Устройство для заряда емкостного накопителя Советский патент 1988 года по МПК H03K3/53 H02J7/04 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в импульсных источниках питания.

Цель изобретения - повьшение ста бильности работы устройства за счет введения отрицательной обратной свя- :зи как в контуре регулирования угла I отпирания тиристоров преобразователя, :так и в контуре стабилизации заданноi го уровня напряжения. : На фиг,1 приведена структурная электрическая схема устройства; на фиг,2 - эпюры, поясняющие его работу : Устройство для заряда емкостного j накопителя содержит управляемый пре- }образователь 1, управляюрдай вход i которого соединен с выходом блока 2 iфазоимпульсного управления, а выход i соединен через токоограничиваюудай . I элемент 3 с накопительным элементом ; 4 и датчиком 5 напряжения, блок 6 : стабилизации заданного уровня напря- жения, дифференциальный усилитель 7, пороговый элемент 8, формирователь 9 задаюр;его напряжения, причем первый вход дифференциального усилителя 7 соединен с выходом датчика 5 напряже ния и с первым входом блока . файо- : импульсного управления, выход ференциального усилителя 7 соединен с вторым входом блока 2 фазоимпульс- ного управления и входом порогового элемента 8, выход которого подключен к первому входу фор мирователя 9 за- дающего напряжения, второй вход которого соединен с шиной 10 управления и третьим входом блока 2 фазоимпульс- ного управления, третий вход - с выходом блока 6 стабилизации заданного уровня, выход с входом блока 6 стабилизации заданного уровня и вторым входом дифференциального усилителя 7.

Бло.к 2 фазоимпульсного управления состоит из формирователя 11 импульсов управления, схемы 12 сравнения напряжений, сумматора 13 напряжений, схемы 14 синхронизации с напряжением питающей сети и формирователя 15 пи- лообразногр напряжения. Дифференциальный усилитель 7 состоит из операционного усилителя 16 и резисторов 17 20, Пороговый элемент 8 состоит из операционного усилителя 21 и резисторов 22 - 26, Формирователь 9 задающего напряжения содержит операционный усилитель 27, транзисторы 28 и 29, конденсатор 30 и резисторы 31 - 43,

- Q 0 0 Q

с 5

0

Блок 6 стабилизации заданного напряжения состоит из операционного усилителя 44 и резисторов 45 - 49,

Управляемый преобразователь 1 выполнен в виде последовательного соединения встречно-параллельно включенных тиристоров и первичной обмотки высоковольтного трансформатора, на выходе которой включен выпрямитель.

Устройство работает следующим образом,

В блоке 2 фазоимпульсного управления схема 14 синхронизации с напряжением питающей сети в моменты перехода напряжения сети через нулевые значения формирует импульсы прямоугцль- ной формы с длительностью около 10 МКС (фиг,2а), которые управляют работой фор1-1ирователя 15 пилообразного напряжения блока 2, При подаче разрешающего сигнала управления низкого логического уровня (фиг.26) с шины 10 на блок 2 фазоимпульсного управления и формирователь 9 задающего, напряжения на выходе формирователя 15 пилообразного напряжения возникают импульсы (фиг,2в), а на выходе формирователя 9 - напряжение (фиг,2е), близкое к линейному. Скорость изменения зтого напряжения во много раз меньше, чем скорость изменения пилообразного напряжения на . выходе формирователя 15 блока 2, Формирователь 9 задаю1чего напряжения Представляет собой интегратор с заземленной емкостью конденсатор 30), Наклон возникающего на его выходе линейно изменяющегося напряжения (фиг,2е), который определяет среднее значение зарядного тока емкостного накопителя 4, регулируется с помощью резистора 33.

Пилообразное напряжение Сфиг,2в) с выхода формирователя 15 блока 2 . вместе с напряжениями с выходов датчика 5 и дифференциального усилителя 7 поступает на сумматор 13 блока 2 фазоимпульсного управления. На выходе - сумматора появляется напряжение (фиг,2г), равное сумме этих напряжений, т,е,

V ,л дат + Ury (1)

где и - напря сение на выходе форми

рователя 15;

Ачт напряжение на выходе датчика 5;

14

Uj,, напряжение на выхрде дифференциального усилителя 7.

Напряжение с выхода сумматора 13 блока 2 фазоимпульсного управления подается на один из входов схемы 12 сравнения напряжений, на другой вход которой подается напряжение уставки UugT (н фиг.2 виг изображено пунктир- ной линией). Значение напряжения уставки I licT выбирается таким, чтобы в начале процесса заряда накопительного .элемента 4 на выходе схемы J2 сравнения напряжений формировались импульсы (фиг.2 д, первый импульс), соответствующие углу отпирания тиристоров в блоке управляемого преобразователя I порядка 170°,

Импульсы напряжения с выхода схемы 12 сравнения блока 2 фазоимпульс- ного управления поступают на вход формирователя 11 импульсов управления этого же блока. Под воздействием этих импульсов происходит отпирание тиристоров управляемого преобразователя I, и начинается заряд емкостного накопителя (элемента 4) током, максималы нов значение которого ограничено элементом 3. Напряжение на накопителе начинает расти (фиг.2ж). Напряжение с выхода-датчика 5, пропорциональное напряжению на накопительном элементе 4, поступает на инвертирующий вход дифференциального усилителя 7 и на первый вход блока 2 фазоимпульсного управления (один из входов сумматора 13 напряжений). На инвертирующий вход дифференциального усилителя 7 подается напряжение.с выхода формирователя 9 задающего напряжения. Вы- ходкое напряжение дифференциального усилителя 7, представляющее усиленную разность напряжений с датчика 5 (Идд) и формирователя 9 (U(|)opM) т,е

и , иде,т), (2)

где К - коэффициент усиления дифференциального усилителя; U(popM напряжение на выходе фор-

мирователя 9,

поступает на второй вход блока 2- фа- зоимпульсного управления (один иэ входов сумматора 13), В соответствии с выражением (1) напряжение на выхо- де сумматора 13 Не,, д, увеличивается в основном за счет изменений напряжения с датчика 5 (подъем пилообразного напряжения на фиг.2 г),Напряже-

16 ....

ние носит переменный характер, так как непрерывно осуществляется сравнение дифференциальным усилителем 7 напряжений Пдо- . Передний фронт прямоугольных импульсов на выходе схемы 12 сравнения блока 2 начинает смещаться влево к началу полуперио- дов питающей сети (фиг,2д),и угол отпирания тиристоров управляемого преобразователя 1 уменьшается. Последнее вызывает увеличение напряжения на накопителе и, соответственно, с датчика 5,

Максимальное значение напряжений на выходе формирователя 9 и датчика 5 выбираются не более 5В, Наличие дифференциального усилителя 7 обеспечивает стабилизацию зарядного тока накопителю. Если в процессе заряда накопителя напряжение с датчика 5 превьшает напряжение формирователя 9, то при этом в соответствии с выражением (1) напряжение на выходе сумматора 13 блока 2 фазоимпульсного управления уменьшается за счет того, что составляющая К(ифордд- Пдот ) О, Последнее вызывает смещение угла отпирания тиристоров управляемого пре образователя 1 к концу полупериодов питающей сети. Нарастание напряжения на накопителе замедляется, составляющая К(и рор„- Идят ) переходит через нулевое значение и прира1.1еиия выходного напряжения на выхрде сумматора 13 блока 2 становятся положительными. При этом угол отпирания тиристоров управляемого преобразователя 1 уменьшается, что вызывает увеличение среднего значения зарядного тока и, следовательно, увеличение напряжения на накопителе 6, Если происходит только увеличение напряжения ифор/и формироватапя 9, то выходное напряжение дифференциального усилителя 7 резко увеличивается до порогового уровня (фиг,2з) порогового элемента 8, На фиг.2з показано нарастание напряжения Ujj, для случая разряда накопителя, когда разность . Удат 1 VPM И поэтому Uj,,, :: ,

Напряжение 1 пор выбирается несколько больще, чем каксимальные значения изменений напряжения дифференциального усилителя 7 при нормальном процессе заряда. На выходе порогового элемента 8 появляется импульс напряжения (фиг,2и), который воздействует на первый вход формирователя 9 задающего

напряжения таким образом, что на его выходе напряжение и„ор„ снижается до нулевого значения (фиг.2е). При этом угол отпирания тиристоров управляемого преобразователя 1 смещается к концу полупериодов питающей сети, и напряжение на Накопителе далее не Нарастает, Сигнал на выходе диффе- Йенциапьного усилителя 7 может дос ичь порогового уровня элемента 8 ч в случаях, если имеет место пропа- itaHHe напряжения на выходе датчика 5, Лри разряде (управляемом или самопроизвольном) накопителя на нагрузку, при высокой скорости изменения напряжения на выходе .формирователя 9. Не происходит нарастания напряжения На накопителе и при отсутствии при- ращеннй напряжения на выходе формирователя 9, что имеет место, например, при стабилизации заданного уровня зарядного напряжения, так как изменения в сторону увеличения напряже-

своем выходе и воздействует при этом на второй вход формирователя 9 задающего напряжения, уменьшая напряжение на его выходе. Снижение напряжения формирователя 9 до опорного значения приводит к возвращению усилителя 44 в исходиое состояние. Напряжение формирователя 9 снова увеличивается, и

далее пррцесс повторяется. В результате этого напряжение на выходе формирователя 9 стабилизируется (фиг,2е, горизонтальный участок),

Степень стабилизации зависит от

выбора постоянной времени разряда конденсатора 30 и резистора 38 формирователя 9 задающего напряжения. При этом на входе дифференциального усилителя 7 присутствует сигнал Ueon/m ко-

торый не изменяется во времени. Тогда разность напряжений Испорм Аат при Удат Цсрорм принимает значения 0, а это приводит к уменьшению согласно выражениям (1) и (2) напря-

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в импульсных источниках питания. Цель изобретения - повышение стабильности работы устройства достигается за счет введения отрицательной обрат- ной связи как в контуре регулирования угла отпирания тиристоров преобразователя,, так и в контуре стабилизации заданного уровня напряжения. Устройство содержит управляемый преобразователь 1, блок 2 фазоимпульсного управления, токоограничивающий элемент 3, накопительный элемент 4, датчик 5 напря сения, блок 6 стабилизации заданного уровня напряжения, дифференциальный усилитель 7, пороговый элемент 8, формирователь 9 задающего напряжения, шину 10 управления. Блок 22 состоит из формирователя 11 импульсов управления, схемь 12 сравнения, сумматора 13 напряжений, схемы 14 синхронизации с напряжением питающей сети, формирователя 15 пилообразного напряжения. ДифференциальньШ усилитель 7 состоит из операционного усилителя 16 и резисторов 17-20. Пороговый элемент состоит из операционного усилителя (ОУ) 21 и резисторов 22-26. Формирователь 9 содержит ОУ 27 транзисторы 28,29, конденсатор 30, резисторы 31-43.. Блок 6 выполнен из ОУ 44 и резисторов 45-49. 2 ил. а « (Л ND Ol сх CD

;ния на накопителе вызывают уменьшения 5 жения UCUM на выходе суммато 13

А

напряжения Upv, дифференциального уси- :ЛИТеля 7, а это приводит к смеи1ению jyivia отпирания тиристоров управляемого преобразователя 1 к концу полупериодов питающей сети,

; -

Таким образом, в процессе заряда накопителя дифференциальный усилител 7 позволяет регулировать скорость зе ряда так, что эта скорость находится в соответствии с изменениями напряжения на выходе формирователя 9 задающего напряжения. Поэтому, меняя наклон линейно изменяющегося напряжения формирователя 9, возможно в определенных пределах изменять скорость нарастания напряжения на накопителе а следовательно, и среднее значение зарядного тока.

Ограничение зарядного напряжения на накопителе на любом необходимом уровне осуществляется блоком 6 стабилизации заданного напряжения, пред ставлякяцего собой схему сравнения на операционном усилителе 44, Лере- менным пезистором 48 блока 6 устанавливается опорное напряжение на втором входе операционного усилителя 44, а на первый вход подается напряжение с выхода формирователя 9 задающего напряжения. При достижении напряжением формирователя 9 значения опорного напряжения операционный усилитель 44 изменяет состояние на

жения UCUM на выходе суммато 13

А

напряжений блока 2 фазового управления и, следовательно, смещению угла отпирания тиристоров в блоке управляемого преобразователя 1 к концу по5

0

O лупериодов питающей сети. При этом напряжение на накопителе также стабилизируется (фиг,2ж, горизонатальный участок).

Таким образом, устройство .для заряда емкостного накопителя обладает устойчивостью В работе из-за наличия отрицательных обратных связей по напряжению в контуре регулирования, угла отпирания тиристоров управляемого преобразователя 1 и в контуре стабилизации заданного уровня напряже- i ния на накопителе 6, Процесс регулирования среднего значения зарядного тока осуществляется изменением наклона линейно изменяюще1;ося во вр емени напряжения формирователя 9 при щи резистора 33, форм у л а и 3 о б р е т е к и я .

Устройство для заряда емкостного накопителя, содержащее управляемый преобразователь, управляющий вход которого соединен с выходом блока фа эоимпульсного управления, а выход соединен через токоограничивающий эле мент с накопительным, элементом и датчиками напряжения, блок стабилизации заданного уровня напряжения, о т- Яичающееся тем, что, с целью

0

5

71А258

повышения стабильности работы устройства, в него дополнительно введены дифференциальный усилитель, пороговый элемент, формирователь задающего напряжения, причем первый вход дифференциального усилителя соединен с выходом датчика напряжения и с первым входом блока фазоимпульсного управления, выход дифференциального усили- Q теля соединен с вторым входом блока фазоимпульсного управления и входом

и

8

дл

ж.

168

порогового элемента, выход которого подключен к первому входу формирователя задающего напряжения, второй вход которого соединен с шиноЙ управления и третьим входом блока фазоимпульсного управления, третий вход - с выходом блока стабилизации заданного уровня, вьпсод - с входом блока стабилизации заданного уровня и вто-. рым входом дифференциального усилглте- ля.

л