Устройство для управления и защиты преобразователя Советский патент 1988 года по МПК H02M3/24 H02H7/12 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано во вторичных источниках питания со звеном повьппенной частотыЦелью изобретения является повышение надежности устройства.

На фиг, 1 представлена функциональная схема устройства для управления и защиты преобразователя) на фиг. 2 - пример построения порогового органа; на фиг. 3 - один из вариантов усилителя мощности; на фиг. А - пример вьтолнения схемы главного ключа защиты; на фиг. 5 - блок задержки включения.

Устройство для управления и защиты преобразователя (фиг. 1) содержит входом 1 подключенный к питающей сети входной выпрямитель 2, первый вы- ход которого через датчик 3 тока соединен с первым входом инвертора 4, выход которого через выходной выпрямитель 5 подключен к входу ЬС- ильтра 6, усилитель 7 мощности, выходом соединенный с управляющим входом инвертора 4, первый пороговый ор-ган 8, входом подключенный к выходу датчика 3 тока, и усилитель 9 обратной связи, первый вход которого соединен с зажимом 10 для подключения источника опорного напряжения, а выход подключен к первому входу 11 пшротно-им- пульсного модулятора 12. Устройство содержит также второй пороговый ор- ган 13, входом соединенный с выходом датчика 3 тока, а выходом - с первьм входом элемента ИЛИ 1А и анодом первого диода 15, триггер 16 защиты, установочный вход которого подключен к аноду второго диода 17 и выходу первого порогового органа 8, счетный вход - к синхронизирующему выходу 18 широтно-импульсного модулятора 12, инвертирующий выход - через эле- мент 19 памяти к первому входу главного ключа 20 защиты, а неинвертирующий выход соединен с катодом третьего диода 21, блок 22 задержки питания включения, вход которого ПОДКЛЮ-

чен к зажиму 23 для подключения положительного источника питания, а выход соединен с вторым входом 24 широтно-импульсного модулятора 12, первый пороговый элемент 25, один вход которого подключен к зажиму 23 для подключения источника положительного напряжения, выход - к второму входу элементя М.тти 14, а второй вход

соединен с выходом второго порогового элемента 26, входом подключенного к зажиму 27 для подключения отрицательного источника питания, причем выход фильтра 6 соединен с зажимом 28 для подключения нагрузки через датчик 29 выходного параметра, выход которого подключен к второму входу усилителя 9 обратной связи, вьгход 30 широтно-импульсного модулятора 12 подключен к третьему входу 31 широтно- импульсного модулятора 12, катодам первого 15 и второго 17 диодов и аноду четвертого диода 32, катодом соединенного с вторым входом главного ключа 20 защиты, третий вход которого подключен к выходу элемента ИЛИ 14, второй вьгход входного выпрямителя 2 соединен с токоограничивающим дросселем 33, зашунтированным пятым диодом 34, анод которого подключен к второму входу инвертора 4. Входы элемента И 35 подключены к выходам триггера 36 управления широтно-импульсного модулятора 12, а его выход через диод 37 к выходам элемента ИЛИ 38 широтно-импульсного модулятора 12.

Широтно-импульсный модулятор 12 мо может содержать (фиг. 1) задающий генератор -39, выходом подключенный к счетному входу триггера 36 управления и входу дифцепи 40, генератор 41 пилообразного напряжения, вход которого соединен с выходом дифцепи 40 и первым входом элемента ИЛИ 38, а выход - с первым входом компаратора 42 обратной связи, второй вход которого является первым управлякщим входом ключа 43 паузы, причем выходы триггера 36 управления через диоды 44 и 45 образуют выход 30 широтно-импульсного модулятора 12 и через диоды 46 и

47соединены с вторым входом ключа 43 паузы, являющимся третий входом 31 широтно-импульсного модулятора

12, синхронизирующим выходом 18 которого является выход задающего генератора 39.

Пороговый орган 8 (13) содержит (фиг. 2) компаратор 48, на вход которого включен измерительньш резистор- ный мост 49, в плечо которого включен датчик 3 тока, а выход компаратора

48подключен к светодиоду оптодйодной пары 50, управляющей полевым транзистором 51, выход которого является выходом порогового органа 8 или 13.

Усилитель 7 мощности для транзисторного инвертора 4, построенного, например, по мостовой схеме, включает в себя (фиг. 1) два идентичных усилителя 52 и 53 мощности для /управления силовыми транзисторами разных диагоналей моста, причем каждый из них может состоять (фиг. 3) из резистора 54, соединяющего зажим 23 для подключения положительного источника питания с входом усилителя 52 и 53 мощности и стабилитроном 55, и блока 56 для управления силовым транзисторным ключом, вход которого соединен с анодом стабилитрона 55, через диод 57 - с общей шиной схемы управления, а через резистор 58 - с зажимом 27 для подключения источниного источника (зажим 23), протекая через резистор 54, стабилитрон 55 и диод 57, запирает управляющий ключ блока 56 для управления силовым транзисторным ключом (фиг. 3). При этом силовой ключ инвертора открывается. При налчии на выходе триггера 36 управления напряжения О диод 44 или

45 открыт, ток положительного источника (зажим 23) протекает через него, диод 57 запирается, а управляющий ключ блока 56 отпирается током источника отрицательного напряжения (зажим 27) через резистор 58. При этом силовой ключ инвертора 4 закрьгеается. При наличии на выходах триггера 36 управления двух 1, которые одновременно поступакхт на входы элемента И 35,

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано во вторичных источниках питания со звеном повьппенной частоты. Целью изобретения является повьшение надежности устройства. Устройство для управления и защиты преобразователя содержит входной вьтрямитель 2, подключенный через токоограничивающий дроссель 33 и датчик тока 3 к входу инвертора ,л 4, выход которого через выходной выпрямитель 5 и фильтр 6 соединен с нагрузкой, усилитель 9 обратной связи, широтно-импульсный модулятор 12 и усилитель мощности 7, а также два пороговых органа 8, 13, триггер защиты 16, элемент памяти 19, элемент ИЛИ 14, главный ключ защиты 20, блок задержки включения 22 и два пороговых элемента 25 и 26. Осуществлена защита от снижения питания схемы управления, задержка включения инвертора 4 от момента включения в сеть до момента окончания переходных процессов во входном выпрямителе 2, защита по максимальному току и токовая отсечка, причем на этапе бестоковой паузы функция защиты передается ключу паузы. Кроме того, устройство содержит диод 37 и элемент И 35 для устранения аварийного режима преобразователя при одновременном появлении двух логических единиц на выходах триггера 36 управления широтно-им- пульсного модулятора 12, что приводит к одновременному включению диагоналей инвертора 4. 5 ил. (Л со со ;о эо 05 СГ5 го

ка питания отрицательного напряжения, 20 з выходе которого формируется напричем выход блока 56 для управления силовым транзисторным ключом является выходом усилителя 52 или 53 мощности.

Главный ключ 20 защиты содержит (фиг. 4) биполярный транзистор 59, базоэмиттерный переход которого через стабилитрон образует третий вход главного ключа 20 защиты, и гибридную полупроводниковую пару 60, змит- ЗО тора 39, продифференцированные дифтер однопереходного транзистора которой является первым входом ключа 20 защиты, а анод тиристора составляет второй вход главного ключа 20 защиты.

Блок 22 задержки включения представляет собой (фиг. 5) пороговый элемент с времязадающей цепью по вхоДУ.

Устройство для управления и защиты преобразователя работает следующим образом.

При подаче сетевого напряжения на вход 1 входного вьтрямителя 2, в качестве которого может быть использован диодный мост с LC-фильтром на выходе, на его выходах возникает постоянное напряжение, поступающее через датчик 3 тока и токоограничи- вающий дроссель 33 на входы инвертора 4. Одновременно поступает напряжение на схему управления, и канал образованный задающим генератором 39 и триггером 36 управления, формирует импульсы управления с коэффициентом заполнения j 0,5.

При наличии на выходе триггера 36 управления напряжения 1 диод 44 или 45 закрыт и ток от положительпряжение 1 , которая через диод 37 поступает на элемент ИПИ 38, отпирающий ключ 43 паузы, который через диоды 46 и 47 блокирует выходы тригге- 25 ра 36 управления и силовые транзисторы инвертора 4 остаются закрытыми, что позволяет избежать аварийного режима преобразователя.

Выходные импульсы задающего генера5

цепью 40, через элемент ИПИ 38 открывают ключ 43 паузы на время бестоковой паузы, перекрьтающей по длительности, например, для мостового преобразователя суммарное время за0

держки канала управления и выключения силовых транзисторов инвертора, которое складывается из времени спада и времени рассасывания неосновных носителей.

Ключ 43 паузы через диоды 46 и 47 отсекает от импульса управления на выходе триггера 36 временной интервал, равный длительности бестоко5 вой паузы,. В момент пуска до истечения промежутка времени, достаточного для окончания переходных процессов во входном выпрямителе 2 и в источнике питания схемы управления, на

Q выходе блока 22 задержки включения присутствует положительное напряжение, через элемент ИЛИ 38 отпирахпцее ключ 43 паузы, который через диоды 46 и 47 блокирует выходы триггера 36

g управления и силовые транзисторы инвертора 4 остаются закрытьми. По истечении времени задержки, определяемой блоком 22 задержки включения, на его выходе формируется напряжение.

близкое к нулю, и с третьего входа элемента ИЛИ 38 снимается сигнал запрета. Импульсы управления с выхода 30 широтно-импульсного модулятора 12 усиливаются усилителем 7 мощности и поступают на базы силовых транзисторных ключей инвертора 4. Инвертор запускается, и его выходное напряжение, выпрямленное, например, двух- полупериодным выпрямителем 5 и отфильтрованное LC-фильтром 6, поступает через датчик 29 выходного параметра rfa зажим 28 для подключения нагрузки.

С выхода датчика 29 выходного параметра напряжение обратной связи и опорное напряжение зажима 10 подаются на входы усилителя 9 обратной связи, с выхода которого их усиленная jpa3HocTb поступает на второй вход компаратора 42 обратной связи. На первый вход компаратора 42 подается линейно нар-астающее напряжение с выхода генератора 41 пилообразного напряжения, синхронизируе- Mdro выходными импульсами дифце- пи 40. В случае возникновения

.разницы между напряжением обратной связи и опорным напряжением на выходе компаратора 42 формируются положительные импульсы длительностью пропорциональной величине указанной разницы, которые через злемент ИЛИ 38 открывают ключ 43 паузы, блокирующий выходы триггера 36 управления и тем самым измен5йот коэффициент за(Полнения инвертора в сторону уменьшения или увеличения, в зависимости от знака возмущающего воздействия.

При уменьшении напряжений питания схемы управления на зажимах 23 и 27 до недопустимой величины срабатьтают пороговые элементы 25 и 26, которые

могут быть построены по схеме тригге- ., рокидывается. На его неинвертирующем ра Шмидта и через злемент ИЛИ 14 и выходе возникает напряжение О, в транзистор 59 на управляющий электрод связи с чем выходы триггера 36 управ- тиристора гибридной пары 60 главного ления блокируются через диоды 46 и ключа 20 защиты поступает отпирающий импульс. Тиристор открывается, и через диод 32 и диоды 46 и 47 блокирует выходы триггера 36 управления, после чего преобразователь полностью отключается. Наличие этой защиты диктуется как необходимость поддер50

55

47 и диод 21, а силовые транзисторы инвертора 4 запираются. На инвертирующем выходе триггера 16 защиты появляется напряжение 1, которым заряжается конденсатор элемента 19 памяти до величины, пропорциональной отсекаемому интервалу импульса управления. Следующий тактовый импульс задающего генератора 39 возвращает триггер 16 защиты по счетному входу в исходное состояние, и через силожания нормальной работы схемы управления, так и жесткими требованиями по обеспечению номинальной величины базового тока силовых транзисторных

,

10

20

998666

ключей, недостаточность которого при максимальном токе коллектора может привести к перегреву силовых транзисторов и выходу их из строя.

Пороговые органы 8 и 13 настроены на разные уровни тока, причем пороговый орган 8, настроенный на уровень, незначительно превьшающий уровень номинального тока первичной обмотки силового трансформатора, работает в системе токовой отсечки, а пороговый орган 13, настроенный на большую величину тока относительно порогового 15 органа 8, через злемент ИЛИ 14 и

главный ключ 20 защиты полностью отключает преобразователь. Такое построение вызвано необходимостью повышения надежности преобразователя. Оно позволяет осуществить страховку системы токовой отсечки в случае ее сбоя. При увеличении тока нагрузки, коротком замыкании на выходе преобразователя, возникновении сквозного тока в инверторе 4 или замагничивании сердечника силового трансформатора инвертора на интервале пуска выходной ток входного вьтрямителя 2, представляющий собой сумму тока первичной об- 30 мотки силового трансформатора инвертора 4 и его тока намагничивания, возрастает, и при этом возрастает величина напряжения, снимаемого с датчика 3 тока на вход порогового органа 8. При достижении пороговой величины напряжение на выходе резисторного моста 49 (фиг. 2) меняет знак и компаратор 48 формирует на светодиоде опто- пары 50 положительный импульс, после чего транзистор 51 запирается током фотодиода оптопары 50 и триггер 16 защиты, ранее приведенный в исходное состояние по счетному входу импульсов задающего генератора 39, оп25

35

40

рокидывается. На его неинвертирующем выходе возникает напряжение О, в связи с чем выходы триггера 36 управ- ления блокируются через диоды 46 и

47 и диод 21, а силовые транзисторы инвертора 4 запираются. На инвертирующем выходе триггера 16 защиты появляется напряжение 1, которым заряжается конденсатор элемента 19 памяти до величины, пропорциональной отсекаемому интервалу импульса управления. Следующий тактовый импульс задающего генератора 39 возвращает триггер 16 защиты по счетному входу в исходное состояние, и через силовые ключи инвертора 4 снова протекает ток. При наличии устойчивой перегрузки триггер 16 многократно срабатывает, отсекАя по времени зону перегрузки и уменьшая длительность импульсов инвертора, одновременно заряжая конденсатор злемента 19 памяти. По достижении на конденсаторе величины напряжения, достаточной для срабатывания однопереходного транзистора гибридной пары 60 (фиг.4) тиристор главного ключа 20 защиты отключает преобразователь в целом. Если перегрузка кратковременная, токовая отсечка защищает инвертор без отключения преобразователя. Постоянную г времени элемента 19 памяти выбирают из условия недопустимости перегрева силовых транзисторов, В связи с тем, что время запирания силовых транзисторов инвертора 4 с момента выдачи команды на включение определяется его временами спада и рассасывания, то для ограничения тока в течение

этого промежутка времени в цепь питания инвертора 4 включен токоогра- ничивающий дроссель с обратным диодом,

Таким образом, повышается надежность устройства, так как избегается аварийный режим работы преобразователя при одновременном появлении двух 1 на выходах триггера управления, что приводит к одновременному включению диагоналей инвертора.

15 Формула изобретения

Устройство для управления и защиты преобразователя по авт, св. № 1336171, отличающееся тем, что, с целью повышения надеж

ности, оно снабжено диодом и элементом И, входы которого подключены к выходам триггера управлейия, а его выход - через диод к выходу элемента ИЛИ,

.Z

фиг.З

-Н

.

фиг