Силовой цифроаналоговый преобразователь Советский патент 1988 года по МПК H03M1/66 

Ч

4;:

нЦк 15 опорного напряжения, два ключа 16 и 17 резистивный делит,ель 18 н дифференциальный усилитель 19. Си- лЬвой преобразователь 5 вьоюлнен на т|рех источниках выпрямленного напряжения, трех силовых транзисторных ключах, четырех диодах, дросселе и конденсаторе. Блок 1 управления выполнен на счетчике импульсов, генераторе счетных импульсов, многопози- цяонном переключателе, двух резисторах, кнопке Запись, кнопке Обнуление и источнике напряжения. Введение контура обратной связи, состоящего из источника 15 опорного напряжения, ключа 17, резистивного делителя 18 и дифференциального усилителя 19, позволило повысить точность преобразования, расширение области применения достигается за счет введения генератора 13 импульсов, коммутатора 14 и ключа 16, а повышение надежности - за счет импульсного режима работы силовых транзисторных ключей старших разрядов. 2 з.п. фтлы, 4 ил.

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано в регуляторах напряжения, системах электропривода и следящих системах постоянного тока. Цель изобретения - повышение точности, надежности и расширение области применения за счет регулирования скважности импульсов тока в элементе нагрузки. Силовой цифро- аналоговьш преобразователь содержит блок 1 управления, преобразователь 2 код - ШИМ, задающий генератор 3 импульсов, триггер 4, силовой преобразователь 5, элемент 6 сравнения, усилитель 7, интегропропорциональный фильтр 8, измерительный преобразователь 9 код-напряжение, генератор 10 шшообразного напряжения, компаратор 11, элемент 12 нагрузки, генератор 13 импульсов, коммутатор 14, источс (/

1

; Изобре тение относится к автомати- Kje и может быть использовано в регу- л(яторах напряжения, системах злект- ропривода и следящих системах посто- нного тока.

I Цель изобретения - повышение точ- н|эсти, надежности и расширение области применения силового цифроаналого- BJoro преобразователя за счет обеспе- ч1ения возможности регулирования скваж- выходных импульсов тока в эле- м|енте нагрузки.

I На фиг. 1 изображена функциональ- ая схема силового цифроаналогового феобразователя; на фиг.2 - функцио- н)альная схема силового преобразовате- л(я; на фиг.З - функциональная схема бЬока управления; на фиг.4 - времен- Цые диаграммы, поясняющие работу сиг-.. Лового цифроаналогового преобразователя.

Силовой цифроаналоговый преобразователь содержит блок 1 управления, преобразователь 2 код --ШИМ, задаю- пций генератор 3 импульсов, триггер 4, силовой преобразователь 5, элемент 6 сравнения, усилиуель 7, интегропро- иордиональный фильтр 8, измерительный преобразователь 9 код - напряжение, генератор 10 пилообразного на- пряж|рния, компаратор 11, элемент 12 нагрузки, генератор 13 импульсов, коммутатор 14, источник 15 опорного напряжения, два ключа 16 и 17, резистивный делитель 18 и дифференциальньй усилитель 19.

Силовой преобразователь 5 выполнен на трех источниках 20-22 вьшрям

„

5 5

0

ленного напряжения, трех силовых транзисторных ключах 23 - 25, четьфех диодах 26-29, дросселе 30 и конденсаторе 31.

Блок 1 управления выполнен на счетчике 32 импульсов, генераторе 33 счетных импульсов, многопозиционном переключателе 34, двух резисторах 35 и 36, кнопке 37 Запись, кнопке 38 Обнуление и источнике 39 напряжения . Силовой цифроаналоговый преобразователь работает следующим образом.

Блок 1 управления формирует ,п-раз- рядный двоичный параллельный код, который преобразуется в измерительном преобразователе 9 код - напряжение с высокой точностью в эталонное напряжение Это напряжение через второй ключ 16, управляемьй от генератора 13 импульсов, поступает на второй вход элемента 6 сравнения, на первый вход которого поступает выходное напряжение UH с элемента 12 нагрузки, Раз,ность напряжений &U - Uj, через усилитель 7 и интегропропор- циональньй фильтр 8 поступает на второй вход компаратора 11, где сравнивается с сигналом генератора 10 пилообразного напряжения.

Старшие ш разряды двоичного кода,, формируемые блоком 1 управления, поступают также на информационные входы коммутатора 14, а младпше (n-m) разрядов кода подаются, на информационные ВХОДЫ: преобразователя 2 код - ШИМ.

Работа контура управления, осуществляющего общую отрицательную об

ратнзда связь по напряжению, поясняется днагра1 1ами на фиг.4. На втором выходе преобразователя 2 код - ШИМ длительность импульсов, вырабатываемых генера.тором 3 и следуЕощих с частотой коммутации, равной 1/Тц, П1зопорциональна значению кода (n-m) 2 шадших разрядов (фиг.4,а). Сигнал на первом выходе преобразователя 2 код - ШИМ (фиг. 4, б), соответствующий началу каждого импульса на втором выходе, поступает на первь вход триггера 4. В моменты окончания им- пульсов на.втором выходе преобразо- вателя 2 код - ШИМ запускается генератор 10 пилообразного напрялсения (фиг.4. в). В момент равенства выходного напряжения последнего и на- прйжения на выходе интегропропорцио- налыюго фильтра 8 срабатывает компаратор 11 и переключает по второму входу (фиг, 4, г) триггер , 4 в состояние, обеспечивающее формирование, заднего фронта импульса внутри пе- риода коммутации (фиг. 4, д). Величина относительной продолиштельности импульсов J Ту/Т|, на первом входе Силового преобразователя 5 определяется суммарной длительностью сигналов на входах компаратора 11. Изменение У будет происходить до тех пор пока разность U.U не станет равной нулю. Период следования, импульсов на выходе преобразователя задается генератором 13 и равен Т, а длительность - Т, (фиг. 4, е), при-, чем (Т, 1-100 мс,- Т, 50-100 мкс), Таким образом, на пер вьш вход силового преобразователя 5 поступает Пачка широтло-модулиро- ванных импульсов (фиг,4,ж).

Управление работой силового преобразователя 5 (на фиг.2 представлена схема, силового преобразователя 5 совместно с блоками 14, 17 18 и 19 для случая, когда общее число разрядов кода п 5, а число старших разрядов m 2) осуществляется по трем его входам. Подача напряжения в нагрузку осуществляется в момент . пр11хода на управляющий вход коммутатора 14 импульса с выхода генератора 13 импульсов (фиг.4,е). Это происходит при любой, кодовой комбинации. Так, например, при нулевых состояниях m старших разрядов и при единичных х:остояниях определенных младших разрядов импульсное } апряжение в нагрузку пос

0

Q c 5

0

5

0

5

тупает только от источника 20 выпрям- ленного напряжения, так как транзисторные силовые ключи 24 и 25 закрыты, а на вход ключа 23 поступает пачка широтно-модулированных импульсов, относительная длительность которых T(J/TH пропорциональна заданному значению двоичного кода (фиг.4,ж). Ток протекает по цепи: + источника 20, LC-фильтр, состоящий из дросселя 30 и конденсатора 31, элемент |2 на- трузки, miiHa нулевого потенциала, диоды 26 и 27j силовой транзисторный ключ 23, - источника 20. На нагрузке формируются шпульсы напряжения, . период следования которых равен Т, амплитуда Un а. .длительность равна Т, (фиг,4,-з). При наличии единицы в каком-либо из га старших разрядов подключается соответствующий источник (21 шш 22) вьшрямле.нного напряжения. При на..аичии едиЕ1ицы в четвертом разряде кода подключается источник 21 вьшрямленного налряжения через силовой, транзисторный ключ 24, При наличш едняицы в старшем пятом разряде кода и подаче строб-импульса на вход коммутатора 14 на первый вход дифференциального усгшителя 19 через

оп

ключ 17 поступает напряжение U источника 15 опорного напряжения. На второй вход усилителя 19 поступает сигнал через резистивный делитель 18 с дополнительного выхода силового . преобразователя 5 (с выхода самой высоковольтной ступени источника 22) . Усиленньш сигнал рассогласования подается на базу ершового транзисторного ключа 25, работающего в активном режи.ме. Таким образом, осзпцествляется импульсная местная отрицательная обратная связь и стабилизация напряжения Ua данной ступени на требуемом уровне. При коде 11111 ток протекает по цепи: + источника 20, LC-фильтр, нагрузка, шина нулевого пот.енциала, С1шовой транзисторньш ключ 25, - источника 22, . + источника 22, силовой транзисторный ключ 24, - ис5

50 точника 21,

источника 21, силовой транзисторньй ключ 23, - источника 20. На нагрузке формируются и тульсы напряжения, амплитуда которых .Ufj Ui+U2.+U3 пропорциональна значению кода, причем 11, U и U-j ,.

Следует отметить, что все сигналы управления (фиг.4) отсчитываются от

Н:улевого потенциала, а необходимая гальваническая развязка в устройстве осуществляется Б блоках силовых транзисторных ключей 23 - 25.

Силовой преобразоватешь 5 состоит из источников 20 - 22 выпрямленного напряжения, выполненных по схеме Ларионова.

Силовые транзисторные ключи 23 и выполнены на базе самозапщщенных транзисторных ключей, имеющих в своем составе схемы управления с оптрон- нрй развязкой и мощные выходные транзисторы. На входах схем управления силовыми транзисторными ключами 23 и 24 установлены импульсные оптроны К249ЛГ11, а на входе управления си- л(эвым ключом 23 - оптрон АОД-101,

Для ручного набора необходимой к|эдовой комбинации используется мно- г|эпозиционный переключатель 34 (на- nfiiiMep, типа ППТО-Рв 5x8), который оЬуществляет формирование двоично- д сятичного кода, поступающего на информационные входы счетчика 32, на записи которого подается сигнал л|эгического О (кнопка 37 Запись разомкнута), Дпя автоматического из- м нения кодовой комбинации с требуе- мЬй частотой используется генератор 33 счетных ш-шульсов,, импульсы с вы- хЬда которого подаются на счетньй в|сод счетчика 32 импульсов. При этом 37 Запись замыкается, а 38 Обнуление размыкается. в| ходные сигналы старших m разрядов к|)да подаются на информациойный вход кЬммутатора 14, а выходные сигналы младших (п-га) разрядов кода посту- п&ют на информационные входы преобра зователя 2 код - ШИМ. Обнуление счетчика 32 импульсов осуществляется за- мЬжаниЁм кнопки 38 Обнуление.

Введение контура обратной связи (источник 15 опорного напряжения, . кпюч 17, делитель 18 и усилитель 19) повьшает точность преобразования, введение генератора 13, коммутатора 14 и ключа 16, расширяет область применения, а повышение надежности обеспечивается импульсным режимом работы сипойЫх транзисторных ключей старших разрядов.

Формула изобретения

5

0

ния, выходы ш старших разрядов которого подключены к соответствующим информационным входам старших разрядов измерительного преобразователя код - напряжение, а выходы (n-m) младших разрядов соединены с соответствующими информационными входами младших разрядов измерительного преобразователя код - напряхсение и информационными входами преобразователя код- .широтнр-импульсно-модулированный сигнал., тактовый вход которого подключен к выходу задающего генератора, первый и второй выходы преобразователя код - широтно-импульсно-модули- рованный сигнал соединены соответственно с первым входом триггера и входом генератора пшообразного напряжения, выход которого соединен с первым входом компаратора, вьйсод которого, подключен к второму входу триггера, выход которого соединен с первым входом силового преобразователя,

2 первый выход которого подключен к первому выводу элемента нагрузки и первому входу элемента сравнения, выход которого через последовательно соединенные усилитель и интегропро- порциональный фильтр подключен к второму входу компаратора, второй вывод элемента нагрузки объединен с вторым выходом силового преобразователя и подключен к шине нулевого потенциала, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и точности и рас111Ирения области применения за счет обеспечения возможности регулирования скважности выходных импульсов тока, в него введены коммутатор, генератор шшульсов, дифференциальный усилитель, резистивньй делитель, первый и второй ключи и. источник опорного напряжения, выход которого через первьй ключ под1слючеи к первому входу

дифференциального усилителя, второй вход которого через резистивный делитель соединен с дополнительным выходом силового преобразователя, а выход дифференциального усилителя подключен к второму входу силового пре- образователя, третьи входы которого соединены с соответствующими выходами (ш-1) старших разрядов коммутатора, выход пг-го старшего разряда которого соединен с управляющим входом первого ключа, информационные входы коммутатора соединены с соответст- вую1цими выходами m старших разрядов

0

5

0

0

5

блока управления, управляющий вход коммутатора объединен с управляющим входом второго ключа и подключен к выходу генератора импульсов, информа ционньй вход второго ключа соединен |выходом измерительного преобразовате ля код - напряжение, а выход подклю чен к второму входу элемента сравнения.

2, Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что силовой преобразователь выполнен на трех источниках выпря}ктенного напряжения, трех силовых транзисторных ключах, четырех диодах и фильтре, вьшолнен- ном на дросселе и конденсаторе, коллектор первого силового транзисторного ключа соединен с первым выводом первого диода и подключен к шине ну- :левого потенциала, второй вывод пер- вого диода объединен с первым вьшодом второго диода, с коллектором второго силового транзисторного ключа, соединен через первьш источник выпрямленного напряжения с эмиттером первого силового транзисторного ключа и является дополнительным выходом силового преобразователя, второй вывод второго диода объединен с первыми вьшодами третьего, четвертого диодов и конденсатора, с коллектором третьего силового транзисторного ключа и соединен через второй источник вьшрямленного напряжения с эмиттером второго силового транзисторного ключа, эмиттер третьего силового транзисторного

ключа через третий источник выпрямленного напряжения соединен с вторым

выводом четвертого диода и первым выводом дросселя, второй вывод которого соединен с вторыми вьшодами конденсатора и третьего диода и является первьш выходом силового преобразователя, базы первого, второго и третьего силовых транзисторных ключей являются соответственно вторым,

0 Третьим и первым входами силового преобразователя.

Q кнопок Запись и Обнуление и входу многопозиционного переключателя, выходы которого соединены с соответ- ству101ЦИ11ш информационными входами счетчика импульсов, счетньй вход

5 которого подключен к выходу генератора импульсов, вход соединен с первым выводом первого резис- тора и вторым вьшодом кнопки Запись , вход обнуления счетчика импульсов

Q соединен с первым выводом второго резистора и вторым вьшодом кнопки .Обнуление, вторые выводы первого и второго резисторов соединены с шиной нулевого потенциала, младшие (n-m) выходов счетчика импульсов являются выходами (п-т) младших разрядов блока, старшие m выходов счет- |чика импульсов являются выходами га старших разрядов блока.

jy

J

rJ7. JJ

JJ

32

I

(n-m)

T/

(f

&.J