Регулируемый преобразователь постоянного напряжения Советский патент 1987 года по МПК H02M3/337 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при разработке источников электропитания.

Цель изобретения - упрощение реализации симметрирования работы преобразователя.

На фиг. 1 представлена функциональная схема регулируемого преобразователя; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие принцип.

Регулируемый преобразователь содержит силовой канал 1 преобразования и регулирования электрической энергии и канал 2 управления. Силовой канал преобразования электрической энергии содержит первичный источник 3 электрической энергии, инвертор 4, выполненный из двухтактного усилителя 5 мощности и трансформатора 6, например, со средней точкой (в общем случае силовая часть инвертора может быть выполнена по любой из известных двухтактных схем), выпрямитель с фильтром 7, нагрузку 8.

Канал 2 управления состоит из генератора 9 тактовых импульсов, формирователя 10 длительности паузы, генератора 11 пилообразного напряжения, щиротно-импульсно- го модулятора 12, узла 13 регулирования, симметрирующего Л5-триггера 14, двух согласующих усилителей-первого 15 и второго 16, двух, селекторов - первого 17 и второго 18, делителя 19 частоты на два, порогового элемента 20, / 5-триггера 21 защиты, одновибратора 22, датчика 23 тока.

Временные диаграммы напряжений и токов на соответствующих элементах регулируемого преобразователя показаны на фиг. 2: а - на выходе генератора 9 тактовых импульсов; б - на выходе формирователя 10 длительности паузы; в - на втором входе первого селектора 17; г - на входах щирот- но-импульсного модулятора 12; д - на выходе широтно-импульсного модулятора 12; е - на выходе порогового элемента 20; ж - на выходе триггера 21 защиты; з - на выходе одновибратора 22; и - на выходе симметрирующего триггера 14; к - на выходе первого селектора 17; л - на выходе второго селектора 18; м - ток коллектора силового транзистора двухтактного усилителя 5 мощности, управляемого выходным сигналом первого селектора 17, - ток первого плеча инвертора; н - ток коллектора силового транзистора двухтактного усилителя 5 мощности, управляемого выходным сигналом второго селектора 18, - ток второго плеча инвертора; о - напряжение на выходе трансформатора 6.

Генератор 9 тактовых импульсов выходом подключен к входу формирователя 10 длительности паузы. Выход указанного формирователя 10 подключен к входам делителя 19 частоты на два и генератора 11 пилообразного напряжения, а также к первым входам первого 17 и второго 18 селекторов, S-входам триггеров - защиты 21 и симметрирующего 14. У селекторов 17 и 18 пятые входы подключены к выходу симметрирующего триггера 14, третьи входы - к выходу щиротно-импульсного модулятора 12, вторые входы - у первого селектора 17 - к одному, а у второго селектора 18 - к другому выходу делителя 19 частоты на два. Одновибратор 22 входом подключен к выходу триггера 21 защиты и к четвертым

0 входам селекторов 17 и 18, а выходом - к / -входу симметрирующего триггера 14. Ши- ротно-импульсный модулятор одним из выходов подключен к выходу генератора 11 пилообразного напряжения, а другим - к выходу узла 13 регулирования. Выходы селек торов 17 и 18 подключены соответственно через согласующие усилители 15 и 16 к управляемым входам двухтактного усилителя 5 мощности. Силовые цепи указанного усилителя 5 подключены к датчику 23

0 тока, выход которого подключен к входу порогового элемента 20, выход которого подключен к / -входу триггера 21 защиты. При работе в режиме стабилизации выход нагрузки 8 подключен к узлу 13 регулирования.

5 Регулируемый преобразователь работает следующим образом.

Силовой канал 1 преобразует электрическую энергию первичного источника 3 электропитания из одного уровня (количества и качества) в другой, требуемый для функ0 ционирования нагрузки 8. Регулирование уровня поступаемой в нагрузку 8 электрической энергии осуществляется двухтактным инвертором 4 с использованием принципа щиротно-импульсной модуляции. Сигнал управления указанным инвертором вырабаты5 вается узлом 2 управления.

Период работы (коммутации, преобразования) инвертора 4 определяется периодом выходного сигнала (фиг. 2 а) генератора 9. Формирователь 10 на фронт указан0 кого сигнала вырабатывает импульсы длительностью Тл (фиг. 2 б). На длительность Тп сокращается максимально возможное время цмакс открытого состояния силовых коммутирующих транзисторов усилителя 5, т. е. имакс Г/2-Тп. Воздействие вы5 ходного сигнала формирователя 10 на вход генератора 11 пилы обеспечивает на выходе последнего пилообразное напряжение Un(t) (фиг. 2 г). В общем случае форма пилообразного напряжения может быть и иной, например, равносторонней, при этом вход

генератора 11 пилы подключается к выходу генератора 9. Выходные сигналы делителя 19 частоты на два противофазны (один из них показан на фиг. 2 в), их период равен двум периодам выходного сигнала генерас тора 9 (в качестве делителя 19 частоты на два может быть использован триггер в счетном режиме работы). Воздействие указанных противофазных сигналов на вторые входы селекторов 17 и 18 обеспечивает прохождение на их выходы (фиг. 2 к, л) шп- ротно-модулированного сигнала (фиг. .2 д) модулятора 12 в интервале времени,соответствующего высоким уровням сигналов делителя 19 частоты на два.

Высокий уровень выходного сигнала модулятора 12 соответствует (фиг. 2 д) превышению сигнала Uy(t) узла регулирования над сигналом Иn(t) генератора 11 пилы (фиг. 2 г). Высокие уровни выходных сигналов селекторов 17 и 18 соответствуют (фиг. 2 к, л соответственно) одновременному присутствию высоких уровней напряжений на всех входах селекторов.

При отсутствии перегрузки по току на выходе порогового элемента 20 присутствует низкий уровень напряжений (фиг. 2 е). При этом состояние триггера 21 защиты - высокий уровень выходного напряжения (фиг. 2 ж - определяется воздействием (с периодом Т) выходного сигнала формирователя 10, а именно его срезом перепадом 1/0. Этот же сигнал (фиг. 2 б) определяет и высокий уровень напряжения на выходе симметрирующего триггера 14. Например, на выходе селектора 17 присутствует на интервале /0+7 положительный импульс (фиг. 2 к) длительностью , в течение которого присутствуют одновременно высокие уровни на всех входах (фиг. 2 б, и, д, в, ж). Итак, при отсутствии перегрузки по току режим преобразования и регулирования электрической энергии определяется соотношением уровней сигналов узла 13 регулирования и генератора 11 пилы iln(t) (фиг. 2 г). При работе в режиме стабилизации lJn(t является функцией напряжения (тока) в цепи нагрузки 8 (на фиг. 1 этот режим показан пунктирной линией, связывающей нагрузку 8 и узел 13).

В режиме перегрузки по току коммутации напряжение 11(1 на выходе датчика достигает напряжения Uon(t) порогового элемента и на его выходе формируется высокий уровень напряжения. Предположим, что указанная ситуация произошла в момент времени ti (фиг. 2, эпюры н, е). На фронт выходного сигнала (фиг. 2 е) порогового элемента 20 триггер защиты устанавливается в низкий уровень напряжения (фиг. 2 ж), который сохраняется до момента времени 03, т. е. до воздействия (срезом) выходного сигнала формирователя 10. Наличие на любом из входов селекторов 17 и 18 низкого уровня обеспечивает низкий уровень на их выходах. В результате на выходе селектора 18 длительность положительного импульса сокращается до tui tz-/02-т„ (при отсутствии перегрузки длительность сигнала управления определяется Uy{t) и Uii.(t) и соответствует t uy , фиг. 2, л, о).

На перепад 1/0 выходного напряжения триггера 21 защиты одновибратор 22 формирует (фиг. 2 з) импульсы длите. пяюсп.К) Т/ 2 (в качестве одновибратора может Гмпгь использован, например, ждущиГ: му, 1ьт11Н11п- ратор). Срез выходного сигнала (фиг. 2 з) одновибратора 22 устанавливает выход симметрирующего триггера 14 в низкий уровень напряжения, который сохраняется до момента времени /04 (фиг. 2 и), т. е. до момента воздействия (срезом) выходного сигнала формирователя 10 (фиг. 2 б). Наличие низ0 кого уровня напряжения на пятых входа.х селекторов 17 и 18 обеспечивает на интервале времени от /з+Т г до /04 низкие уровни напряжений и на их выходах (фиг. 2 к, л). В результате этого на обмотках трансформатора 6 обеспечиваются симметричные,

смещенные на Гг, прямоугольные импульсы (фиг. 2 о) длительностью tLi. Если в следующие периоды работы перегрузки по току не происходит, то на выходах триггеров 21 н 14 обеспечиваются высокие уровни на0 пряжений (фиг. 2, сплошные линии, соответственно, эпюр ж, и). При этом режим преобразования определяется Иу(.) и L n(/). При возникновении перегрузки по току в первом плече инвертора (фиг. 2, эпюра м), например, в момент времени /з (указан5 ному режиму работы соответствуют пунктирные линии временных диаграмм (фиг. 2), при этом полагаем, что данная перегрузка произошла повторно, с учетом перегрузки в момент времени /2 (фиг. 2, эпюра н), и одновибратор еще не закончил формирование положительного импульса (фиг. 2 з), то поскольку триггер 21 защиты в момент времени t z установлен (фиг. 2, эпюра ж) в высокий уровень выходного напряжения, фронт выходного сигнала порогового элемента в момент времени 1оз перегрузки (фиг. 2, эпюра е) устанавливает триггер 21 в низкий уровень (фиг. 2 ж, пунктирная линия). Это в свою очередь устанавливает (сбрасывает) одно- вибратор 22 в момент времени /з в состояние, соответствующее моменту t , т. е. с мо0 мента t z одновибратор опять начинает формировать импульс длительностью Гг. В момент времени Гг срез выходного сигнала одновибратора 22 (фиг. 2 з) устанавливает симметрирующий триггер 14 в низкий уровень напряжения, который сохраняется до

5 момента времени os (фиг. 2 и) воздействия на его первый вход среза сигнала формирователя 10 (фиг. 2 б). В результате этого на интервале времени от до toz исключается появление высоких уровней напряжений на выходах селекторов 17 и 18. Соответ0

5

0

ственно исключается прохождение электрической энергии от первичного источника 3 электропитания в нагрузку 8. При этом на обмотках трансформатора 6 инвертора 4 формируются смещенные на Тг прямоугольные С импульсы ровной длительности /„3 (эпюра о, фиг. 2).

Таким образом, осуществляется защита от перегрузки по току коммутации в каждом из полупериодов коммутации. При этом обеспечивается симметрирование работы регулируемого конвертора в течение всего интервала действия перегрузки, исключается превышение тока в каждом из плеч коммутации инвертора.

Формула изобретения

Регулируемый преобразователь постоянного напряжения, содержащий выходной выпрямитель с фильтром, подключенный к выходному трансформатору двухтактного инвертора, управляющие входы которого через согласующие усилители подключены к выходам двух селекторов импульсов узла управления, состоящего из генератора тактовых импульсов, который через формирователь длительности паузы подключен к входу генератора пилоообразного напряжения, входу

делителя частоты на два, S-входам / 5-триг- геров защиты и симметрирования и первым входам селекторов импульсов, вторые входы которых соединены с соответствующими выходами делителя частоты, а третьи - с выходом широтно-импульсного модулятора, первым входом подключенным к выходу генератора пилообразного напряжения, а вторым - к выходу узла регулирования, при этом / -вход триггера защиты через пороговый элемент подключен к датчику тока, а выход - к четвертому входу первого селектора и входу одновибратора, выход которого соединен с / -входом триггера симметрирования, выходом подключенным к пятому входу первого селектора, отличающийся тем, что, с целью упрощения реализации симметрирования, четвертый вход второго селектора подключен к выходу триггера защиты, а пятый вход- к выходу триггера симметрирования.

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при разработке источников вторичного электропитания. Цель изобретения - упрощение реализации симметрирования работы преобразователя. Преобразователь содержит силовой канал преобразования и регулирования и канал управления. Наличие одного канала управления обеспечивает симметрирование работы регулируемого конвертора в течение всего интервала действия перегрузки, исключает превышение тока в каждом из плеч коммутации инвертора. 2 ил. со со О5 :71

22

14,

1Ъ

а

toil

Hi.

taz Ito

-m

L

i/л

г

to5

tOB