Способ управления регулятором постоянного напряжения Советский патент 1986 года по МПК H02M5/42 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использова- . но в регуляторах напряжения с широким диапазоном регулирования. Целью изобретения является повьшение надежности и КПД регулятора постоянного напряжения, п модуляторов (п нечетное число) на ключевых элементах t.1,2.t,...,2.n с согласующими трансформаторами 3.1,...,3.п, вторичные обмотки которых соединены ггоследовательно и подключены к выпрямителю, работают одновременно независимо от зоны регулирования, при этом обеспечивается одинаковая заI грузка элементов модуляторов по току, (Л плавный переход из зоны в зону.7 ил.

сриг.1 Изобретение относится к электро технике и может найти применение в регуляторах напряжения с широким диапазоном регулирования. Целью изобретения является повы шение надежности и КПД регулятора постоянного напряжения. На фиг;1 представлена схема регу лятора постоянного напряжения, управляемого предлагаемым способом; на фиг.2-5 - диаграммы напряжений, поясняющие способ; на фиг.6 - вариант организации цепей управления ключевых элементов модулятора, на фиг.7 - схема блока управления при . Регулятор постоянного напряжения, управляемый предлагаемым спосо бом, содержит (фиг.1) п модуляторов (п - нечетное число) на ключевых элементах 1.1, 2.1,...,1.п, 2.п с согласующими трансформаторами 3.1, ...,3.п,вторичные обмотки 4.1,..., 4.П которых соединены последовательно и подключены к выпрямителю 5 со сглаживающим фильтром 6, и устройство управления 7. На фиг.2 представлена вторая пос ледовательность импульсов напряжени прямоугольной формы 8, последовател ности напряжений треугольной формы () 9-11, сдвинутые относительно друг друга на угол 7Г/п (60 эл.град. идеализированные напряжения 12-14 на вторичных обмотках согласующих трансформаторов 4.1, 4.2 и 4.3 при постоянном опорном напряжении U Uj , выпрямленное напряжение 15 на выходе выпрямителя 5 при U, V , идеализированные напряжения 16-18 на вторичных обмотках согласующих трансформаторов 4.1, 4.2, 4.3 при УОП выпрямленное напряжение 19 на выходе выпрямителя 5 при Uj идеализированные напряжения 20-22 на вторичных обмотках согласующих трансформаторов 4.1, 4.2, 4.3 при Ц Uj, выпрямленное напряжение 23 на выходе выпрямителя 5 при U и,. На фиг.З представлены одно из 1, 2, 3... i, где 1 пряжений треугольной формы 24, первая последовательность импульсов на пряжения 25 прямоугольной формы при Uj и,, , вторая последовательность импульсов напряжений 26 прямоугольной формы, фронт и срез кЪторой сов 76Д падает с минимумами амплитуды п-Ц „ -S- последовательности напряжении треугольной формы, пара третьих последовательностей прямоугольных импульсов напряжения 27 и 28, четвертая 29, пятая 30, шестая 31 и седьмая 32 последовательности коротких импульсов напряжения, восьмая последовательность 33 прямоугольных импульсов напряжения, девятая 34 и десятая 35 последовательности коротких импульсов напряжения, первое управляющее переменное напряжение 36 прямоугольной формы, одиннадцатая 37 последовательность прямоугольных импульсов напряжения, двенадцатая 38 и тринадцатая 39 последовательности коротких импульсов напряжения, второе управляющее переменное напряжение 40 прямоугольной формы, напряжение 41, подаваемое на цепь управления одного ключевого элемента рассматриваемого модулятора. При UQ 1 на фиг.З представлены первая последовательность импульсов напряжения 42, пара третьих последовательностей прямоугольных импульсов напряжения 43 и 44, четвертая , пятая 46, шестая 47 и седьмая 48 последовательности коротких импульсов напря сения, девятая 49 и десятая 50 последовательности коротких импульсов напряжения, первое управляющее переменное напряжение 51 прямоугольной формы, двенадцатая 52 и принадцатая 53 последовательности коротких импульсов напряжения,второе управляющее переменное напряжение 54 прямоугольной формы, напряжение 55, подаваемое на один из ключевых элементов рассматриваемого модулятора. На фиг.4 представлены одно из , п+1 , „ 1.2... напряжений треугольной формы 56, первая последовательность импульсов напряжения 57 прямоугольной формы при и., вторая последовательность импульсов напряжения 58 прямоугольной формы, (та же, что и 26), пара третьих последовательностей прямоугольных импульсов напряжения 59 и 60, четвертая 61, пятая 62, шестая 63 и седьмая 64 последовательности коротких импульсов напряжения, девятая 65 и десятая 66 последовательности коротких импульсов напряжения, первое 67

и второе 68 управляющие переменные напряжения прямоугольной формы, напряжение 69, подаваемое на цепи управления одного ключевого элемента рассматриваемого модулйтора.

При Uj на фиг.4 представлены первая последовательность импульсов напряжения 70 прямоугольной формы, пара третьих последовательностей прямоугольных импульсов напряжения 71 и 72, четвертая 73, пятая 74,шестая. 75 и седьмая 76 последовательности коротких импульсов напряжения, девятая 77 и десятая 78 последовательности коротких импульсов напряжения, первое 79 и второе 80 управляющее переменные напряжения прямоугольной формы, напряжение 81, подаваемое на цепи управления однбго ключевого элемента модулятора.

п+1

На фиг.5 представлено

напряжение треугольной формы 82, первая последовательность импульсов напряжения 83 прямоугольной формы при ол Ui вторая последовательность импульсов напряжения 84 прямоугольной формы, пара третьих последовательностей прямоугольных импульсов напряжения 85 и 86, четвертая 87, пятая 88, шестая 89 и седьмая 90 последовательности коротких импульсов напряжения, первое управляющее переменное на пряжение 91 прямоугольной формы, второе управляющее переманное напряжение 92 прямоугольной формы, напряжение 93, подаваемое на цепи управления одного ключевого элемента рассматриваемого модулятора.

На фиг.6 представлена схема построения цепей управления силового транзистора, например, 1,3. Она содержит два усилителя мощности 94 и 95, на цепи управления которых поступает соответственно первое 36 (51)

67(79) и 91 и второе 40 (54),

68(80) и 92 управляющее переменные напряжения, согласующие трансформаторы 96 и 97, на вторичных обмотках 98-101 которых формируются соответственно напряжения 36 (51), 67 (79),

91 и 40 (54), 68 (80), 92, базовый

резистор 102 и отсекающие диоды 103

и 104..

На фиг.7 представлен блок управления модуляторами при п 3. Построение блока управления при п 3

выполняется аналогично. Блок управления содержит задакнций генератор 105, кольцевую пересчетную схему 106, генераторы треугольного напряжения 107.1,...,107.П, амплитудные компараторы 108.1,...,108.П, первые логические элементы НЕ 109.1,...,109.п, первые генераторы импульсов 110.1, ...,110.п, первые логические элементы ИЛИ 111.1,...,111.п, вторые генераторы импульсов 112.1,...,112.п, вторые логические элементы НЕ 113.1, ...,113.п, первые логические элементы И 114.1,...,114.П, вторые и третьи логические элементы И 115.1, ...,115.п, 116.1,...,116.П, первый делительчастоты 117 и третий логический элемент НЕ 118, четвертые и пятые логические элементы НЕ 119.1,

...,119.п, 120.1120.П, третьи,

четвертые, пятые и шестые генераторы импульсов 121.1,...,121.п,122.1, ...,122.п, 123.1,...,123.п и 124.1, ...,124.п, четвертый и пятый логические элементы И 125 и 126, логические элементы ШШ 127.1,..., 127.П, 128.1,...,128.П, второй делитель частоты 129, шестой логический элемент НЕ 130, шестой и седьмой логические элементы И 131 и 132, триггеры 133.1,...,133.п, 134.1,..., 134.п.

Сущность способа поясняется на устройстве, представленном на фиг.1, при формировании выходного напряжения с тремя зонами регулирования (). Возможно выполнение модуляторов по мостовой и полумостовой схемам. При формируют три после доватепьности импульсов напряжения 9-11 треугольной формы. Эти напряжения получают кольцевой пересчетной схемой 106 с тремя генераторами 107.1,...,107.3 напряжения треугольной формы и. Эти напряжения пода ются на первые входы амплитудных компараторов 108.1,...,108.п на другие их входы поступает опорное напряжение и

На выходе амплитудного компаратора формируется

единица при ус. Далее полученловии, что и U(j ные сигналы преобразуются в управляющие переменные напряжения прямоугольной формы, которые в дальней-шем обеспечивают переключение ключевых элементов 1.1, 2.11.3,

Управление модуляторами с порядковыми номерами 1, 2, 3... 1

представлено на фиг.4.Как видно при оп U импульс управления на ключевые элементы 1.1 и 2.. 1 необходимо подавать, вида 69, причем на ключевой элеме нт 1.1 импульс на включени поступает в интервале , а на 2.1 - в интервале , Такая пос- ледовательность импульсов управлени формируется также на базе схемы фиг.6 из двух управляющих переменны напряжений 67 и 68. При U, U форма напряжения на транзистор 1.1 подается вида 81, причем .транзистор 1.1 включается в интервалы времени to-tj , ,,..., а транзистор 2.2 в интервалы t, tg , t9 t(, ,....

Формирование необходимых импульсных последовательностей осуществляется на базе элементов 107.2134,2. Выполнение и назначение элементов 107.2-124.2 полностью соответствуют выполнению и назначению элементов 107.1-124.1.

На выходах генераторов импульсов 121.2-124.2 формируются соответственно четвертая 61 (73), шестая 63 (75) и седьмая 64 (76) последовательности коротких импульсов напряжения. Четырнадцатую последовательность коротких импульсов напряжения 65(77) формируют на выходе логического элемента ИЛИ 127.2 за счет подачи на его входы четвертой 61(73) и седьмой 64(76) последовательностей коротких импульсов напряжений с выходов генераторов 121.2 и 124.2. Пятнадцатую последовательность коротких импульсов напряжения 66(78) формируют на выходе логического элемента ЯПИ 128.2 за счет подачи на его входы пятой 62(74) и шестой 63(75) последовательностей коротких импульсов напряжений с выходов генераторов 122.2 и 123.2. Первое управляющее напряжение 67(79) подаваемое на усилитель мощности, формируется на выходе триггера 133.2 за счет подачи

на его входы четырнадцатой 65(77) и пятнадцатой 66(78) последовательностей коротких импульсов напряжения. Второе управляющее напряжение 68(80) формируется на выходе триггера 134.2 за счет подачи на его входы четвертой 61(73) и пятой последовательностей коротких импульсов напряжения.

Управление одного модулятора с п+1

(п - нечетпорядковым номером

ное) представлено на фиг.5. Как видно, при всех значениях Ц,„ на ключевые элементы 1.2 и 2.2 необходимо подавать импульсы управления вида 93, причем на ключевой элемент 1.2 импульс на. включение поступает в интервале -tj -t , а на 2.2 - в интервале t4-tj. Такая последовательность импульсов управления формируется также на базе схемы фиг.6 из двух управляющих переменных напряжений 91 1 92. .

Формирование необходимых импульсных последовательностей осуществляется элементами 107.3-134.3. Выполнение и назначение элементов 107.3124.3 полностью соответствует выполнению и назначению элементов 107.1124.1. На выходах генераторов импульсов 121.3-124.3 формируются соответственно четвертая 87, пятая 88, шестая 89 и седьмая 90 последовательности коротких импульсов напряжения. Первое управляющее напряжение 91 формируется на выходе триггера 133.3 за счет подачи на его входы четвертой 87 и пятой 88 последовательностей коротких импульсов, напряжений. Второе управлякнцее напряжение 92 формируется на выходе триггера 134.3 за счет подачи на его входы шестой 89 и седьмой 90 последовательностей коротких импульсов напряжения.

Таким образом, предлагаемьй способ управления регулятором постоянного напряжения обеспечивает одновременную работу всех модуляторов независимо от зоны регулирования, одинаковую загрузку элементов модуляторов по току, плавный переход из зоны в зону,что приводит к повышению надежности и КПД устройств, управляемых согласно предлагаемому способу управления. Формула изобретения Способ управления регулятором постоянного напряжения, содержащим п (где п - нечетное число) модулято ров с согласующими трансформаторами, вторичные обмотки которых соединены последовательно и подключены к выпрямителю, заключающийся в формировании для каждого модулятора последовательности напряжения треугольной формы, сравнении его с опорньм постоянным напряжением, в результате чего формируют п первых последовательностей импульсов напря жения прямоугольной формы, формируют первые и вторые управляющие переменные напряжения прямоугольной формы и подают их на цепи управления ключевых элементов модулятора, отличалощийся тем, что, с целью повышения надежности и КПД регулятора постоянного н апряжения, последовательности напряжений треугольной формы формируют сдвинутыми относительно друг друга на угол Г/п сравнивают их все одновременно с од наковым опорным напряжением, формируют общую для всех модуляторов вто рую последовательность импульсов на пряжения прямоугольной формы, фронт и срез которых совпадают с минимума п+1 последовательности ми амплитуды напряжения треугольной формы, для казкдого модулятора формируют пару третьих последовательностей прямоугольных импульсов напряжения путем логического перемножения первых пос ледовательностей прямоугольных импульсов напряжения с второй и инвер ной ей, формируют четвертую, пятую, шестую и седьмую последовательности коротких импульсов напряжения,фронТы которых совпадают соответственно с фронтами и срезами пар третьих последовательностей прямоугольных импульсов напряжения, получают для каждого модулятора с порядковым но17а-Ц 2 + 1. где 1 1,,..., , восьмую последовательность прямоугольных импульсов напряжения, частота которых в два раза больше частоты прямоугольных импульсов напряжения второй последовательности и совпадает с ней по фазе, логически перемножают шестую и седьмую после7612довательности коротких импульсов напряжения с восьмой, суммируют соответственно с пятой и четвертой и получают девятую и десятую последовательности коротких импульсов напряжения, формируют вышеуказанное первое управлякяцее переменное напряжение прямоугольной формы, моменты изменения .полярности которого совпадают соответственно с моментами формирования импульсов девятой и десятой последовательностей, формируют общую для всех модуляторов одиннадцатую последовательность прямоугольных импульсов напряжения, сдвинутую отнбсительно второй на 2 J/3, для каждого модулятора логически перемножают шестую и седьмую последовательности коротких импульсов напряжения соответственно с одиннадцатой и инверсной ей и получают двенадцатую и тринадцатую последовательности коротких импульсов напряжения, формируют вьш1еуказанное второе управляющее переменное напряжение прямоугольной формы, моменты изменения полярности которого совпадают соответственно с моментами формирования импульсов двенадцатой и тринадцатой последовательностей, получают для каждого модулятора с порядковым но, „ п+1 . мером (,2,...,-2- I четырнадцатую и пятнадцатую последовательности коротких импульсов напряжения путем логического суммирования четвертой с седьмой и пятой с шестой последовательностей, формируют вышеуказанное первое управлякнцее переменное напряжение прямоугольной формы, моменты изменения полярности которого совпадают с моментами формирования импульсов соответственно четырнадцатой и пятнадцатой последовательностей, формируют вьш1еуказанное второе управляющее переменное напряжение прямоугольной формы, моменты изменения полярности которого совпадают соответственно с моментами формирования импульсов четвертой и пятой последовательностей коротких импульсов напряжения, при этом для J, модулятора формируют вышеуказанные первое и второе управляющие переменные напряжения прямоугольной формы, моменты изменения полярности которых совпадают с моментами форми13рования импульсов соответственно четвертой, пятой и шестой, седьмоц

JL

но tn Тр jii

SU.

JTH

п.

4Г

пг

iRr

FIT

f

m -« -

-#

Hi-f

il5

л

P1

-f

JCL «-

ГТ

n

tf /y t -f -f / -i / 1264276 последовательностей коротких импульсов напряжения.

tff

N, X

JZL

t

--(3 if,4 Г, (8

Ж

. X

-f

-ED t-t -t t t t -t t i -t

.f

-t

t

n

-f

П -i -f t

I I -t t t -t t

tanuSf aamitt

IHH/f3