Устройство для управления регулятором напряжения Советский патент 1986 года по МПК H02M5/12 

импульсов позволяет расширить на 4-18% диапазон регулирования напря- жения за счет сокращения неуправляемой зоны угла регулирования (угла сдвига фаз), Исключение нелинейности пороговых элементов позволяет повысить точность преобразования входно

. Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам управления регуляторами напряжения с многозонной импульсной модуляцией, и может быть использовано в тех слу- чаях, когда требуется повышенная точность преобразования и расширенный диапазон регулирования.

Целью изобретения является расширение диапазона регулирования выходного напряжения и повышение точности преобразования.

На фиг. 1 приведена функциональная Схема устройства для управления регулятором напряженияJ на фиг. 2 - временная диаграмма работы узлов устройства.

Устройство для управления регулятором напряжения (фиг. 1) содержит И параллельно включенных инверторных ячеек на полностью управляемь х ключах 1.1-1.4, выходы которых соединены с первичными обмотками высокочастотных трансформаторов 2.1-2,п, вторичные обмотки которых подключены к П последовательно соединенньм выпрямительным мостам 3.1-3.и и подключенным к нагрузке 4, Ifi-канальный блок 5.1, 5.2-5. h управления., анаЛо- го-цифровой преобразователь 6 и за- дающий генератор 7, а кaжJдый канал блока управления содержит пороговый узел 8 передачи кода, счетчик 9 с переменным коэффициентом счета и цифровой модулятор 10 длительности им- пульсов с двумя выходами и входами управления длительностью импульсов, частотной следования импульсов и тактирующим входом. Вход порогового уз- . да 8 передачи кода подключен к выхо ду аналого-цифрового преобразователя 6, а первый выход соединен с управляющим входом счетчика 9 с переменны

го сигнала. Использование одного задающего генератора позволяет исключить наложение коммутационных пауз в выходном напряжении, определяемых временами переключенийключей ИЯ,за сет чегопри п ;i.4снижается коэффициент нелинейных искаженийна 10-20%. 2 ил.

0

s

0

5

5

коэффициентом счета, тактирующий вход которого соединен с выходом задающего генератора 7 и тактирующим входом цифрового модулятора 10 длительности импульсов, вход управления длительности импульсов которого подключен к второму выходу порогового узла 8 передачи кода, а вход управления частотой следования импульсов соединен с выходом счетчика 9с переменным коэффициентом счета, при этом выход цифрового модулятора 10 подключен к входам узлов 11 к 12 развязки и усиления, выходы которых предназначены для подключения к управляющим входам ключей инверторных ячеек 13.1- 13.По Ключевой пороговый узел 8 передачи кода содержит цифровой компаратор 14 и два блокирующих узла 15 и 16р объединенные входы которых образуют вход порогового узла передачи кода, выходы цифрового компаратора 14 подключены к управляющим входам блокирующих узлов 15 и 16, выходы которых образуют первый и второй выходы порогового узла передачи кода.

На фиг, 2 обозначено: пороговые напряжения 17 и 18, соответствующие определенным кодам, диаграммы напряжения 19 и 20 1-го и 2-го каналов управления соответственно, диаграммы напряжений 21 и 22 неуправляемых блоков развития и усиления, диаграмма напряжений 23 на обмотках выходных .трансформаторов неуправляемых блоков развязки и усиления, диаграмма напряжений 24 на обмотках трансформаторов управляемых блоков развязки и усиления, диаграмма напряжения 25 на первичной обмотке высокочастотного .трансформатора первого канала, диаграмма напряжения 26 на выходе выпрямительного моста первого канала.

напряжение 27 и 28 на выходе регулятора, среднее значение мгновенного напряжения 29 на нагрузке. ,

Устройство для управления регулятором напряжения работает следующим 5 образом.

При включении питающего напряжения и отсутствии управляющего напряжения UM задающий генератор 7 формирует импульсы заданной частоты. На to выходе аналого-цифрового преобразова - теля 6 действует m -разрядный двоичный код, соответствуюа;ий нулевому уровню Ujj . Эта информация поступает на цифровой компаратор порогового 15 узла 8 передачи кода, которьй в свою очередь формирует сигнал на входах локирующих узлов 15 и 16, на другие входы которых подается инверсный 1 - разрядный двоичный код аналого-цифро-2о вого преобразователя 6. На выходе блокирующих узлов устанавливается неизменный код во всех используемых разрядах. На выходах блокирующего узла 15, связанного с входами счет- 25 .чика с переменным коэффициентом счета, устанавливается код, определяющий начальную частоту работы счетчика. На выходе другого блокирующего узла 16, связанного с входами цифрового модулятора 10 длительности, устанавливается код, вызывающий появление последовательности узких импульсов 19 первого канала при i О и импульсов 20 второго канала при

t .

Узкие импульсы 19 в блоке 11 развязки и усиления преобразуются в па- рафазные напряжения 21 и 22, при зтом на выходном трансформаторе блока 11 действует разнополярное напряжение 23, являющееся управляющим

для ключей 1.1 и 1.3 инверторной ячейки 13.1. Аналогично и в блоке 12 развязки и усиления напряжение 19 преобразуется в разнополярное напряже-

ние 24, поступающее на управляющие входы ключей 1о2 и 1.4 инверторной ячейки 13.1. Положительные полуволны напряжений 23 и 24 соответствуют замкнутому состоянию ключей 1.1 и 1.2, а отрицательные - 1.3 и 1.4 соответственно.

30

35

40

45

50

При возрастании входного управляющего сигнала (Jy выше нуля (инте вал времени О i, ; i ) вступает в работу первый канал блока управлени На выходах блокирующего узла 15 про должает оставаться неизменным код до времени t, , что сохраня неизменной частоту счетчика с переменным коэффициентом счета. На выхо дах второго блокирующего узла 16 код изменяется, повторяя значения инвертированного кода аналого-цифрового преобразователя 6. Этот код действуе на входах цифрового модулятора 10 длительности импульсов, которьш осуществляет широтно-импульсную модуляцию своего выходного напряжения 19. Это приводит к изменению фазы напряжения 24 пропорционально длительности импульсов 19. При достижении уров нем входного сигнала порогового напряжения 18 соответствукщий ему код фиксируется на выкоде блокирующего узла 16 с помощью цифрового компара тора 14. Поступающий на вход указанного цифрового модулятора код соответствует при этом максимальной длительности импульсов на его выходе (Tjj , фиг. 2). Напряжения 23 и 2 в этом режиме соответствуют следующе му циклу замыкания ключей 1.1 и 1.2, 1.2 и 1.3, 1.3 и 1.4, 1.4 и 1.1. В результате на первичной обмотке высо кочастотного трансформатора первого канала действует напряжение 25, а на выходе выпрямительного моста - им пульсная последовательность 26, отно сительная длительность импульсов которой пропорциональна управляющему входному сигналу. С момента времени i, цифровой компаратор формирует сиг - нал на управляющем входе блокирующего узла 15, который снимает блокировку и разрешает прохождение на его перрый выход изменяющегося инверсного кода аналого-цифрового преобразователя 6. Изменяющийся код поступает на вход счетчика с переменным коэффиАналогично и длА других инверторов.

В рассматриваемом режиме (при -t 0) 55циентом счета, который осуществляет

фазы напряжений 23 и 24 совпадают,изменение (повышение) частоты следотак как Т , а ключи инвертороввания импульсов 19, 23 и 24 соответпереключаются по циклу 1.1 и 1.2,ственно управляющему входному сигна5

to 15 2о 25

0

5

0

5

0

1.3 и 1.4, .. ., п .1 и п.2, ц . 3 и и . 4. Выходное напряжение инвярторных ячеек, так же как и напряжение выпрямительных мостов всех каналов,равно нулю, напряжение на выходе регулятора отсутствует.

При возрастании входного управляющего сигнала (Jy выше нуля (интервал времени О i, ; i ) вступает в работу первый канал блока управления. На выходах блокирующего узла 15 продолжает оставаться неизменным код до времени t, , что сохраняет неизменной частоту счетчика с переменным коэффициентом счета. На выходах второго блокирующего узла 16 код изменяется, повторяя значения инвертированного кода аналого-цифрового преобразователя 6. Этот код действует на входах цифрового модулятора 10 длительности импульсов, которьш осуществляет широтно-импульсную модуляцию своего выходного напряжения 19. Это приводит к изменению фазы напряжения 24 пропорционально длительности импульсов 19. При достижении уровнем входного сигнала порогового напряжения 18 соответствукщий ему код фиксируется на выкоде блокирующего узла 16 с помощью цифрового компаратора 14. Поступающий на вход указанного цифрового модулятора код соответствует при этом максимальной длительности импульсов на его выходе (Tjj , фиг. 2). Напряжения 23 и 24 в этом режиме соответствуют следующему циклу замыкания ключей 1.1 и 1.2, 1.2 и 1.3, 1.3 и 1.4, 1.4 и 1.1. В результате на первичной обмотке высокочастотного трансформатора первого канала действует напряжение 25, а на выходе выпрямительного моста - импульсная последовательность 26, относительная длительность импульсов которой пропорциональна управляющему входному сигналу. С момента времени i, цифровой компаратор формирует сиг - нал на управляющем входе блокирующего узла 15, который снимает блокировку и разрешает прохождение на его перрый выход изменяющегося инверсного кода аналого-цифрового преобразователя 6. Изменяющийся код поступает на вход счетчика с переменным коэффи

лу. В то же время цифровой модулятор 10 длительности импульсов формирует импульсы с неизменной длительностью (Т, , ),. Это приводит к тому, что с увеличением частоты скважность импульсов 19 изменяется и стремится к единице, а последовательность работы ключей к циклу 1.2 и 1.3, 1,4 и 1.1, Среднее значение напряжения на выходе выпрямительного моста 3.1 приближается к своему максимальному уровню

В момент времени i , определяемым пороговым напряжением с помощью цифрового компаратора 14 порогового узла передачи кода и блокирующего узла 15,. фиксируется код на выходе счетчика с переменным коэффициентом счета, соответствующий максимальной и неизменной частоте напряжения 19, и тем самым фиксируется цикл работы ключей инверторной ячейки 13.1. С момента времени i ij вступает в работу второй канал блока управления. Его выходное напряжение представлено эпюрой 20, а выходное напряжение вьтрямительного моста 3.2 эпюрой 28. С последующим ростом входного управляющего сигнала вступают в действие все каналы вплоть до п -го, каж- дьй из которых работает по замкнутому циклу: вначале с широтно-импульс- ной, а затем с частотно-импульсной модуляцией. На выходе регулятора действует напряжение, равное сумме напряжения 27 первого каналаj 28 второго и так далее при произвольно нарастающем входном напряжении Uij Среднее значение этого напряжения 29 по форме повторяет напряжение управления Uh .

Таким образом, предложенное устройство по сравнению с известным при частоте работы ключей инвертор- ных ячеек в диапазоне 10-50 кГц за счет сокращения неуправляемой зоны угла регулирования (угла сдвига фаз) с I-Z МКС до 0,1 МКС позволяет расширить от 4 до 18% диапазон регулирования выходного напряжения. Исключение нелинейности пороговых элементов (стабилитронов) позволяет повысить точность преобразования входного сигнала. Использование одного задающего генератора позволяет практически полностью исключить наложение . кo мyтaциoнныx пауз в выходном нап- .ряжении, определяемым временами переключений ключей инверторных ячеек

за счет чего при п ; 4 снимается коэффициент нелинейных искажений на 10-20 %„

Ф о р

ула изобретения

Устройство для управления регуля- .тором напряжения, содержащее и параллельно включенных инверторных ячеек на полностью управляемых ключах, выходы которых соединены с первичными обмотками высокочастотнь х трансформаторов с вторичные обмотки которых подключены к п последовательно соединенным выпрямительным мостам, образующим выходные выводы регулятора, задающий генератор, п -канальный блок управления, содержащий в каждом канале узлы раз зязки и усиления, выходы которых предназначены для подключения к управляющим входам ключей инверторных ячеек, отличающееся тем, что, с целью расширения диапазона регулирования выходного напряжения и повышения точности преобразования, оно снабжено аналого- цифровым преобразователем, каждьй канал блока управления снабжен счетчиком с переменным коэффициентом- счета, цифровым модулятором длительности импульсов с двумя выходами и входами управления длительности импульсов, частотой следования импульсов к тактирующим входом, пороговым узлом передачи кода, содержащим цифровой компаратор и два блокирующих узла,, объединенные входы которых образуют, вход порогового узла передачи кода, выходы цифрового компаратора подключены к управляющим входам блокирующих узлов, выходы которых образуют первьш и второй выходы порогового узла передач.и кода, причем его вход подключен к -выходу аналого-цифрового преобразователя, а первьй выход соединен с управляющим входом счетчика с переменным коэффициентом счета, тактирую1чий вход которого соединен с. выходом задающего генератора и с тактирующим входом цифрового модулятора длительности импульсов, вход управления длительности импульсов которого подключен к второму выходу порогового узла передачи кода, а.вход управления частотой следования импульсов соединен с выходом счетчика с переменным коэффициентом счета,, при этом выходы цифрового модулятора подключены к входам узлов развязки и усиления.

ю

2В 2/ iZ 23

I П П И ПППППминими

{ Типанс

Типа НС

i-LLJlLl I III Г ППППП

П Е1}Х -Л4ППППППГ.

ип

ГШ

|ТЛ ППППП

П1ЛЛШ1ШШЛЛГ

24

ГШ

|ТЛ ППППП

ПЛЛЛШШЛА

Изобретение относится к области электротехники и используется для управления регуляторами напряжения с многозонной импульсной модуляцией. Цель изобретения - расширение диапазона регулирования выходного напряжения и повьшение точности преобразования. Устройство содержит я параллельно включенных инверторных ячеек (ИЯ) на управляемых ключах 1.1- 1.4, высокочастотные трансформаторы 2.1-2.П, подключенные к п последова- . тельно соединенным выпрЛ1Ительным мостам 3.1-3.п. Кроме того, устройство содержит задающий генератор 7, канальный блок управления 5.1-5.П с узлами развязки 11 и усиления 12. Введение аналого-циф- рового преобразователя 6, порогового узла 8 передачи кода, счетчика 9 с переменным коэффициентом счета и цифрового модулятора 10 длительности 72л tbii8. Uu.n.

29 8

Редактор Р.Цицика

Составитель А.Придатков

Техред О.Сопко Корректор Т.Колб

Заказ 3404/53Тираж 631Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР:

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4