Устройство для управления преобразователем напряжения Советский патент 1985 года по МПК H02M7/48 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к технике для управления преобразователями и регуляторами напряжения, и может найти применение.в перестраиваемых глубоко регулируемых вто 1ичных источниках электропитания, амплитудных модуляторах и системах точного воспроизведения управляиицего воздействия при высоких энергетических показателях с минимальными массой и габаритами. Известно устройство для управления регулятором напряжения с промежуточным высокочастотным преобразованием, включающее л мостовых модуляционных ячеек, задающий генератор и фазорегулирующих узлов. Устройство осуществляет регулирование поочередно в 2 п зонах способом многозонной импульс ной модуляции, что принципиально позволяет получить высокое качество выходного налряжения р.

Однако при большом числе ячеек, когда необходимо высокое качество электроэнергии,требуется значительное число ключевых элементов (4w ), что усложняет и увеличивает массу и габариты как силовой части, так и системы управления. При поочередной работе большого числа фазосдвигающих узлов возможны их сбои вследствие того что уровни работы фазорегулирзпощих узлов разнесены на,малую величину, а следовательно, не высока помехозащищенность системы управления.

Наиболее близким к изобретению является устройство для управления преобразователем напряжения, включающее и модуляционных ячеек и демодулятор , содержацее генератор импульсов, выход которого подключен к входу генератора линейно изменяющегося напряжения и предназначен для подключения через делитель частоты к управляюа ему входу инвертора, аналоговый сз мматор, один из входов которого предназначен для подключения уцравлякщего сигнала, а выход соединен с первыми входами трех компараторов, причем выход первого компаратора предназначен для подключения к управляющему входу первой модуляционной ячейки. При этом каждая модуляционная ячейка выполнена на одном ключевом элементе и трансформаторе 2 .

В данном устройстве также требуется большое количество ячеек и компараторов, что увеличивает массу,

габариты и усложняет силовую часть. При малом количестве модуляционных ячеек - низкое качество выходного напряжения преобразователя. Вследствие того, что имеется большое числ уровней опорных напряжений у модуляторов длительности (компараторов), а линейно изменяющееся напряжение имеет малую амплитуду (менее .1 В), помехоустойчивость системы невысокая

Целью изобретения является повышение помехоустойчивости и улучшения массогабаритных показателей.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для управления преобразователем напряжения, включающие п модуляционных ячеек, демодулятор и инвертор, содержащее генератор импульсов, выход которого подключен к входу генератора линейно изменяющегося напряжения и предназначен для подключения через делитель частоты к управляющему входу инвертора, аналогов сумматор, один из входов которого предназначен для подключения к источнику управляющего сигнала а выход подключен к первым входам трех компараторов, причем выход первого компаратора предназначен для подключения к управлякмцему входу первой модуляционной ячейки, снабжен реверсивньм счетчиком и сдвиговым регистром, причем стробирующий вход регистра подключен к делителю частоты, выходы счетчика поразрядно подключены к входам регистра и к входам аналогового сумматора, выходы регистра предназначены для подключения к управляющим входам и-1 ячеек, выходы второго и третьего дсомпараторов подключены соответственно к входам прямого и обратного счета реверсивного счетчика, а их вторые входы подключены к источникам опорных напряжений, второй вход первого компаратора подключен к генератору линейно изменяющегося напряжения.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства для управления преобразователем напряжения; на фиг. 2 временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Устройство для управления преобразователем напряжения (фиг. I) содержит генератор импульсов 1, подключенный к генератору линейно изменяв ющегося напряжения 2 и делителю частоты 3, реверсивный счетчик 4, поразрядно подключенный к сдвиговому регистру 5 и аналоговому сумматору 6, один из входов 7 которого предназначен для подключения управляющего сигнала (tynP ) выход подключен к первым вхо{;ам трех компараторов 8, 9 и 10, Силовая часть включает п/ модуляци онных ячеек 11, подключенных силовыми выходами через демодулятор 12 к нагрузке 13, а силовьми входами к выходу инвертора 14, соединенного с источником питания 15. Выход делителя частоты 3 предназначен ;у1Я подключения к управляющему входу инвертора l4, выход первого комдаратора 8 - к управляющему входу первой ячейки 11.1, выхода сдвигового регистра 5 - к управляющим входам остальных п-1 ячеек 11.2-11,я. Стробирующий вход регистра 5 подключен к дополнительному выходу делителя частоты 3, выходы второго 9 и третьего 10 компа заторов подключены соответственно к входам прямого и обратного счета реверсивного счетчика 4, при этом к вторым входам второго 9 и третьего 10 компараторов подключены источники опорного напряжения ОП,. второй вход компаратора 8 подключен к выходу генератора линейно изменяющегося напряжения 2. На фиг. 2 обозначено: 16 - на выходе генератора импульсов 1; 17 на выходе делителя частоты 3 и управляющем входе инвертора 14; 18 - на управляющем входе 7 сигнал управления; 19 - на выходе генератора линейно изменяющегося цапряженкя 2; 20 - опорное напряжение компаратора 9; 21 - на выходе сумматора 6; 22 - на выходе компаратора 8; 23 на выходе компаратора 9; 24 - на выходе компаратора.10, порог срабаты- вания равен нулю; 25-27 - на выходах счетчика 4; 28 - суммарное напряжение на нагрузке; 29-32 - выходные напряже ния ячеек 11.1-11. ; 33 - стробирующие импульсы. Устройство управления преобразователем работает следующим образом.

Генератор импульсов 1 формирует тактовые импульсы 16 (фиг. 2) высокой частоты, которые поступают на делитель частоты 3, на выходе которого 55 частота меньше тактовой имеет форму меандра 17 и поступает на управление ключами инвертора 14. В инверторе 14

ячейка 11.3 (выключается 11.2), напряжение которой равно двойному напряжен) ячейки 11.1 или 11.2 и т.д., т.е. ячейки 11.2-11.п осуществляют ИКМ, а ячейка 11.1 ШИМ и циклически плавно регулируют в каждой зоне (скользящая ячейка). 224 напряжение источника питания преобразуется в переменное с повышенной частотой и поступает на силовые входы модуляционных ячеек 11. Величина выходных напряжений 29-32 ячеек устанавливается от первой к последующей в соотношении 1-1-2-4-8... Причем первая 11.1 осуществляет ШИМ, а остальные ИКМ управляющего воздействия. В демодулятрре 12 происходит суммирование и вьшрямление напряжения этих ячеек 11, азатем подается на нагрузку 13. Рассмотрим работу управления и алгоритм работы ячеек. При нулевом управляющем сигнале 18 на входе 7 сумматора 6 его выходное напряжение равно нулю, при этом также нулевое (запирающее) напряжение на выходах компараторов 8, 9 и 10 счетчика 4 сдвигового регистра 5. Ячейки 11 отключены и на выходе преобразователя также нет напряжения. При увеличении управляющего сигнала 18 напряжение 21 на выходе сумматора 6 также увеличивается и в компараторе 8 сравнивается с пилообразньо (треугольным) напряжением 19 генератора линейно изменяющегося напряжения 2. Компаратор 8 осуществляет ШйМ и этот сигнал 22 поступает на управление первой ячейкой 11.1. При увеличении управляющего сигнала 18 до опорного напряжег ния 20 срабатывает компаратор 9, сиг которого переводит счетчик 14 в первое устойчивое состояние, на выходе младавего разряда счетчика появляется единичка 25, которая проходит через сдвиговый регистр и включает вторую ячейку 11.,2, напряжение которой равно напряжению первой ячейки 11.1, а также на первый вычитающий вход сумматора 6, где уменьшает напряжение управления 18 до нуля 21. При этом компараторы 8 и 9 скачкообразно возвращаются в первоначальное состояние. При дальнейшем увеличении входного сигнала до порога срабатывания компаратора 9 повтор ° осуществляется 01ИМ в компараторе 8 и ячейке 11.1, затем включается

При уменьшении управляющего сигнала второй компаратор 9 не работает, а переключение ячеек осуществляется в обратном порядке за счет третьего 10, При этом счетчик 4 считает в обратном- порядке, алгоритм работы ячеек также обратньй, но теперь при уменьшении напряжения до порога срабатывания компаратора 10 напряжение на выходе сумматора дискретно увеличивается до уровня несколько меньшего, чем опорное напряжение компаратора 9. Длительность импульсов компараторов 9 и 10 зависит от быстродействия счетчика, сумматора и самого компаратора.

Сумматор 6, реверсивньй счетчик, второй компаратор 9 (верхнего уровня) и третий компаратор 10 (нижнего уровня) выполнит функцию отслеживающего аналого-цифрового преобразователя, а модуляционные ячейки 11 и демодулятор 12 по существу являются силовым цифроаналоговым преобразователем.

Таким образом, в предложенном устройстве реализуется многозонная импульсная модуляция со скользящей зоной (МИМ-С). При этом ПММ осуществляет одна ячейка, а остальные работают с ИКМ, что позволяет при высоком качестве напряжения на нагрузке и точности воспроизведения управляющего воздействия использовать минимальное число ячеек.

Количество плавно регулируемых зон (с ШИМ) определяется разностью

счетчика. Например, при 5-модуляционных ячейках число плавно регулируемых зон равИо 16, что практически всегда достаточно для построения преоб.разователей с требуемым качеством выходного напряжения.

Применение сдвигового регистра позволяет снизить частоту переключения ячейки младшего разряда и .уменьшить влияние помех за счет подачи коротких стробирующих импульсов 3S с дополни. тельного выхода делителя частоты 3. Частота стробирующих импульсов определяется из конкретных условий.

При этом переключение модуляционных ячеек синхронизируется с работой интервала, тем самьв4 возможно включать или отключать ячейки при нулевом напряжении на силовых входах модуляционных ячеек, что уменьшает динамические потери и повышает надежность устройства.

В предложенном устройстве уменьшено число ячеек без ухудшения качества выходного напряжения, что улучшает массо-габаритные показатели и упрощает силовую часть. Уменьшение числа компараторов позволяет увеличить величину опорного напряжения компаратора верхнего уровня 9 и амплитуду линейно изменяющегося напряжения практически до величины максимального входного напряжения для применяемого типа

компаратора, что ослабляет влияние помех на режим работы компараторов и всего устройства.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ НАПРЯЖЕНИЯ, включающем в себя п модулядионных ячеек, инвертор и демодулятор, содержащее генератор импульсов, выход которргЬ подключен к входу генератора линейно изменяющегося напряжения и предназначен для подключения через делитель частоты к управляющему входу инвертора, аналоговый сзгмматор, один из входов которого предназначен для подключения- к источнику управляющего сигнала, а выход подключен к первьм входам трех компараторов, причем выход первого компаратора предназначен для подключения к управляющему входу первой модуляционной ячейки, о тличающееся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости и улучшения массогабаритных показателей, оно снабжено реверсивным счетчиком и сдвиговьм регистром, причем стробирующий вход регистра подключен к делителю частоты, выходы счетчика порязрядно подключены к входам ре- I гистра и к входам аналогового сумматора, выходы регистра предназначены (Л для подключения к управлякнцим входам 1-1 ячеек, выходы второго и третьего компараторов подключены соответственно к входам прямого и обратного счета счетчика, а их вторые входы подключены к источникам опорных напряжений, второй вход первого компаратора подключен к генератору линейно изменяющегося напряжения.