к соответствующим плечам, и сигнал Vout напряжения прямоугольной формы выводился между общей точкой соединения схем 100U и 100Х групп переключателей и общей точкой соединения схем 100V и 100Y групп переключателей.
[0036] Схема 100U групп переключателей верхнего плеча, представляющего собой одну фазу однофазного инвертора, содержит первую последовательную группу, в которой два переключающих элемента U11 и U12 соединены последовательно, вторую последовательную группу, в которой два переключающих элемента U21 и U22 соединены последовательно, и третью последовательную группу, в которой два переключающих элемента U31 и U32 соединены последовательно. Схема 100U групп переключателей сконфигурирована таким образом, чтобы эти три последовательные группы - с первой по третью - были соединены параллельно проводниками главной цепи между этими тремя последовательными группами.
[0037] Схема 100Х групп переключателей нижнего плеча, представляющего собой одну фазу однофазного инвертора, содержит первую последовательную группу, в которой два переключающих элемента X11 и Х12 соединены последовательно, вторую последовательную группу, в которой два переключающих элемента Х21 и Х22 соединены последовательно, и третью последовательную группу, в которой два переключающих элемента Х31 и Х32 соединены последовательно. Схема 100Х групп переключателей сконфигурирована таким образом, чтобы эти три последовательные группы - с первой по третью - были соединены параллельно проводниками главной цепи между этими тремя последовательными группами.
[0038] Схема 100V групп переключателей верхнего плеча, представляющего собой другую, фазу однофазного инвертора, содержит первую последовательную группу, в которой два переключающих элемента V11 и V12 соединены последовательно, вторую последовательную группу, в которой два переключающих элемента V21 и V22 соединены последовательно, и третью последовательную группу, в которой два переключающих элемента V31 и V32 соединены последовательно. Схема 100V групп переключателей сконфигурирована таким образом, чтобы эти три последовательные группы - с первой по третью - были соединены параллельно проводниками главной цепи между этими тремя последовательными группами.
[0039] Схема 100Y групп переключателей нижнего плеча, представляющего собой другую фазу однофазного инвертора, содержит первую последовательную группу, в которой два переключающих элемента Y11 и Y12 соединены последовательно, вторую последовательную группу, в которой два переключающих элемента Y21 и Y22 соединены последовательно, и третью последовательную группу, в которой два переключающих элемента Y31 и Y32 соединены последовательно. Схема 100Y групп переключателей сконфигурирована таким образом, чтобы эти три последовательные группы - с первой по третью - были соединены параллельно проводниками главной цепи между этими тремя последовательными группами.
[0040] Каждая последовательная группа формируется модулем, объединяющим два элемента. Два переключающих элемента в каждой последовательной группе соединяются внутри модуля.
[0041] Как описано выше, в соответствии с конфигурацией однофазного инвертора, показанного на фиг. 1, поскольку переключающие элементы схемы групп переключателей соединены последовательно и параллельно (поскольку соединение схемы групп переключателей представляет собой последовательное и параллельное соединение), количество проводников главной цепи, соединяющих входную секцию Vdc линии напряжения постоянного тока и входную клемму постоянного тока каждого переключающего элемента верхнего и нижнего плеча, а также соединяющих выходную секцию Vout сигнала напряжения прямоугольной формы и выходную клемму каждого переключающего элемента верхнего и нижнего плеча, может быть уменьшено относительно количества переключающих элементов (М×N) (количество проводников главной цепи может быть меньше количества переключающих элементов (М×N)). Кроме того, поскольку соединение переключающих элементов схемы групп переключателей представляет собой последовательное и параллельное соединение, пространство размещения проводника главной цепи не увеличивается пропорционально количеству переключающих элементов (М×N), и изменения импеданса вследствие изменений длины маршрута проводника главной цепи могут быть уменьшены.
[0042] Секция управления (контроллер), управляющая однофазным инвертором, показанным на фиг. 1, содержит секцию генерации команды стробирования (генератор команды стробирования), которая генерирует тактовые сигналы и стробирующие командные сигналы в соответствии с шаблоном генерации стробирующего командного сигнала, изображенным на фиг. 2. Секция управления осуществляет двухпозиционное управление каждым переключающим элементом посредством стробирующего командного сигнала.
[0043] На фиг. 2 показан шаблон генерации командного стробирующего сигнала для случая, когда число М последовательных соединений равно 2, и число N параллельных соединений равно 3, в соответствии со схемой, показанной на фиг. 1, и в шаблоне используется тактовый сигнал отпирания (ON) и запирания (OFF) команды выходного напряжения (Vout_ref) однофазного инвертора в качестве запускающего сигнала, при этом один период (один цикл) составляет 2*M*N=12 тактов, сигнал отпирания подается в течение 2*N*(M-1)+1=7 тактов, а сигнал запирания - в течение (2*М*N) - [2*N*(М-1)+1]=5 тактов.
[0044] Таким образом, показанный на фиг. 2 шаблон генерации командного стробирующего сигнала формируется из следующих компонентов:
тактовый сигнал отпирания (ON) и запирания (OFF) команды выходного напряжения (Vout_ref) однофазного инвертора, являющийся запускающим сигналом,
стробирующий командный сигнал переключающих элементов U11 и Y11 (U11_gate/Y11_gate), один период (цикл) которого составляет 12 (2 × (М последовательных соединений) × (N параллельных соединений)) тактов, и сигнал отпирания (ON) выводится в течение периода, составляющего 7 (2 × (N параллельных соединений) × (М последовательных соединений - 1)+1) тактов, а сигнал запирания (OFF) выводится в течение периода, составляющего 5 [(2 × (М последовательных соединений) × (N параллельных соединений)) - (2 × (N параллельных соединений) × (М последовательных соединений - 1) + 1)] тактов,
стробирующий командный сигнал переключающих элементов X11 и V11 (X11_gate/V11_gate), который задержан на 1 такт относительно стробирующего командного сигнала U11_gate/Y11_gate и выводится с теми же периодами отпирания и запирания, что и стробирующий командный сигнал U11_gate/Y11_gate,
стробирующий командный сигнал переключающих элементов U21 и Y21 (U21_gate/Y21_gate), который задержан на 1 такт относительно стробирующего командного сигнала X11_gate/V11_gate и выводится с теми же периодами отпирания и запирания, что и стробирующий командный сигнал X11_gate/V11_gate,
стробирующий командный сигнал переключающих элементов Х21 и V21 (X21_gate/V21_gate), который задержан на 1 такт относительно стробирующего командного сигнала U21_gate/Y21_gate и выводится с теми же периодами отпирания и запирания, что и стробирующий командный сигнал U21 _gate/Y21_gate,
стробирующий командный сигнал переключающих элементов U31 и Y31 (U31_gate/Y31_gate), который задержан на 1 такт по сравнению со стробирующим командным сигналом X21_gate/V21_gate и выводится с теми же периодами отпирания и запирания, что и стробирующий командный сигнал X21_gate/V21_gate,
стробирующий командный сигнал переключающих элементов Х31 и V31 (X31_gate/V31_gate), который задержан на 1 такт по сравнению со стробирующим командным сигналом U31_gate/Y31_gate и выводится с теми же периодами отпирания и запирания, что и стробирующий командный сигнал U31_gate/Y31_gate,
стробирующий командный сигнал переключающих элементов U12 и Y12 (U12_gate/Y12_gate), который задержан на 1 такт относительно стробирующего командного сигнала X31_gate/V31_gate и выводится с теми же периодами отпирания и запирания, что и стробирующий командный сигнал X31_gate/V31_gate,
стробирующий командный сигнал переключающих элементов X12 и V12 (X12_gate/V12_gate), который задержан на 1 такт относительно стробирующего командного сигнала U12_gate/Y12_gate и выводится с теми же периодами отпирания и запирания, что и стробирующий командный сигнал U12_gate/Y12_gate,
стробирующий командный сигнал переключающих элементов U22 и Y22 (U22_gate/Y22_gate), который задержан на 1 такт относительно стробирующего командного сигнала X12_gate/V12_gate и выводится с теми же периодами отпирания и запирания, что и стробирующий командный сигнал X12_gate/V12_gate,
стробирующий командный сигнал переключающих элементов Х22 и V22 (X22_gate/V22_gate), который задержан на 1 такт относительно стробирующего командного сигнала U22_gate/Y22_gate и выводится с теми же периодами отпирания и запирания, что и стробирующий командный сигнал U22_gate/Y22_gate,
стробирующий командный сигнал переключающих элементов U32 и Y32 (U32_gate/Y32_gate), который задержан на 1 такт по сравнению со стробирующим командным сигналом X22_gate/V22_gate и выводится с теми же периодами отпирания и запирания, что и стробирующий командный сигнал X22_gate/V22_gate,
стробирующий командный сигнал переключающих элементов Х32 и V32 (X32_gate/V32_gate), который задержан на 1 такт относительно стробирующего командного сигнала U32_gate/Y32_gate и выводится с теми же периодами отпирания и запирания, что и стробирующий командный сигнал U32_gate/Y32_gate,
[0045] Для каждого переключающего элемента, показанного на фиг. 1, используется двухпозиционное управление посредством стробирующих командных сигналов U11_gate/Y11_gate … X32_gate/V32_gate с повторяющимися шаблонами (1) … (12), изображенными на фиг. 2.
[0046] Взаимосвязь с выходным током при двухпозиционном управлении каждым переключающим элементом схем групп переключателей, изображенных на фиг. 1, посредством показанного на фиг. 2 шаблона генерации командного стробирующего сигнала иллюстрируется на фиг. 3A-3F и 4A-4F.
[0047] Фиг. 3A-3F соответствуют шаблонам (1)-(6), показанным на фиг. 2. Фиг. 4A-4F соответствуют шаблонам (7)-(12), показанным на фиг. 2. На фиг. 3A-3F и 4A-4F переключающий элемент, управляемый сигналом отпирания команды стробирования, указывается меткой "ON", и маршрут выходного тока Iout, протекающего через этот переключающий элемент и нагрузку, показан стрелкой.
[0048] На фиг. 3А-3F и 4А-4F показана резонансная нагрузка, такая как устройство индукционного нагрева.
[0049] Согласно шаблону (1), показанному на фиг. 3А, переключающие элементы U11, Y11, U12, Y12, Х12, V12, U22, Y22, Х22, V22, U32, Y32, Х32 и V32 управляются сигналом отпирания (ON). Переключающие элементы X11, V11, U21, Y21, Х21, V21, U31, Y31, Х31 и V31 управляются сигналом запирания (OFF). Вследствие этого ток протекает по следующему маршруту: переключающие элементы U11 → U12 → нагрузка → переключающие элементы Y11 → Y12.
[0050] Согласно шаблону (2), показанному на фиг. 3В, переключающие элементы U11 Y11, X11, V11, Х12, V12, U22, Y22, Х22, V22, U32, Y32, Х32 и V32 управляются сигналом отпирания (ON). Переключающие элементы U12, Y12, U21, Y21, Х21, V21, U31, Y31, Х31 и V31 управляются сигналом запирания (OFF). Вследствие этого ток протекает по следующему маршруту: переключающие элементы V11 → V12 → нагрузка → переключающие элементы X11 → X12.
[0051] Согласно шаблону (3), показанному на фиг. 3С, переключающие элементы U11, Y11, X11, V11, U21, Y21, U22, Y22, Х22, V22, U32, Y32, Х32 и V32 управляются сигналом отпирания (ON). Переключающие элементы U12, Y12, Х12, V12, Х21, V21, U31, Y31, Х31 и V31 управляются сигналом запирания (OFF). Вследствие этого ток протекает по следующему маршруту: переключающие элементы U21 → U22 → нагрузка → переключающие элементы Y21 → Y22.
[0052] Согласно шаблону (4), показанному на фиг. 3D, переключающие элементы U11, Y11, X11, V11, U21, Y21, Х21, V21, Х22, V22, U32, Y32, Х32 и V32 управляются сигналом отпирания (ON). Переключающие элементы U12, Y12, Х12, V12, U22, Y22, U31, Y31, Х31 и V31 управляются сигналом запирания (OFF). Вследствие этого ток протекает по следующему маршруту: переключающие элементы V21 → V22 → нагрузка → переключающие элементы Х21 → Х22.
[0053] Согласно шаблону (5), показанному на фиг. 3Е, переключающие элементы U11, Y11, X11, V11, U21, Y21, Х21, V21, U31, Y31, U32, Y32, Х32 и V32 управляются сигналом отпирания (ON). Переключающие элементы U12, Y12, X12, V12, U22, Y22, Х22, V22, Х31 и V31 управляются сигналом запирания (OFF). Вследствие этого ток протекает по следующему маршруту: переключающие элементы U31 → U32 → нагрузка → переключающие элементы Y31 → Y32.
[0054] Согласно шаблону (6), показанному на фиг. 3F, переключающие элементы U11, Y11, X11, V11, U21, Y21, Х21, V21, U31, Y31, Х31, V31, Х32 и V32 управляются сигналом отпирания (ON). Переключающие элементы U12, Y12, X12, V12, U22, Y22, Х22, V22, U32 и Y32 управляются сигналом запирания (OFF). Вследствие этого ток протекает по следующему маршруту: переключающие элементы V31 → V32 → нагрузка → переключающие элементы Х31 → Х32.
[0055] Согласно шаблону (7), показанному на фиг. 4А, переключающие элементы U11, Y11, U12, Y12, X11, V11, U21, Y21, Х21, V21, U31, Y31, Х31 и V31 управляются сигналом отпирания (ON). Переключающие элементы X12, V12, U22, Y22, Х22, V22, U32, Y32, Х32 и V32 управляются сигналом запирания (OFF). Вследствие этого ток протекает по следующему маршруту: переключающие элементы U11 → U12 → нагрузка → переключающие элементы Y11 → Y12.
[0056] Согласно шаблону (8), показанному на фиг. 4В, переключающие элементы U12, Y12, X11, V11, Х12, V12, U21, Y21, Х21, V21, U31, Y31, Х31 и V31 управляются сигналом отпирания (ON). Переключающие элементы U11, Y11, U22, Y22, Х22, V22, U32, Y32, Х32 и V32 управляются сигналом запирания (OFF). Вследствие этого ток протекает по следующему маршруту: переключающие элементы V11 → V12 → нагрузка → переключающие элементы X11 → X12.
[0057] Согласно шаблону (9), показанному на фиг. 4С, переключающие элементы U12, Y12, Х12, V12, U21, Y21, U22, Y22, Х21, V21, U31, Y31, Х31 и V31 управляются сигналом отпирания (ON). Переключающие элементы U11, Y11, X11, V11, Х22, V22, U32, Y32, Х32 и V32 управляются сигналом запирания (OFF). Вследствие этого ток протекает по следующему маршруту: переключающие элементы U21 → U22 → нагрузка → переключающие элементы Y21 → Y22.
[0058] Согласно шаблону (10), показанному на фиг. 4D, переключающие элементы U12, Y12, Х12, V12, U22, Y22, Х21, V21, Х22, V22, U31, Y31, Х31 и V31 управляются сигналом отпирания (ON). Переключающие элементы U11, Y11, X11, V11, U21, Y21, U32, Y32, Х32 и V32 управляются сигналом запирания (OFF). Вследствие этого ток протекает по следующему маршруту: переключающие элементы V21 → V22 → нагрузка → переключающие элементы Х21 → Х22.
[0059] Согласно шаблону (11), показанному на фиг. 4Е, переключающие элементы U12, Y12, Х12, V12, U22, Y22, Х22, V22, U31, Y31, U32, Y32, Х31 и V31 управляются сигналом отпирания (ON). Переключающие элементы U11, Y11, X11 V11, U21, Y21, Х21, V21, Х32 и V32 управляются сигналом запирания (OFF). Вследствие этого ток протекает по следующему маршруту: переключающие элементы U31 → U32 → нагрузка → переключающие элементы Y31 → Y32.
[0060] Согласно шаблону (12), показанному на фиг. 4F, переключающие элементы U12, Y12, X12, V12, U22, Y22, Х22, V22, U32, Y32, Х31, V31, Х32 и V32 управляются сигналом отпирания (ON). Переключающие элементы U11, Y11, X11, V11, U21, Y21, Х21, V21, U31 и Y31 управляются сигналом запирания (OFF). Вследствие этого ток протекает по следующему маршруту: переключающие элементы V31 → V32 → нагрузка → переключающие элементы Х31 → Х32.
[0061] Путем последовательного переключения (двухпозиционного управления) каждого переключающего элемента (то есть путем выполнения операции разделения по времени для каждого переключающего элемента) посредством шаблонов (1)-(12), показанных на фиг. 3A-3F и 4A-4F, возможно уменьшить задающую частоту переключающего элемента до значения 1/(М×N), которое обратно пропорционально произведению (М×N) количества последовательных и параллельных соединений, то есть до 1/6. Кроме того, поскольку период отпирания и запирания переключающего элемента длится в течение множества тактов, предел выходной частоты, который зависит от предельного значения минимальной длительности импульса, определяемой характеристиками элементов, может быть устранен (выходная частота устройства преобразования AC-DC не ограничивается характеристиками переключающего элемента).
[0062] Помимо этого, поскольку переключающие элементы схемы групп переключателей соединены последовательно и параллельно (поскольку соединение переключающих элементов схемы групп переключателей представляет собой последовательное и параллельное соединение), количество проводников главной цепи, соединяющих входную секцию Vdc линии напряжения постоянного тока и входную клемму постоянного тока каждого переключающего элемента верхнего и нижнего плеча, а также соединяющих выходную секцию Vout сигнала напряжения прямоугольной формы и выходную клемму каждого переключающего элемента верхнего и нижнего плеча, может быть уменьшено относительно количества переключающих элементов (М×N) (количество проводников главной цепи может быть меньше количества переключающих элементов (М×N)). Кроме того, поскольку соединение переключающих элементов схемы групп переключателей представляет собой последовательное и параллельное соединение, пространство размещения проводника главной цепи не увеличивается пропорционально количеству переключающих элементов (М×N), и изменения импеданса вследствие изменений длины маршрута проводника главной цепи могут быть уменьшены.
[0063] В данном случае количество М последовательных соединений переключающих элементов в схеме групп переключателей для каждого плеча однофазного инвертора не ограничено двумя соединениями, а может составлять 3 или более соединений. Кроме того, количество N параллельных соединений не ограничено тремя соединениями, а может составлять 2 или 4, или более соединений. Возможно также уменьшить задающую частоту (частоту переключения) переключающего элемента однофазного инвертора обратно пропорционально произведению (М×N) количества последовательных и параллельных соединений.
Вариант 2 осуществления изобретения
[0064] На фиг. 5 показана конфигурация секции однофазного инвертора в соответствии с вариантом 2 осуществления настоящего изобретения, а также показан однофазный инвертор, применимый, например, к устройству 10 преобразования AC-DC с резонансной нагрузкой (устройству преобразования мощности с резонансной нагрузкой), показанному на фиг. 7.
[0065] Однофазный инвертор, показанный на фиг. 5, сконфигурирован таким образом, чтобы входная секция постоянного тока подключалась к входной секции Vdc напряжения линии постоянного тока; схемы 200U, 200V, 200Х и 200Y групп переключателей, каждая из которых содержит переключающие элементы (например, IGBT), образующие М последовательных и N параллельных соединений (М - целое число, не меньшее 2, N - целое число, не меньшее 2, например, на фиг. 5 М составляет 3 или более, N составляет 3 или более), подключались к соответствующим плечам, и сигнал Vout выходного напряжения прямоугольной формы выводился между общей точкой соединения схем 200U и 200Х групп переключателей и общей точкой соединения схем 200V и 200Y групп переключателей.
[0066] Схема 200U групп переключателей верхнего плеча, представляющего собой одну фазу однофазного инвертора, содержит первую последовательную группу, в которой m переключающих элементов U11, U12 … U1m соединены последовательно, вторую последовательную группу, в которой m переключающих элементов U21, U22 … U2m соединены последовательно, и n-ю последовательную группу, в которой m переключающих элементов Un1. Un2 … Unm соединены последовательно. Схема 200U групп переключателей сконфигурирована таким образом, чтобы эти n последовательных групп - с первой по n-ю - были соединены параллельно проводниками главной цепи между этими n последовательными группами.
[0067] Схема 200Х групп переключателей нижнего плеча, представляющего собой одну фазу однофазного инвертора, содержит первую последовательную группу, в которой m переключающих элементов X11, Х12 … X1m соединены последовательно, вторую последовательную группу, в которой m переключающих элементов Х21, Х22 … X2m соединены последовательно, и n-ю последовательную группу, в которой m переключающих элементов Xn1. Xn2 … Xnm соединены последовательно. Схема 200Х групп переключателей сконфигурирована таким образом, чтобы эти n последовательных групп - с первой по n-ю - были соединены параллельно проводниками главной цепи между этими n последовательными группами.
[0068] Схема 200V групп переключателей верхнего плеча, представляющего собой другую фазу однофазного инвертора, содержит первую последовательную группу, в которой m переключающих элементов V11, V12 … V1m соединены последовательно, вторую последовательную группу, в которой m переключающих элементов V21, V22 … V2m соединены последовательно, и n-ю последовательную группу, в которой m переключающих элементов Vn1, Vn2 … Vnm соединены последовательно. Схема 200V групп переключателей сконфигурирована таким образом, чтобы эти n последовательных групп - с первой по n-ю - были соединены параллельно проводниками главной цепи между этими n последовательными группами.
[0069] Схема 200Y групп переключателей нижнего плеча, представляющего собой другую, фазу однофазного инвертора, содержит первую последовательную группу, в которой m переключающих элементов Y11, Y12 … Y1m соединены последовательно, вторую последовательную группу, в которой m переключающих элементов Y21, Y22 … Y2m соединены последовательно, и n-ю последовательную группу, в которой m переключающих элементов Yn1, Yn2 … Ynm соединены последовательно. Схема 200Y групп переключателей сконфигурирована таким образом, чтобы эти n последовательных групп - с первой по n-ю - были соединены параллельно проводниками главной цепи между этими n последовательными группами.
[0070] Каждая последовательная группа, состоящая из m переключающих элементов, формируется одним модулем. И m переключающих элементов в каждой последовательной группе соединяются внутри модуля.
[0071] Как описано выше, в соответствии с конфигурацией однофазного инвертора, показанного на фиг. 5, поскольку переключающие элементы схемы групп переключателей соединены последовательно и параллельно (поскольку соединение переключающих элементов схемы групп переключателей представляет собой последовательное и параллельное соединение), количество проводников главной цепи, соединяющих входную секцию Vdc линии напряжения постоянного тока и входную клемму постоянного тока каждого переключающего элемента верхнего и нижнего плеча, а также соединяющих выходную секцию Vout сигнала напряжения прямоугольной формы и выходную клемму каждого переключающего элемента верхнего и нижнего плеча, может быть уменьшено относительно количества переключающих элементов (М×N) (количество проводников главной цепи может быть меньше количества переключающих элементов (М×N)). Кроме того, поскольку соединение переключающих элементов схемы групп переключателей представляет собой последовательное и параллельное соединение, пространство размещения проводника главной цепи не увеличивается пропорционально количеству переключающих элементов (М×N), и изменения импеданса вследствие изменений длины маршрута проводника главной цепи могут быть уменьшены.
[0072] Секция управления (контроллер), управляющая однофазным инвертором, показанным на фиг. 5, содержит секцию генерации команды стробирования, которая генерирует тактовые сигналы и стробирующие командные сигналы, например, показанные в виде шаблона генерации стробирующего командного сигнала, изображенного на фиг. 6. Секция управления осуществляет двухпозиционное управление каждым переключающим элементом посредством стробирующего командного сигнала.
[0073] На фиг. 6 показан шаблон генерации командного стробирующего сигнала для случая, когда число М последовательных соединений переключающих элементов в схеме групп переключателей для каждого плеча в однофазном инверторе равно 3, и число N параллельных соединений равно 6, один период (один цикл) составляет 2*М*N=36 тактов, сигнал отпирания подается в течение 2*N*(М-1)+1=25 тактов, а сигнал запирания - в течение (2*М*N)-[2*N*(М-1)+1]=11 тактов.
[0074] В данном случае на фиг. 6 не показаны:
стробирующий командный сигнал U31_gate/Y31_gate переключающих элементов U31 и Y31 … стробирующий командный сигнал X(n-1)1_gate/V(n-1)1_gate переключающих элементов X(n-1)1 and V(n-1)1,
стробирующий командный сигнал U32_gate/Y32_gate переключающих элементов U32 и Y32 … стробирующий командный сигнал X(n-1)2_gate/V(n-1)2_gate переключающих элементов Х(n-1)2 и V(n-1)2,
стробирующий командный сигнал U1m_gate/Y1m_gate переключающих элементов U1m и Y1m … стробирующий командный сигнал X(n-1)m_gate/V(n-1)m_gate переключающих элементов X(n-1)m и V(n-1)m.
[0075] Таким образом, показанный на фиг. 6 шаблон генерации командного стробирующего сигнала формируется из следующих компонентов:
тактовый сигнал отпирания (ON) и запирания (OFF) команды выходного напряжения (Vout_ref) однофазного инвертора, являющийся запускающим сигналом,
стробирующий командный сигнал переключающих элементов U11 и Y11 (U11_gate/Y11_gate), один период (цикл) которого составляет 36 (2 × (М последовательных соединений) × (N параллельных соединений)) тактов, и сигнал отпирания (ON) выводится в течение периода, составляющего 25 (2 × (N параллельных соединений) × (М последовательных соединений - 1) + 1) тактов, а сигнал запирания (OFF) выводится в течение периода, составляющего 11 [(2 × (М последовательных соединений) × (N параллельных соединений)) - (2 × (N параллельных соединений) × (М последовательных соединений - 1) + 1)] тактов,
стробирующий командный сигнал переключающих элементов X11 и V11 (X11_gate/V11_gate), который задержан на 1 такт относительно стробирующего командного сигнала U11_gate/Y11_gate и выводится с теми же периодами отпирания и запирания, что и стробирующий командный сигнал U11_gate/Y11_gate,
стробирующий командный сигнал переключающих элементов U21 и Y21 (U21_gate/Y21_gate), который задержан на 1 такт относительно стробирующего командного сигнала X11_gate/V11_gate и выводится с теми же периодами отпирания и запирания, что и стробирующий командный сигнал X11_gate/V11_gate,
стробирующий командный сигнал переключающих элементов Х21 и V21 (X21_gate/V21_gate), который задержан на 1 такт относительно стробирующего командного сигнала U21_gate/Y21_gate и выводится с теми же периодами отпирания и запирания, что и стробирующий командный сигнал U21_gate/Y21_gate,
…
стробирующий командный сигнал переключающих элементов Un1 и Yn1 (Un1_gate/Yn1_gate), который задержан на 1 такт относительно стробирующего командного сигнала X(n-1)1_gate/V(n-1)1_gate и выводится с теми же периодами отпирания и запирания, что и стробирующий командный сигнал X(n-1)1_gate/V(n-1)1_gate,
стробирующий командный сигнал переключающих элементов Xn1 и Vn1 (Xn1_gate/Vn1_gate), который задержан на 1 такт относительно стробирующего командного сигнала Un1_gate/Yn1_gate и выводится с теми же периодами отпирания и запирания, что и стробирующий командный сигнал Un1_gate/Yn1_gate,
стробирующий командный сигнал переключающих элементов U12 и Y12 (U12_gate/Y12_gate), который задержан на 1 такт относительно стробирующего командного сигнала Xn1_gate/Vn1_gate и выводится с теми же периодами отпирания и запирания, что и стробирующий командный сигнал Xn1_gate/Vn1_gate,
стробирующий командный сигнал переключающих элементов Х12 и V12 (X12_gate/V12_gate), который задержан на 1 такт относительно стробирующего командного сигнала U12_gate/Y12_gate и выводится с теми же периодами отпирания и запирания, что и стробирующий командный сигнал U12_gate/Y12_gate,
стробирующий командный сигнал переключающих элементов U22 и Y22 (U22_gate/Y22_gate), который задержан на 1 такт относительно стробирующего командного сигнала X12_gate/V12_gate и выводится с теми же периодами отпирания и запирания, что и стробирующий командный сигнал X12_gate/V12_gate,
стробирующий командный сигнал переключающих элементов Х22 и V22 (X22_gate/V22_gate), который задержан на 1 такт относительно стробирующего командного сигнала U22_gate/Y22_gate и выводится с теми же периодами отпирания и запирания, что и стробирующий командный сигнал U22_gate/Y22_gate,
…
стробирующий командный сигнал переключающих элементов Un2 и Yn2 (Un2_gate/Yn2_gate), который задержан на 1 такт относительно стробирующего командного сигнала X(n-1)2_gate/V(n-1)2_gate и выводится с теми же периодами отпирания и запирания, что и стробирующий командный сигнал X(n-1)2_gate/V(n-1)2_gate,
стробирующий командный сигнал переключающих элементов Xn2 и Vn2 (Xn2_gate/Vn2_gate), который задержан на 1 такт относительно стробирующего командного сигнала Un2_gate/Yn2_gate и выводится с теми же периодами отпирания и запирания, что и стробирующий командный сигнал Un2_gate/Yn2_gate,
…
стробирующий командный сигнал переключающих элементов Unm и Ynm (Unm_gate/Ynm_gate), который задержан на 1 такт относительно стробирующего командного сигнала X(n-1)m_gate/V(n-1)m_gate и выводится с теми же периодами отпирания и запирания, что и стробирующий командный сигнал X(n-1)m_gate/V(n-1)m_gate, и
стробирующий командный сигнал переключающих элементов Xnm и Vnm (Xnm_gate/Vnm_gate), который задержан на 1 такт относительно стробирующего командного сигнала Unm_gate/Ynm_gate и выводится с теми же периодами отпирания и запирания, что и стробирующий командный сигнал Unm_gate/Ynm_gate.
[0076] Для каждого переключающего элемента в том случае, когда количество М последовательных соединений переключающих элементов в схеме группы переключения для каждого плеча однофазного инвертора составляет 3, а количество N параллельных соединений составляет 6, выполняется двухпозиционное управление с помощью каждого сгенерированного стробирующего командного сигнала U11_gate/Y11_gate … Xnm_gate/Vnm_gate, показанного на фиг. 6, с использованием повторяющихся шаблонов в течение одного периода (одного цикла) (2×М×N тактов).
[0077] Путем последовательного переключения (двухпозиционного управления) каждого переключающего элемента (то есть путем выполнения операции разделения по времени для каждого переключающего элемента) посредством шаблонов, показанных на фиг. 6, возможно уменьшить задающую частоту одного переключающего элемента до значения 1/(М×N), которое обратно пропорционально произведению (М×N) количества последовательных и параллельных соединений, то есть до 1/18.
[0078] Кроме того, поскольку период отпирания и запирания переключающего элемента длится в течение множества тактов, предел выходной частоты, который зависит от предельного значения минимальной длительности импульса, определяемой характеристиками элементов, может быть устранен (выходная частота устройства преобразования AC-DC не ограничивается характеристиками переключающего элемента).
[0079] Помимо этого, поскольку переключающие элементы схемы групп переключателей соединены последовательно и параллельно (поскольку соединение переключающих элементов схемы групп переключателей представляет собой последовательное и параллельное соединение), количество проводников главной цепи, соединяющих входную секцию Vdc линии напряжения постоянного тока и входную клемму постоянного тока каждого переключающего элемента верхнего и нижнего плеча, а также соединяющих выходную секцию Vout сигнала напряжения прямоугольной формы и выходную клемму каждого переключающего элемента верхнего и нижнего плеча, может быть уменьшено относительно количества переключающих элементов (М×N) (количество проводников главной цепи может быть меньше количества переключающих элементов (М×N)). Кроме того, поскольку соединение переключающих элементов схемы групп переключателей представляет собой последовательное и параллельное соединение, пространство размещения проводника главной цепи не увеличивается пропорционально количеству переключающих элементов (М×N), и изменения импеданса вследствие изменений длины маршрута проводника главной цепи могут быть уменьшены.