Регулируемый преобразователь постоянного напряжения в постоянное Советский патент 1988 года по МПК H02M3/135 H02H7/10 

+ в

о +

11398042

Изобретение относится к электроехнике, в частности к преобразоваср пу ло уз по вт

телям постоянного напряжения в постоянное, и может быть использовано в ; устройствах, требуюш:их широкого диапазона регулирования выходного напряжения и тока нагрузки.

Цель изобретения - повьшение надежности преобразователя. .

На чертеже представлена функциональная схема регулируемого преобразователя постоянного напряжения в постоянное.

Преобразователь содержит тиристор 1 и Подключенный параллельно ему тразисторный узел 2 гашения, LCD-фильтр :3 связанный с входом интегратора ;4, датчик 5 тока и сумматор 6, выхо- Iды которых соединены с соответствую- Iщими входами первого элемента 7 срав :нения, датчик 8 напряжения, широтно- импульсный модулятор 9 (ШИМ), элемент И 10, преобразователь 11 уровня,датчик 12 состояния тиристора, блок 13 сигналов управления с первым 14, вторым 15, третьим 16 и четвертым 17 резисторами, первым 18 и ;вторым 19 диодами, формирователь 20 импульсов управления тиристором, фор ;мирователь 21 импульсов управления :транзисторным узлом гашения, входы : которого соединены с соответствую- 1щими выходами мультивибратора 22, источник 23 дополнительных напряжени 1и второй элемент 24 сравнения. Один 1ВХОД сумматора 6 соединен с выходом интегратора 4, а другой его вход - с выходом датчика 8 напряжения. Один вход элемента И 10 соединен с выхо- дом второго элемента 24 сравнения, а другой вход - с выходом ШШ 9, к входу которого подсоединен - выход пер вого элемента 7 сравнения. Вход преобразователя 11 уровня соединен с вы ходом элемента И 10, а его выход через последовательно соединенные первый резистор 14 и подключенный к нему катодом первый диод 18 связан с входом формирователя 20 импульсов yn равления тиристором и через второй , резистор 15 - с входом мультииибрато ра 22. Входы датчика 12 состояния тиристора соединены с силовыми электродами тиристора 1, а его выход че- рез последовательно сое5днненные третий резистор 16 и под-пкючеьгный к нему анодом второй диод 19 снизан с входом формирователя 20 импульсов уп-

5

0

5

0

g

0 5 g 5

5

равления тиристором, выход которого связан с управляющим электродом тиристора 1. Выход формирователя 21 импульсов управления транзисторным узлом гашения связан с транзисторным узлом 2 гашения, а источник 23 дополнительных напряжений - с входом второго элемента 24 сравнения.

Транзисторный узел 2 гашения предназначен для выключения тиристора 1 путем подачи на его силовые электроды обратного напряжения, вырабатываемого источником 23 дополнительных напряжений.

Сумматор 6 суммирует постоянное напряжение с датчика 8 напряжения (пропорционально выходному напряжению преобразователя U, ) и переменное напряжение с интегратора 4, образуемое путем интегрирования с помощью апериодического звена напряжения, снимаемого с вторичной обмотки силового дросселя LCD-фильтра 3.

Первый элемент 7 сравнения сравнивает сигналы с датчика 5 тока и сумматора 6 с сигналом задания U,gj , определяющим величину выход1 ого напряжения преобразователя U, , и управляет работой ШИМ 9,

Преобразователь 11 уровня преобразует однополярный сигнал высокого и низкого I уровней с выхода элемента И 10 в разнополярный, необходимый для работы блока 13 сигналов управления.

. Датчик 12 состояния тиристора служит для контроля за величиной напря- жеН11Я на силовых электродах тиристора 1.

Формирователь 20 импульсов управления тиристором служит для включения тиристора 1 и выполнен в виде источника тока на транзисторе, выход которого гальванически развязан от источника его питания.

Формирователь 21 импульсов управления транзисторным узлом гашения предназначен для управления транзи- . сторным узлом 2 гашения и включает в себя два транзисторных усилителя, один из которых формирует сигналы на включение узла, а другой - на выключение. В свою очередь указанные усилители управляются сигналами с соответствующих выходов мультивибратора 22.

Мультивибратор 22 представляет собой транзисторный мультивибратор.

управление режимом работы которого осуществляется по базовым цепям транзисторов сигналом, снимаемым с выхода блока 13 сигналов управления, В зависимости от ,полярности сигнала на выходе блока 13 сигналов управления мультивибратор 22 может находиться в двух режимах работы: автоколебательном и заторможенном.

Источник 23 дополнительных напряжений является преобразователем напряжения источника питания Ufl в ряд напряже1 ий, обеспечивающих работу преобразователя, и может быть выполнен в виде маломощного статического преобразователя с диодными выпрямителями.

Второй элемент 24 сравнения сравнивает напряжения, поступающие с источника 23 дополнительных напряжений с опорными напряжениями сп сп которые и определяют рабочий диапазон (допуск) изменения величины дополнительных напряжений.

Преобразователь в установившемся режиме работает следующим oбpaзo d.

Пусть тиристор 1 и транзисторный узел 2 гашения находятся в. выключенном состоянии, а напряжение на выходе преобразователя Ue,, не равно нулю. После включения тиристора 1 ток, протекающий через силовой дроссель LCD-фильтра 3, начинает нарас- тать. Одновременно начинает увеличиваться и переменное напряжение,снимаемое с интегратора 4. При этом постоянное напряжение, поступающее с выхода датчика 8 напряжения на один из входов сумматора 6, компенсирует на первом элементе 7 сравнения сигнал задания

До тех пор, пока величина переменной составляющей напряжения с выхо- .да сумматора 6 не дорастет до вели чины верхнего порога срабатывания ШШ 9, на вход 25 блока 13 сигналов управления поступает сигнал положительной полярности. В то же время на вход 26 того же блока с датчика 12 состояния тиристора поступает сигнал отрицательной полярности, что соответствует открытому состоянию тиристора 1. При указанных полярностях сигналов на соответ.ствующи входах блока 13 сигналов управления на его выходе 27 будет сигнал отрицательной полярности, . а на выходе 28 сигнал, положительной полярности,Ди

5

оды 18 и 19 находчтся в закрытом состоянии .

Отрицательный сигнал на входе формирователя 20 импульсов управления тиристором приводит к его выключению и снятию включающего импульса напряжения с управляющего электрода тиристора I (при этом тиристор 1 остается во включенном состоянии). Положительный сигнал на входе мультивибратора 22 приводит его в такое устойчивое состояние (заторможенный режим работы), ..ри котором на выходе 5 формирователя 21 импульсов управления транзисторным узлом гашения формируется сигнал, обеспечивающий на- хождение транзисторного узла 2 в выключенном состоянии.

Как только величина переменной составляющей напряжения с выхода сумматора 6 дорастет до величины верхнего порога срабатывания ШИМ 9, сигнал на входе 25 блока 13 сигналов управления принимает отрицательную полярность, что приводит к появлению на выходе 28 того же блока сигнала отрицательной полярности (полярность сигналов на входе 26 и выходе 27 остаются отрицательными). При этом диоды 18 и 19 блока 13 сигналов управления остаются в закрытом состоянии, При отрицательной полярности сигнала на входе мультивибратора 22, он запускается (автоколебательный режим работы) и вырабатывает сигнал, под действием которого формирователь 21 импульсов управления транзисторным узлом гашения включает транзисторный узел 2 гашения и соответственно при этом выключается тиристор 1,

Через интервал времени, о пределя- емый паспортным временем выключения тиристора 1 и задаваемый длительностью сигнала с мультивибратора 22, последний меняет свое состояние, и воздействуя на соответствующий усилитель, формирователь 21 импульсов управления транзисторным узлом гашения выключает транзисторный узел 2 гашения.

При выключении транзисторного узла 2 гашения напряжение на силовых электродах тиристора 1 начинает уве- личиваться и при достижении определенной величины напряжение на выходе датчика 12 состояния тиристора изменяет свою полярность с отрицательной на положительную. На входе 26 блока

0

5

0

5

0

5

5

13 сигналов управления имеется положительный сигнал, а на входе 25 - отрицательный. Это приводит к тому, что диоды 18 и 19 открываются. Величины резисторов 15 и 17, 14 и 16 выбраны попарно равными, а соотношение величин указанных пар соответственно находится в такой пропорции, при которой на соответствующих выходах 27 и 28 блока 13 сигналов управления образуются соответственно сигналы от рицательной и положительной полярности. При этом происходит блокировка включения формирователя 20 импульсов управления тиристором и блокировка :запуска мультивибратора 22, т.е. в этот момент осуществляется блокирова ние включения тиристора 1 и транзис- торного узла 2 гашения.

После выключения транзисторного узла 2 гашения противоиндуктивный диод LCD-фильтра 3 открывается, и при этом ток через силовой дроссель, а вместе с ним и переменная составля ющая напряжения с выхода сумматора 6 начинают уменьшаться. При достижении этим напряжением величины нижнего порога срабатывания ШИМ 9 сигнал на входе 25 блока 13 сигналов управления принимает положительную полярность (на входе 26 сигнал остается положительным). В этом случае риоды 18 и 19 блока 13 сигналов управления закрываются и сигнал на выходе 27 принимает похюжительное значение (на выходе 28 сигнал остается положительным), что приводит к вклю- |чению тиристора 1 через формирова- |гель 20 импульсов управления тиристором и блокировке вклк чения транзи- сторного узла 2 гашения. При включении тиристора 1 ток через дроссель 1,СВ-фильтра 3 начинает увеличиваться, и цикл работы преобразователя повторяется.

Для повьшения надежности работы феобразЬвателя предусмотрена возможность подачи повторных команд на выключение тиристора 1, если он не выключается от первой команды. Для :этого мультивибратор 22 вырабатывает повторные сигналы на включение транзисторного узла 2 гашения. Длительность повтор ных команд на выключение тиристора 1 определяется временем выключения тиристора 1, а пауза между ними - приведением трансформаторов формирователя 21 импуль980426

сов управления транзисторным узлом гашения в исходное рабочее состояние. Повторные команды подаются до тех пор, пока на входе мультивибратора 22 будет сигнал -отрицательной полярности, что в свою очередь определяется состоянием тиристора 1 и транзисторного узла 2 гашения. 10 Таким образом, в схеме преобразователя контролируется состояние

силовых элементов. Блок 13 сигналов управления в зависимости от сочетания полярности сигналов на его

15 входах формирует на своих выходах сигналы управления тиристором 1 и транзисторным узлом 2 гашения, включая один из них, блокируя включение другого или блокируя включение обо2(3 их элементов. Это увеличивает помехозащищенность преобразователя.

Введение в схему преобразователя второго элемента 24 сравнения также повышает надежность преобразователя. 25 При нахождении величины напряжений, вырабатываемых источником 23 дополнительных напряжений, в рабочем допуске сигнал с, выхода ШШ 9 проходит через элемент И 10 и преобразо3Q ватель 11 уровня без изменения, В случае выхода величины дополнительных напряжений за пределы допуска на выходе второго элемента 24 сравнения появляется сигнал, приводящий

- ,к появлению на входе 25 блока 13 сиг- налов управления сигнала отрицательной полярности независимо от состояния сигнала на выходе ШИМ 9. Это приводит к выключению силовых элементов и .прекращению работы преобразо40

вателя.

Преобразователь защищен от перегрузок по току. При увеличении тока нагрузки больше заданного датчика 5

тока формирует сигнал, который, воздействуя на первый элемент 7 сравнения, приводит к уменьшению выходного напряжения преобразователя (вплоть до нуля). В этом случае сигнал задания U,,- компенсируется сигналом с датчика 5 тока. При снятии перегрузки по току преобразователь автоматически возвращается в исходный режим работы.

Формула изобретения

Регулируемый преобразователь постоянного напряжения в постоянное.

содержащий последовательно включенные в силовую шину тиристор и LCD- фильтр, транзисторный узел гашения, управляющий вход которого и управляющий вход тиристора соединены с вь ходами соответствующих формирователей импульсов управления, датчик тока, датчик 1напряжения, первый элемен сравнения, первый вход которого соединен с выходом источника сигнала задания, а выход - с входом широтноимпульсного модулятора, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, в него введены датчик состояния тиристора, интегратор, сумматор, блок сигналов управления, включающий в себя два ди- .ода и четыре резистора, мультивибратор, преобразователь уровня, источник дополнительных напряжений, второй элемент сравнения и элемент И, причем один вход элемента И соединен с выходом широтно-импульсного модулятора, а другой вход т. с выходом второго элемента сравнения, первый вход которого соединен с источником дополнительных напряжений, а второй и третий входы соединены соответственно с первым и вторым источниками опорных напряжений, вход преобразо

5

5 „

вателя уровня соединен с выходом элемента И,а его выход через последона- тсльно соединенные первый резистор и подключенный к нему катодом первый диод блока сигналов управления соединен с .входом формирователя импульсов упрлвления тиристором и через второй резистор того же блока - с входом мультивибратора, выходы которого соединены с входами формирователя импульсов управления транзисторным узлом гашнеия, выход датчика состояния тиристора через последова- телько соединенные третий резистор и подключенный к нему анодом второй диод блока сигналов управления соединен с входом мультивибратора и через четвертый резистор того же блока - с входом формирователя импульсов управления тиристором, входы датчика состояния тиристора подключены к силовым электродам ти15истора, выход датчика тока соединен с вторым входом первого элемента сравнения, с третьим входом которого соединен выход сумматора, причем один вход сумматора соединен с выходом датчика напряжения,а другой его вход - с выходом интегратора, вход которого соединен с LCD-фильтром.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразователям постоянного напряжения в постоянное, и может быть использовано в устройствах, требующих широкого диапазона регулирования выходного напряжения и тока нагрузки. Целью изобретения является повышение надежности преобразователя. Блок 13 сигналов управления в зависимости . от сочетания полярности сигналов на его входах формирует на своих выходах сигналы управления тиристором 1 и транзисторным узлом 2 гашения, включая один из них, блокируя включение другого или блокируя включение обоих элементов. Это увеличивает помехозащищенность преобразов.ателя. Введение в схему преобразователя второго элемента 24 сравнения также повышает надежность преобразователя. При нахождении величины напряжений, вырабатываемых источником 23 дополнительных напряжений,, в рабочем допуске сигнал с выхода щиротно-импуль- сного модулятора 9 проходит через элемент И 10 и преобразователь 11 уровня без изменения. В случае выхода величины дополнительных напряжений за пределы допуска на выходе второго элемента 24 сравнения появляется сигнал, приводящий к появлению на входе 25 блока 13; сигналов управления сигнала отрицательной полярности, независимо от состояния сигнала на выходе шИротно-импульсного модулятора 9. Это приведет к выключению силовых элементов и прекращению работы преобразователя. 1 ил. с $ (Л