Устройство для управления многофазным преобразователем Советский патент 1984 года по МПК H02P13/16 

ходом интегратора, а другой - с первым выходом источника опорных напряжений , один вход интегратора соединен с выходом делителя выходного напряжения, а другой - с вторым выходом источника опорных напряжений, цепи питания интегратора, компаратора и согласукицего элемента подключены к первому выходу источника вспомогательных напряжений.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ .: МНОГОФАЗНЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ; В каждой ИЗ Л/ фаз-которого содержится управляекйй силовой ключ, а входы и выходы фаз соединены сортнетстаейно с источником питания и. нагрузкой, содержащее последовательно вйлюченные генератор тактовых импульсов и распределитель импульсов, к выходу которого подключены управляющие входы Л/ формирователей ширины импульсов, выходы последних предназначены для подключения управляющих вхо-дов управляемых силовых ключей соответствующих фаз преобразойателя, источник опорных напряжений, подключенный к первому выходу источника .вспомогательных напряжений, делитель выходного напряжения, вход которого предназначен для подключения к нагрузке преобразователя, каждый формирователь ширины импульсов содер-. жит i -триггер управления и формирователь импульса сброса,, о т л ичающ,ееся тем, что,-с целью повышения точности, оно снабжено формирователем коротких импульсов синхронизации, интегратором напряжения с ключом сброса,; блоком согласования уровней, компаратором, элементом ИЛИ на N входов, кроме того, каждый из N формирователей ширины импульсов снабжен элементом И-НЕ на два входа, элементом И-НЕ на три входа, двумя развязывающими диодами, D-триггероМ готовности и элементом задержки, при этом один из входов элемента И-НЕ на два входа каждого из N формирователей ширины импульсов подключены к одному из N выходов распределителя импульсов, другой вход указанного элемента подключен к выходу общего для всех фаз формирователя коротких импульсов синхронизации, а выход непосредственно подключен к входу синхронизации D-триггера управления и через развязывающий диод - к R-входу D-триг(/) С гера управления, который указанным входом через другой развязывающий диол подключен к выходу элемента И-НЕ на три входа, первый вход которого подключен к прямому выходу D-триггера управления, второй вход к выходу общего для всех фаз компаратора, третий вход через элемент задержки - к прямому выходу D-триггера готовности, R -вход которого подключен к выходу формирователя импульсов сброса, а вход синхронизации - к общей точке соединения инверсного выхода В -триггера управления и входа формирователя импульсов сброса предыдущего формирователя ширины импульсов, 1 -входы D -триггеров управления и готовности всех N формирователей ширины импульсов подключены к второму выходу источника вспомогательных напряжений, выход . формирователя импульсов сброса каждо го из W формирователей ширины импульсов подключен к соответствующему входу элемента ИЛИ на W входов, выход которого через согласующий эле- мент подключен к входу ключа сброса, один вход компаратора соединен с вы-

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах электропитания радио электронных приборов, систем автома тики, в частности, с многофазными импульсшлми стабилизаторами, содержащими N вьаполненных по любой из из вестных схем импульсного преобразования и регулирования электрической энергии фаз, входные и выходные цепи которых подключены параллельно и последовательно к источнику питания и Нагрузке соответственно. Каждая фаза .содержит свои силовые ком мутирующие элементы - управляемы кл дроссель фильтра и обратный диод. Известно устройство для управления многофазным импульсным преобразователем,- содержащее генератор син хроимпульсов , формирователь импульсов синхронизации широтно-импульсного модулятора, N -разрядный регистр сдвига, источник опорного напряжения, схему сравнения М. Недостатками указанного устройст ва являются пониженная надежность, низкое быстродействие и малые удельно массовые показатели вследствие того что равномерность распределения тока Нагрузки между параллельно работающими фазами увеличивается при увеличении числа N параллельного включения фаз.. Наиболее близким к предлагаемому является устройство для управления многофазных преобразователей, в каж дой из W фаз которого содержится управляемый силовой ключ, а входы и выходы фаз соединены соответствен но с источником питания и нагрузкой параллельно или последовательно, со держащее последовательно включенные генератор тактовых импульсов и распределитель импульсов, к выходу ко торого подключены управлякяцие входа формирователей ширины импульсов, выходы последних предназначены для подключения управляющих входов управляемых, силовых ключей соответствующих фаз преобразователя, источник опорных напряжений, подключенный . к первому выходу источника вспомогательных напряжений, де.литель выходного напряжения, вход которого предназначен для подключения к нагрузке преобразователя, каждый формирователь шириюл импульсов содержит D-триггер управления и формирователь импульса сброса Е2, Недостатками известного устройства являются низкая точность управления и изменение частоты преобразования при воздействии дестабили зирующих факторов. Цель изобретения - повьшение точности управления. Поставленная цель достигается тем, что устройство для управления многофазным преобразователем, в каждой из Л/ фаз которого содержится управляемый силовойключ, а входы и выходы фаз соединены соответственно с источником питания и нaгpyзкoй содержащее последовательно включенные генератор тактовых импульсов и распределитель импульсов, к выходукоторого подключены управляющие входы KJ формирователей ширины импульсов, выходы последних предназначены для подключения управляющих входов управляемых силовых ключей соответствующих фаз преобразователя, источник опорных напряжений, подключенный к первому выходу источника вспомогательных напряжений, делитель выходного напряжения, вход которого подключен к нагрузке преобразователя, каждый формирователь ширины импульсов содержит D -триггер управления иформирователь импульса сброса, снабжено формирователем коротких импульсов синхронизации , интегратором напряжения с ключом сброса, блоком согласования уровней, компаратором, элементом ИЛИ на Л/ входов, кроме того, каждый из А/ формирователей ширины импульсов снабжен элементом И-НЕ на два входа, элементом И-НЁ на три входа, двумя развязывающими диодами, Г -триггером готовности и элементом задержки, ЛрИ этом один из входов элемента И-НЕ на два входа каждого из f формирователей ширины импульсов подключен к одному из А/ выходов распределителя импульсов, другой вход указанного элемента подключен к выходу общего для всех фаз формирователя коротких импульсов синхронизации, а выход непосредственно подключен к входу синхройиэации D-триггера управления и через развязывающий диод - к R -входу D -триггера управлейия, который указанным вхсэдом через другой развязываю1ций диод подключен к выходу элемента И-НЕ на три входа, первый вход которого подключен к прямому выходу D-триггера управления, второй вход - к выходу общего для всех фаз компаратора .третий вход через элемент задержки к прямому выходу I) -триггера готовности, R -вход которого подключен к формирователя импульсов сброса,, а вход синхронизации - к общей точке соединения инверсного выхода J)-триггера управления и вхОда формирователя импульсов сброса предыдущего формирователя ширины импульсов. Р -входы Р -триггеров управления и готовности всех л/ форми рователей ширина импульсов подключены к второму выходу источника вспо могательных напряжений, выход формирователя импульсов сброса каждого из /У формирователей ширины импульсов подключен к соответствующему входу элемента ИЛИ на N входов, выход которого через согласующий элемент подключен к входу ключа сброса один вход компаратора соединен с выходом интегратора, ,а другой - с первым выходом источника опорных напряжений один вход интегратора соединен с- выходом делителя выходного напряжения а другой - с вторым выходом источника опорных напряжений, цепи питания интегратора, компаратора и согласующего/элемента подключены к первому выходу источника вспомогательных напряжений. На фиг.1 приведена схема предлагаемого устройства, на фиг.2 - временные диаграммы напряжений., Многофазный импульсный преобразователь содержит устройство 1 для управления ц силовых преобразователе фаз 2, нагрузку 3. . Уст1 ойство для управления содержит Л/ формирователей 4 ширины импуль сов и общие дпя всех фаз генератор 5тактовых импульсов, формирователь 6коротких импульсов синхронизации, распределитель 7 импульсов с л/выходами , элемент ИЛИ 8с Л/ входами, компаратор 9,: интегратор 10 напряжения источник 11 опорных напряжений, согласуклций элемент 12, ключ 13 :сброса, источник 14 вспомогательных напряжений, делитель 15 выходного напряжения. Каждый из W формироват1елей ширины импульсов содержит элемент И-НВ 16 на два входа элемент И-НЕ 17, на три входа, два развязываюЕОИх диода 18 и 19, 1) -триггер 20 управлёния D-триггер 21 готовности, формирователь 22 импульсов сброса,элемент 23 задержки. Многофазный импульсный преобразователь преобразует энергию первичного источника 24 питания. На временных диаграммах напряжений (фиг.2) обозначены а -внход генератора 5; б - выход формирователя 6- коротких импульсов синхронизации; в - первый выход распределителя 7 импульсов,- г - второй выход распределителя 7 импульсов,- д - N выход распределителя 7 импульсов; е - выход элемента И-НЕ 16 первого формирователя 4 ширины импульсов; ж - выход логического элемента И-НЕ 16 второго формирователя 4 ширины импульсов 3 - выход логического элемента И-НЕ 16 формирователя 4 ширины импульсов; и - прямой D -выход триггера 20 управления первого формирователя 4 ширины импульсов; к - прямой выход D -триггера 20 управления- второго формирователя 4 ширины импульсов; л - прямой выход D-триггера 20 управления N-ro формирователя 4 ширины импульсов м - прямой выход D -триггера 21 готовности первого форми- рователя 4 ширины импульсов; н прямой выход D -триггера 21 готовности второго формирователя 4 ширины импульсов; о - прямой выход Dтриггера 21 готовности N-ro формирователя 4 ширины импульсов; п выход формирователя 22 импульсов сброса первого формирователя 4 ширины импульсов; р - выход формирователя 22 импульсов сброса второго формирователя 4 ширины импульсов; с - выход формирователя 22 импульсов сброса Л/-го формирователя 4 ширины импульсов; т - выход логического элемента ИЛИ 8; у - входы компаратора 9. Выходы первого, второго,.,. М-го формирователя ширины импульсов, npHNttje выходы D -триггеров 20 управ ления подключены к управляющей цепи, первой, второй ... W-й преобразовательной фазы 2 соответственно. В зависимости от предъявляемых нагрузкой требований преобразовательные фазы 2 могут быть выполнены по любой известной схеме импульсного преобразования электрической энергии. . I При этом силовые цепи фаз2 могут подключаться к первичному источнику 24 питания и к нагрузке 3 как последовательно, так и параллельно Каждая фаза 2 содержит силовые коммутирующие элементы: yпpaвляe ый ключ, дроссель фильтра и обратный диод, управляющую цепь. Управляющая цепь фазы обеспечивает сопряжение выходных цепей формирователей 4- ширины импульсов с -управляемыми силовыми ключами фаз 2.. Выход генератора 5 подключен jc :входной

цепи формирователя 6 распределителя 7 импульсов. Шлход формирователя 6 подключен к одному из входов элемента И-НЕ 16 каждого из формирователей 4. Другой вход указанного эле мента И-НЕ 16 первого, второго,... 5 А/-ГО формирователя подключен к первому, второму...Л/-у выходу распределителя 7 импульсов соответственно. В каждом из формирователей 4 имеются следующие связи. Выход элемента Ю И-НЕ-16 подключен непосредственно к входу синхронизации С и через развязывающий диод 19 к R -входу D триггера 20 -управления, прямой выход которого подключен к входу фор- 15 мирователя 22 и к первому входу элемента И-НЕ 17. Второй вход элемента И-НЕ 17 подключен к выходу компаратора 9 и аналогичным Bxo;ijaM элементов И-НЕ 17 других (А/-1) фор- 20 мирователей 4. Третий вход элементов/ И-НЕ 17 подключен через элемент 23, задержки к прямому выходу ХЬтриггера управления, R-вход которого подключен к выходу формирователя 22. Выход 25 формирователя 22 первого, второго... К-го формирователя 4 подключен к первому, второму..,W-y входу элемента ИЛИ 8 соответственно. Вход синхронизации С D-триггера 21 готов- эд ности каждого следующего, формирователя 4 подключен к инверсному выходу D -триггера 20 управления .предыдущего формирователя 4, т.е. второй к первому, третий - к второму, л/-и - ,с к первому соответственно. Плюсовая клемма, одного из выходов (.}источника 14 вспомогательных напряжений подключена к .D входам D -триггеров 20 управления и готовности 21 всех /V формирователей 4. Указанный источник Е обеспечивает питание функциональных узлов всех Л/ формирователей 4. Источник питания Е2 обеспечивает электропитанием компаратор 9, интегратор

10напряжения, источник 11 опорных--- 45, и. порогового напряжений, согласующий элемент 12, ключ 13 сброса. Выход элемента ИЛИ 8 подключен к входу согласующего элемента 12, выход которого подключен к входу ключа 50 13 сброса. Выходные цепи ключа 13 сброса подключены параллельно времязадающему элементу интегратора 10

апряжения, один вход которогоподклю-. чен к делителю 15 выходного напря- -55 жения, а другой - к источнику 11 опорных напряхсений. Выход интегратора 10 напряжения подключен к одному из -входов компаратора 9, другой .вход которого подключен к источнику Q

Устройство работает следующим образом.С выхода генератора 5 напряжение, . прямоугольной формы (эпюра а,, фиг.2) 5

поступает на вход формирователя 6 и на бход распределителя 7 импульсов. Формирователь 6 обеспечивает на одном из входов элементов И-НЕ 16 всех А/ формирователей 4 импульсы большой скважности fэпюра б, фиг.2, совпадающие с фронтом 0/1 выходного напряжения генератора 5 fэпюра а, фиг.2). При поступлении с выхода генератора 5 на вход распределителя 7 импульсов каждого очередного импульса, распределитель формирует последовательно на каждом из своих выходов импульс (эпюры в,г,д, фиг.2), период Т следования которого в N раз больще периода Т Т/Л/ следования тактовых импульсов. Одновременное присутствие высоких уровней напряжений на входах элементов И-НЕ 16 в каждом из формирователей 4 обеспечивает последовательно на их выходах низкие уровни напряжений с периодом следования Т и длительностью, равной длительности Лtфg выходного напряжения формирователя 6 эпюры е,ж,з,фиг.2).,Воздействием ука-занных напряжений по входу синхронизации С D-триггеров 20 управления в моменты времени,-совпадающие с фротом 0/1, переключают также последовательно во времени .D -триггеры 20 управления (эпюры и,к,л, фиг. 2/. При этом на их прямых выходах появляется высокий уровень, так как по входу .D Г-триггеров 20 присутствует высокий уровень напряжения. Уровень Напряжения на нагрузке 3 многофазного импульсного преобразователя определяется .величиной заданного источником 11 опорного напряжения конкретной величине которого соответствует определенная величина длительности {. импульса сигналов управления силовыми

ключами фаз 2 I

В квазиустановившемся состоянии

напряжения, подаваемые на входы интегратора 10 напряжения с источника 11 опорного напряжения t of/и делителя 15 выходного напряжения U равны. Для указанного режима работы постоянная времени интегрирования интегратора 10 напряжения выбирается из условия достижения его вольт-секундного напряжения Ц; заданного UOH за время, равное Т//У. При безынерционных цепях управления и силовых ключах фаз моменту времени ;у(0иг.2) соответствует появление на прямом выходе D -триггера 20 управления W-ro формирователя 4 низкого уровня и выключение управляемого силового ключа Л-.й фазы 2. Соответственно в момеят времени t на инверсном выходе D-триггера 20 -го формирователя 4 появится высокий уровень напряжения, который фронтом 0/1 по входу синхронизации С переводит в состояние 1 прямой выход и-триггера 21 готовности первого формирователя 4 (эпюра м, фиг.2). Высокий уоовень напряжения с прямого выхода В-триггера 21 через элемент 23 задержки поступает на третий вход элемента И-НЕ 17, на первом входе которого также присутствует высокий уровень напряжения, поступанх-дий с прямого . выхода С-триггера 20 управления |эпю- 0 ра и, фиг,2). Однако на выходе элемента И-НЕ 17 первого формирователя 4 присутствует высокий уровень напряжения цз-за воздействия на его второй вход низкого уровня напряжения, t5 поступающего с выхода компаратора 9. За интервал времени Т//, начиная с момента времени напряжение на выходе интегратора 10 напряжения, достигает в момент времени t напря- 20 жения t/on заданного источником 11 опорного напряжения (эпюра у, фиг.2). Это приводит к появлению на выходе сомпаратора 9 и втором входе элемента И-НЕ17 высокого уровня напряжения. 25 Одновременное присутствие высоких уровней напряжения на входах элемента И-НЕ 17 первого формирователя 4 приводит к появлению на его выходе низкого уровня напряжения. Указанный зО низкий уровень напряжения поступает через развязывающий диод 19 на Я вход D-триггера 20 управления и-устанавливает его по прямому выходу в состояние О и по инверсному выходу с в 1. Положительный перепад напря- . жения 0/1 с инверсного выхода D-триггера 20 управления поступает .на формирователь 22. Сформированный с момента времени t импульс сброса (эпю- . ра и, фиг.2) поступает через элемент ИЛИ 8 (эпюра .2| и согласующий элемент 12 на вход ключа 13 сброса., обеспечивая его открытое состояние в тече.Ние длительности импульса сброса, достаточное для установки интег- ратора 10 напряжения в исходное состояние (эпюра у, фиг.2). Кроме того, . в момент времени { сигнал с инверсного J -триггера 20 управления первого формирователя 4 фронтом 0/1 по входу 50 синхронизации переключает в состояние 1 прямой выход D-триггера 21 готовности второго формирователя 4 (эпюра н, фиг.2), так как по входу р присутствует высокий уровень.55

Таким образом, в момент времени t происходит появление низкого уровня напряжения на прямом выходе D- триггера 20 управления первого формирователя 4 (соответственно и выклю- 60 чение управляемого силового ключа :1ервой фазы 2) , сброс интегратора 10 напряжения в исходное состояние, подготовка второго формирователя 4 к |формированию сигнала выключения уп- 5

равляемрго силового ключа второй фазы 2. Последнее обеспечивается пода1ей через элемент 23 задержки натретип вход элементаИ-НЕ 17 высокого уровня напряжения. Прохождение указанного высокого уровня на вход логического элемента И-НЕ 17 задерживается элементом 23 задержки на время, необходимое для прекращения переходного процесса переключения в предыдущем формирователе 4. Это исключает одновременное переключение D-триггеров 20 управления в нескольких формирователях 4. Далее происходят аналогичные процессы во втором, третьем А/ -м формирователе 4. При этом обеспечивается последовательно через интервал времени T/W выключение управляемых силовых ключей второй, третьей,. ,А/-й фазы 12 в моменты времени 3 -. соответственн (эпюра у, фиг.2). Напряжение ни выходе интегратора 10 напряжения определяется выходным напряжением делителя 15 и вольт-секундным напряжением (эпюра у, фиг.2). При запуске многофазного импульсного преобразователя напряжение Uon, задаваемое источником 11 опорного напряжения превышает напряжение на выходе делителя 15 выходного напряжения ( Это приводит к уменьшению напряжения на выходе интегратора 10 напряжения, как за счет уменьшения скоростиизменения вольт-секундного напряжения, так и за счет малой величины напряжения L/C на выходе делителя 15 выходного напряжения -(эпюра у, фиг.2 пунктирная линия L/,H2)В результате напряжение на выходе интегратора 10 напряжения за интервал времени T/yv. не успевает возрасти до величины напряжения Uon. При этом низкий уровень напряжения на выходе К01лпаратора 9 не изменяет состояний (высоких уровней напряжений ) элементов И-НЕ 17 всех /У формирователей 4. Однако в каждом из Ы формирователей 4 равномерно сдвинутые во времени сигналы на выходе элементов И-НЕ 16 (эпюры-е,к,з) нпзким уровнем через развязывающий диод 18 переключаются, формируя также равномерно сдвинутые во времени сигналы управления фаз 2 с длительностью - Г- коэффициентом заполнения, близким к единиххе; (эпюры .и,к,л, фиг.2 , пунктирные линии). На каждый положительный перепад 0/1 напряжение на инверсных выходах D -триггеров 20 управления формирователи 22 последовательно во вре мени с .интервалом T/N формируют сигналы сброса интегратора 10 напряжения в исходное состояние (эпюры п,р,с, т,у, фиг.2 , пунктирные линии). При увеличении напряхсения на выходе мнонию напряжения на выходе делителя 15 выходного напряженйя к изменению скорости вольт-секундного напрягофазного преобразователя до требуемой величины, увеличится и напряжение на выходе интегратора 10 напряжения, как за счет увеличения напряженЙ на выходе делителя 15 выходного напряжения, так и за счет увеличения скорости изменения вольт-секундного напряжения. При равенстве напряжения на нагрузке 3 заданному, «апряжения на входе интегратора 10 напряжения будут равны, скорость вольтсекундного напряжения будет соответствовать заданной (за время T//V напряжение на выходе интегратора 10 напряжения успевает увеличиться от исходного до порогового напряжения . Наличие возмущакадего во,здействия (изменение напряжения источника 24 питания, сопротивления на-.; грузки 3 и т.д.) приводит к изменфнию напряжения на аыходе делителя 15 выходного напряжения, к изменению скорости вольт-секунд но го напряжения интегратора 10 напряжения и, как результат, этого, к изменению коэффициента заполнения импульсов на выходе формирователей 4. Квазиустановившийся процесс наступит .лишь при равенстве напряжений t/on-t/ на входе интегратора 10 напряжения, т.е. при устайовлении напряжения на нагрузке 3 исходной величины.

Таким образам, в предлагаемом устройстве достигается путем астатического регулирования теоретически нулевая установившаяся етаибка. Кроме того, благодаря сбросу интегратора в конце каждого интервала T/W при любом режиме работы устройства управления, в нем не происходит накопления ошибки. При этом скорость контура отрицательной обратной связи предлагаемого устройства может быть в Л/ раз увеличена по сравнению с известными, что позволяет увеличить точность процесса регулирования в переходном и установишемся режимах, повысить точность управления.: