Устройство для управления преобразователем постоянного напряжения в постоянное Советский патент 1985 года по МПК H02M3/335 

ход которого подключен к входам предварительной записи счетчиков и к S-входам RS-триггеров, выходы элементов 2И-НЕ соединены соответственно с входом обратного счета первого счетчика и входом прямого счета второго счетчика, выход обратного переноса первого счетчика связан с С- и R-входами первых D- и RS-триггеров, выход прямого переноса второго счетчика подключен к Си R-входам вторых D- и RS-триггеров , прямые выходы RS-трнггеров соединены соответственно с вторыми входами элементов 2И-НЕ, причем вход формирователя импульсов и D-вход первого D-триггера объединены и образуют первый прямой вход фазосдвигающего блока, D-вход второго D-триггера образует первый инверсный вход

фазосдвигающего устройства, первые входы элементов 2И-НЕ объединены и образуют второй вход фазосдвигающего блока, одноименные информационные входы счетчиков попарно объединены и образуют управляющие входы фазосдвигающего блока, выходы D-триггеров образуют выходы фазосдвигающего блока.

3, Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что, каждый коммутатор содержит логический элемент 2-2И-2ИЛИ. между вторым и третьим входами которого подключен элемент НЕ, первый, второй и управляющий входы коммутатора образованы соответственно первым, четвертым и вторым входами элемента 2-2И-2ИЛИ, а выход последнего является выходом коммутатора.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ, содержапщм соединенные последовательно модулятор, выполненньй в виде четырех однофазных мостовых инверторов, нагруженных на первичные обмотки трансформаторов, вторичные обмотки которых связаны последовательно и образуют общий выход модулятора, высокочастотный выпрямитель и высокочастотный фильтр, выход которого образует общий выход преобразователя, содержащее задающий генератор, снабженный прямым и инверсным выходами и выходом кратной частоты, подключенными к входам фазосдвигающего блока, и блок буферных усилителей. выполненньй в виде восьми оконечных усилителей мощности, входы двух из которых соединены с выходами фазосдвигающего блока а выходы блока буферных усилителей соединены с управляющими входами силовых ключей модулятора, отличающееся тем, что, с целью уменьшения массы и габаритов преобразователя и его влияния на питающую сеть, оно снабжено преобразователем кода, регистром, блоком коммутаторов, состоящим из пяти коммутаторов, снабженных управляющим и двумя информационными входами, причем выходы преобразователя кода подключены к первой с группе информационных входов регистра, первая группа выходов которого соединена с управляющими входами коммутаторов, а вторая группа его выходов - с управляющими входами фазосдвигающего блокад прямой и инверсный выходы задающего генератора подключены к информационным 4ib входам к.аждого коммутатора, выходы 4 коммутаторов подключены к пяти входам блока буферных усилителей, прямой выход задающего генератора соединен с одним входом блока буфер14: ных усилителей и с входом перезаписи регистра, а входы преобразователя кода и вторая группа входов регистра образуют цифровой вход управления преобразователем. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что фазосдвигающий блок содержит два элемента 2И-НЕ, два счетчика с предустановкой, два D-триггера, два RS-триггера, формирователь импульсов, вы

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в преобразователях и регуляторах постоянного напряжения, когда требуется обеспечить широкий диапазон регулирования, минимальную массу и габариты, малое влияние на питающую сеть, высокое быстродействие.

Известно устройство для управления преобразователем постоянного наряжения в постоянное, содержащее N однофазных инверторов, нагруженных на трансформаторы, вторичные обмотки которых соединены последовательно и через вьтрямитель и фильтр подключены к нагрузке, обеспечивающее сдвиг выходных напряжений N-1-го инвертора относительно первого. В результате создается N зон регулирования выходного напряжения Ci 1.

Недостатком данного устройства является то, что для обеспечения широкого диапазона регулирования с вкг.оким качеством вьпсодного напряжения требуется увеличение числа инверторов, что приводит к усложнению схемы управления,, увеличению мощности выходного фильтра, массы и габаритов.

Известно также устройство управления регулятором напряжения со звеном повышенной частоты, содержащее мостовой модулятор, нагруженный 5 на трансформатор, вторичные обмотки которого включены в диагонали п мостовых демодуляторов, включенных последовательно между собой и источником питания , в котором входное напряжение регулятора преобразуется с помощью модулятора в напряжение высокой частоты. Напряжения вторичных обмоток модулятора с помощью п демодуляторов суммируются

5 или вычитаются с напряжения питания, в результате обеспечивается 2п зон регулирования- выходного напряжения регулятора 2.

Недостатком устройства является

0 то, что расщирение диапазона регулирования высокого качества вьпсодного напряжения требует увеличения мощности модулятора, увеличения числа демодуляторов, мощности фильтра, что влечет за собой увеличение массы и габаритов.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для управления преобразователем постоянного напряжения

3

в постоянное, содержащим соединенные последовательно модулятор, выполненньй в виде четырех однофазных мостовых инверторов, нагруженных на первичные обмотки трансформаторов, вторичные обмотки которых связаны последовательно, высокочастотный выпрямитель и высокочастотный фильтр, выход которого образует общий выход преобразователя, содержащее задающий генератор, снабженный прямым и инверсным выходом и выходом кратной частоты, .подключенными к входам фазосдвигающего устройства и блок буферных усилителей, выходы которых соединены с управляющими входами силовых ключей модулятора. Инверторы модулятора формируют прямоугольные напряжения равной амплитуды, которые суммируются или вычитаются из напряжения одного из инверторов, принятого за основной. В результате создается 2N-2 зон регулирования выходного напряжения преобразователя СЗ J.

Недостатком известного устройства является то, что при увеличении диапазона регулирования при заданном числе инверторов модулятора возрастают пульсации выходного тока и выходного напряжения преобразователя. Это увеличивает влияние преобразователя на питающую сеть и требует увеличения мощности входных и выходных фильтров или числа инверторов модулятора, что влечет за собой увеличение массы, габаритов преобразователя и влияния его на питающую сеть.

Цель изобретения - уменьшение массы и габаритов преобразователя и влияния его на. питающую сеть.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для управления преобразователем- постоянного напряжения в постоянное, содержащим соедненные последовательно модулятор, выполненный в виде четьфех однофазных мостовых инверторов, нагруженных на первичные обмотки трансформаторов , вторичные обмотки которых связаны последовательно и образуют общий выход модулятора, высокочастотный выпрямитель и высокочастотный фильтр, выход которого образует общий выход преобразователя, содержащее Задающий генера.тор, снабженный прямым и инверсным

1744

выходами и выходом кратной частоты, подключенными к входам фазосдвигающего блока, и блок.буферных усилителей, выполненный в виде восьми оконечных усилителей мощности, входы двух из которых соединены с выходами фазосдвигающего блока, а выходы блока буферных усилителей - с управляющими

входами силовых ключей мод /лятора, снабжено преобразователем кода, регистром, блоком коммутаторов, состоящим из пяти коммутаторов, снабженньгх управляющим и двумя информационными входами, причем выходы преобразователя кода подключены к первой, группе информационных входов регистра, первая группа выходов которого соединена с управляющими входами коммутаторов, а вторая группа его выходов - с управляющими входами фазосдвигающего устройства, прямой и инверсный выходы задающего генератора подключены к информационным входам каждого коммутатора, выходы коммутаторов подключены к пяти входам блока буферных усилителей, прямой выход задающего генератора соединен с одним входом

блока буферных усилителей и с входом перезаписи регистра, а входы преобразователя кода и вторая группа входов регистра образуют цифровой вход управления преобразователем, причем фазосдвигающий блок содержит два.логических элемента 2И-НЕ, два счетчика с предустановкой, два D-триггера, два RS-триггера, формирователь импульсов, выход которого подключен к входам предварительной записи счетчиков и к S-входам RS-триггеров, выходы элементов 2И-НЕ соединены соответственно с входом обратного счета первого счетчика и входом прямого счета второго счетчика, выход обратного переноса первого счетчика связан с С- и R-входами первьЬс D- и RS-триггеров, выход прямого переноса второго счетчика подключен к

С- и R-входам вторых D- и RS-триггеров , прямые выходы RS-триггеров соединены соответственно с вторыми входами элементов 2И-НЕ, причем вход

формирователя импульсов и D-вход первого D-триггера объединены и образуют первый прямой вход фазосдвигающего блока, D-вход второго

$

D-триггера образует первый инверсный вход фазосдвигающего устройства первые входы элементов 2И-НЕ объединены и образуют второй вход фазосдвигающего блока, одноименные информационные входы счетчиков попарно объединены и образуют управляющие входы фазосдвигающего блока, выходы D-триггеров образуют выходы фазосдвигающего блока, при этом, каждьй коммутатор содержит логический элемент 2-2И-2ИЛИ, между вторым и третьим входами которого подключен элемент ИЕ первый, второй и управляющий входы коммутатора образованы соответственно первым, четвертым и вторым входами элемента 2-2И-2ИЛИ, а выход последнего является выходом коммутатора.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема преобразователя; на фиг. 2 - принципиальная схема фазосдбигающего блока; на фиг, 3 функциональная схема задающего генератора; на фиг. 4 - диаграммл, поясняющие принцип формирования дискретных зон выходного напряжения преобразователя без учета регулируемого инвертора-, на фиг. 5 диаграммы, поясняющие принцип работы фазосдвигающего устройства; на фиг. 6 - диаграммы, поясняющие принцип формирования выходного напряжения преобразователя-, на фиг. 7 - Таблица состояний преобразователя кода.

Преобразователь (фиг. t) содержит модулятор 1, состоящий из трех однофазных MocTOBbtx нерегулируемых инверторов 2.1-2.3, и один регулируемый инвертор 3. Инверторы 2 и-3 нагружены соответственно на трансформаторы 4.1-4.3 и 5, вторичные обмотки которых соединены последовательно и через выпрямитель 6 и фильтр 7 связаны с выходными

выводами преобразователя. I ..

Устройство для управления преобразователем содержит задающий генератор 8, имеющий два выхода: прямой 9 и инверсный 10 и выход 11 кратной частоты, которые подключены к входам фазосдвигающего блока 12. Кроме того, выходы 9 и 10 задающего генератора 8 соединены с соответствующими входами каждого из пяти коммутаторов 13.1-13.5 блока 14 коммутаторов. Каждый ком441746

мутатор состоит из одного логического элемента НЕ и одного логического элемента 2-2И-2ШШ, выход которого является выходом коммута5 тора, а второй вход подключен через указанный элемент НЕ к его третьему входу и образует управляющий вход коммутатора. Выход 9 связан также с одним входом блока 15

О буферных усилителей и с входом С перезаписи регистра 16. Выходы преобразователя 17 кода подключены к первой группе 18 входов регистра 16. Вторая группа 19 входов регистра 16 и входы 20 преобразователя 17 кода являются входными выводами управления преобразователем. Первая и вторая группы выходов регистра 16 соединены соответственно с управляющими входами блока 14 коммутаторов и с управляющими входами фазосдвигающего блока 12. Выходы последнего, а также выходы : блока 14 коммутаторов и выход 9

5 задающего генератора 8 связаны через блок 15 буферных усилителей с управляющими входами силовых ключей модулятора 1.

Фазосдвигающий блок 12 (фиг. 2) содержит формирователь 21 коротких импульсов по фронту н срезу входного сигнала, выход которого подключен к входам предварительной записи первого 22 и второго 23 счетчиков и к S-входам первого 24 и второго 25 RS-триггеров. Выходы первого 26 и второго 27 элементов 2И-НЕ соединены соответственно с входом обратного счета счетчика 22 и входом прямого счета счетчика 23. Выход обратного переноса счетчика 22 связан с С-входон первого D-триггера 28 и R-входом RS-триггера 24. Вькод прямого переноса счетчика 23

5 подключен к С-входу D-триггера 29 и R-входу RS-триггера 25. Прямые; выходы RS-триггеров 24 и 25 соединены соответственно с вторыми входами элементов 2И-НЕ 26 и 27, причем

° вход формирователя 21 импульсов и . D-вход D-триггера 28 объединены и образуют первый прямой вход фазосдвигающего блока 12. D-вход D-триггера 29 образует первый инверсный вход фазосдвигающего блока 12. Первые входы элементов 2И-НЕ 26 и 27 объединены и образуют второй вход фазосдвигающего блока 12. Одноименные информационные входы счетчиков 22 и 23 попарно объединены и образуют управляющие входы фазосдвигающего блока 12, выходы D-триггеров 28 и 29 образуют выходь фазосдвигающего блока 12. Задающий генератор 8 (фиг. 3) содержит последовательно связанные генератор 30, делитель 31 частоты, триггер 32, прямой 9 и инверсный 10 выходы которого образуют первый выход задающего генератора 8 часто.той f. Виход генератора 30 образуе второй йыход задающего генератора 8 частотой f2. - -Ч Диаграммы 33-72 (фиг. 4-6) пред ставляют формы импульсов элементов преобразователя: 33 и 34 - задающего генератора . (выходы 9 и 10 соответственно) -, 35-38 - на входах 20 преобразователя f7 кода (сиг налы старших разрядов кода управления) , . 39 - 43 - преобразователя 17 44 - 49 - на входах блока 15 бу ферных усилителей; 50 - 52 - трансформаторов 4; 53- модулятора 1 (без уче регулируемого инверто ра 3); 54- выпрямителя 6 (без уч та ,регулируемого инве тора 3)i 55- задающего генератора 8 (выход 11); 56 и 57 - задающего генератора (выходы 9 и 10 соотве ственно)i . 58 - формирователя 21 коро ких импульсов по перед нему фронту и срезу ... входных импульсов-, 59и 64 - логических элементов 2И-НЕ 26 и 27; 60и 65 - триггеров 24 и 25; 61 - обратного переноса счетчика 22; 62 и 63 - триггера 28 (прямой. и инверсный сигналы); 66 - прямого переноса счет чика 23; 67 и 68 - триггера 29 (прямой и инверсный сигналы)J 69 - регулируемого инвертора 3; 74В 70- модулятора 1 (без учета регулируемого инвер. тора 3); 71- модулятора 1; 72- выпрямителя 6. Устройство работает следующим образом. Для уменьшения пульсаций входного тока и выходного напряжения при широком диапазоне регулирования, т.е. з еньшения массы и габаритов входного и выходного фильтров и влияния на питающую сеть, в преобразователе применен принцип многозначного регулирования. Для этого постоянное входное напряжение преобразуется с помощью трех нерегулируемых инверторов 2 в ряд переменных высокочастотных напряжений, которые суммируются на вторичных обмотках трансформаторов 4 в различных сочетаниях, и на выходе выпрямителя 6 создается 13 дискретных зон (уровней регулирования) . Для увеличения числа зон при неизменном числе инверторов . величины из выходных напряжений должны выбираться из соотношения 1:3:9. Для плавного регулирования напряжения и увеличения числа зон регулирования используется регулируемый широтным способом инвертор 3, работаюйщй в вольтореверсивном режиме. Амплитуда его выходного напряжения выбирается равной половине величины напряжения зоны. После суммирования напряжений всех инверторов число зон регулирования возрастает до 27. Задающий генератор 8 формирует на выходах 9 и 10 прямую 33 и ин- . версную 34 последовательности импульсов, которые поступают на соответствующие входы коммутаторов 13.. Сигналы 35-38 старших разрядов кода управления преобразуются с помощью преобразователя 17 кода в код управления 39-43 коммутаторов 13 и поступают на первую группу 18 входов регистра 16, Структура кода управления коммутаторами 13 определяется требуемым алгоритмом работы силовых ключей инвертора 2,,который обусловлен заданной величиной выходного напряжения преобразователя. Сигнал с прямого выхода 9 задающего генератора 8 производит пере9запись входного кода регистра 16 на выход, т.е. подачу его на управ ляющие входы коммутаторов 13. В зав симости от логического уровня управ ляющих сигналов на управляющих входах коммутаторов 13 (логические 1 или О) на входы блока 15 буферных усилителей проходит прямая 33 или инверсная 34 последовательно ти импульсов с выходов 9 и 10 задающего, генератора 8. В результате формируются последовательности 44-49 управляющих импульсов силовыми ключами нерегулируемых инверторов 2. Сигналы с выхода блока 15 буфер ных усилителей поступают на управляющие входы силовых ключей инверторов 2. Смена прямой последовател ности импульсов на инверсную или наоборот, на одном входе блока 15 буферных усилителей приводит к изменению фазы работы ключей соответ ствующей стойки инвертора 2 на 180 эл. град. При этом одновременн включаются два ключа инвертора, связанные с одной из шин источника питания, шунтируется первичная обмотка трансформатора, и выходное (Напряжение становится равным нулю. Для изменения на 180 эл. град, фазы выходного напряжения инверторов требуется изменение фазы импульсов управления ключей двух стоек. Причем фаза вь1ходного напряжения третьего нерегулируемого инвертора остается неизменной в любом режиме поэтому одна из его стоек управляе ся непосредственно от задающего ге нератора В. В рассматриваемом случае исполь зование трех нерегулируемых инверторов 2 с выходными напряжениями,равными соответственно Uni U, Зи, и„з 9U обеспечивает по лучение 13 дискретных уровней (ЗОН регулирования, (U - напряжение между двумя смежными уровнями). и„, U; U2 и И2 UMI 3U; и и„2 + з мг + и„, 4Ui Uj и из и Ц2 - и - и U, 6U-, UT 5U; и и + и„, 7U-, Ug и и„, - U,,j -и„, 8Ui Uj UH 9U-, и,, U,, + и„, 10U-, и,, и„з + и„г - и„, 11U-, и,1 UMJ + и иг 12U Uu3 - и„, + и, 13U, 174 где и и напряжения уровней с первого по тринадцатьй. Диаграммы, поясняющие получение 13 дискретных уровней выходного напряжения с помощью трех нерегулируемых инверторов 2, представлены на фиг. 4. Пусть требуется получить выходное напряжение преобразователя, равное Ви (8-й интервал). Тогда код старших разрядов 35-38 общего кода управления имеет вид 1000. Этот код преобразуется преобразователем 17 кода в код .10010 управления 39-43 коммутаторами 13. Причем на коммутаторы, связанные с первым, вторым и третьим нерегулируемыми инверторами 2, поступают логические сигналы 01, 00, 1 (диаграммы 39-43) соответственно, т.е. начи.ная с младших разрядов преобразован:ного кода. Поэтому выходные напряжения 50 и 52 первого и третьего инверторов находятся в противофазе, а напряжение 51 второго инвертора равно нулю на данном интервале. Результирующие выходные напряжения 53 и 54 Модулятора и преобразователя (8-й интервал) равны алгебраической сумме напряжений инверторов и «j - и И-, 8U. Сигналы младших разрядов кода управления преобразователем поступают на вторую группу 19 входов регистра 16. В момент перезаписи эти сигналы поступают на управляющие входы фазосдвигйющего устройства 12, т.е. на информационные входы счетчиков 22 и 23 (фиг. 2). На другие входы фазосдвигающего устройства 12 поступают прямые и инверсные сигналы 56 и 57 (фиг. 5) частотой f с выходов 9 и 10 и импульсы 55 с выхода 11 частотой fj задающего генератора 8. Частота f определяет частоту работы инверторов 2 и 3, а частота f определяется разрядностью.кода младших разрядов кода управления преобразователем. Управляющий код младших разрядов совместно с сигналами частотой f определяет время работы счетчиков 22 и 23 на полупериоде частоты f , т.е. величину фазового сдвига импульсов управления силовыми ключами регулируемого инвертора 3 относительно импульсов 56 и 57. По переднему или заднему фрон11там импульсов задающего генератора 8 частотой f , поступающих с выхода 9, формирователь 21 коротких импуль сов формирует импульс 58, которым осуществляется запись кода управления в счетчики 22 и 23 и установка RS-триггеров 24 и 25 в состояние 1 (диаграммы 60 и 65). Выходные сигналы 60 и 65 RS-триг геров 24 и 25 поступают соответственно на вторые входы логических элементов 2И-НЕ 26 и 27 w обеспечивают прохождение сигналов 59 и 64 частотой f2 с выхода 11 задающего генератора 8 на входы обратного и прямого счета счетчиков 22 и 23 соответственно. По окончании счета счетчиком 22 в момент t на его выходе обратного переноса формируется импульс 61, который переключает RS-триггер 24 в состояние О (диаграмма 60) и D-триггер 28 в состоя ние Т (диаграммы 62 и 63). Сигналом с выхода RS-триггера 24 запирается логический элемент 2И-НЕ 26 и прекращается; подача импульсов 59 частотой f.2 на вход обратного счетчика 22. Аналогично по окончании счета счетчиком 23 в момент t на его выходе прямого переноса формируется импульс 66, который переключает RS-триггер 25 в состояние О (диаграмма 65) и D-триггер 29 74 в состояние О (диаграммь 67 и 68). Сигналом с выхода RS-триггера 25 запирается логический элемент 2И-НЕ 27 и прекращается подача импульсов 64 частотой fj на вход прямого счета счегчика 23. Выходные сигналы D-триггеров 28 и 29 через блок 15 буферных усилителей управляют соответственно силовыми ключами первой и второй стоек регулируемого инвертора 3. При изменении кода управления младших разрядов меняется время счета t и t счетчиков 22 и 23, .что обеспечивает ре- гулирование выходного напряжения инвертора 3 птротным способом. Если t t, то происходит изменение на 180 эл. град, фазы выходного напряжения регулируемого инвертора 3. Диаграммы 69-72 (фиг. 6) поясняют работу преобразователя при последовательном увеличении кода управления (т соответствует номеру дискретной зоны). Предлагаемое устройство для управления преобразователем постоянного напряжения в постоянное позволяет уменьшить,массу и габариты и влияние на питающую сеть, так как при одинаковом числе инверторов обеспечивает большее число зон регулирования.

CSbix

Фи.2

Ч

Л

Фиъ.З

m n П П n n n n r-i n ri n n n

П П n n n rn n n n n n n n n

n n t-I n I-I n I-I n

n n n -I n n

n n n m n n 1-I

nnr-inn nnnnnnrtnn

n n rt n n nnnnnnnn

ПJ JaлJlJгJггLгь

93

I

I n

J-1 nn

n rr n n n

n n n n

a±n-n -j n

I I „пП

«

«О О)

Ьч

J ; «

««Ъ

v JO

S§ J5 5

§

«ft

1

Фиг 7