Управляемый преобразователь переменного напряжения в постоянное Советский патент 1988 года по МПК H02M7/12 

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и может быть использовано в системах управления и регулирования, ключевых усилителях и стабилизаторах напряжения.

Цель изобретения - расширение диапазона регулирования токов нагрузки.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема управляемого преобразователя переменного напряжения в постоянное; на фиг. 2 - временная диаграмма работы элементов схемы.

Преобразователь содержит выпрямитель 1 с конденсаторным фильтром 2 на его выходе, генератор 3 синхроимпульсов, широт- но-импульсный модулятор 4 и силовой транзисторный ключ 5, подключенный базой через импульсный модулятор 4 к первому выходу . генератора 3 синхроимпульсов, а кол- лектор-эмиттерный переход которого зашун- тирован последовательной цепью 6 из диода и конденсатора, к общей точке соединения которых подключен один из выводов последовательной разрядной цепи из тиристоров 7 и индуктивного элемента 8.

В преобразователе диодно-конденсатор- ная цепь 6 составлена из N параллельно соединенных звеньев, а разрядная индуктивно- тиристорная цепь - из N тиристоров 7 и индуктивного элемента 8, соединенного одним выводом со средней точкой конденсаторного фильтра 2, а другим - с объединенными катодами тиристоров 7, аноды которых соединены с общими точками соединения диода и конденсатора звеньев цепи 6. Управляющие электроды тиристоров 7 соединены с выходами управления формирователя 9 запускающих импульсов, входы которого связаны с цифровыми выходами аналого- цифрового преобразователя 10, подключенно го аналоговым входом к выводам введенного в цепь эмиттера транзисторного ключа 5 токоизмерительного резистора 11, а входом синхронизации - к второму выходу генератора 3 синхроимпульсов, к третьему входу которого подключены входы синхронизации формирователя 9. Преобразователь работает на индуктивную нагрузку 12, зашунтиро- ванную обратным диодом 13 и соединенную одним выводом с катодным выходом выпрямителя 1, а вторым выводом - с коллектором транзисторного ключа 5.

Выражение для коэффициента регулирования тока нагрузки предлагаемым устройст вом выглядит следующим образом:

Ijwae if 1/ ,/оЛ/ 1

(2 -О,

где Ко- начальный коэффициент регулирования с одним конденсатором; У - число конденсаторов в цепи 6. Для практических нужд удовлетворяет комбинация из трех-щести конденсаторов

в цепи 6, что в двоичном коде позволяет набирать комбинацию емкостей, оперируя тремя-щестью величинами, достаточными для эффективного регулирования.

Формирователь 9 запускающих импульсов состоит из ряда схем И с гальванической развязкой по числу разрядов преобразователя 10, один из входов (входы управления) каждой из которых соединен со своим выхо0 дом преобразователя 10. Вторые входы схем И соединены с третьим выходом генератора 3 синхроимпульсов и являются синхронизи; рующими входами формирователя 9. Выход каждой схемы И подключен к базе своего транзистора, в коллекторной цепи которого

размещена первичная обмотка импульсного трансформатора, а вторичная обмотка этого трансформатора связана с управляющим электродом соответствующего тиристора 7 индуктивно-тиристорной цепи.

0Величина емкости первоц последовательной цепи из диода и конденсатора равна:

Р 1л.а«:с

--г.

Ч р Уасл-лй

где 2лиг/«:-максимальная величина тока через

ключ 5;

/ПРУх - максимально допустимая скорость k.l t./жакенарастания напряжения на ключе 5 при выключении максимального тока.

0 Преобразователь работает следующим образом.

Описание работы в установившемся режиме следует начать с исходного момента, когда транзисторный ключ 5 выключен, а все конденсаторы звеньев диодно-конденса- 5 торной цепи 6 заряжены до величины выходного напряжения выпрямителя 1 с конденсаторным фильтром 2. С приходом синхроимпульса с первого выхода генератора 3 на вход синхронизации щиротно-импульсного Q модулятора 4 последний вырабатывает на выходе импульс, длительность которого пропорциональна уровню сигнала на входе управления. Этот импульс открывает транзисторный ключ 5 и ток индуктивной Harpy3kH 12, замыкающийся до этого момента через 45 диод 13, переключается через кOv лeктop- эмиттерный переход ключа 5 и токоизмери- тельный резистор 11 к полюсам выпрямителя 1. При этом энергия питающей сети начинает поступать в нагрузку 12 и запасаться

в ее индуктивности.

После заверщения переходного процесса включения транзисторного ключа 5 с второго выхода генератора 3 на вход синхронизации аналого-цифрового преобразователя 10 поступает импульс, по которому преобра- зователь 10 преобразует напряжение на то- коизмерительном резисторе 11 в пропорциональный его величине цифровой код, поступающий на входы формирователя 9. Уровни напряжения каждого разряда преобразователя 10 подаются на один из входов схем И формирователя 9.

С приходом синхроимпульса с третьего выхода генератора 3 на вторые входы схем И на выходе той схемы И, где на первом входе присутствовал уровень логической единицы, появится выходной сигнал, открывающий свой транзистор и запускающий свой импульсный трансформатор и соответственно свой тиристор 7 индуктивно-тирис- торной цепи. На выходах тех схем И, у которых на первом входе присутствует уровень логического нуля, сигнал в это время отсутствует и соответственно связанные с ними тиристоры 7 не открываются. Через открытые тиристоры 7 и индуктивный элемент 8 начинается разрядка соответствующих конденсаторов цепи б на нижний по схеме конденсатор фильтра 2.

За счет индуктивного элемента 8 происходит полный возврат энергии, накопленной в конденсаторах цепи 6, в источник питания. Величина индуктивного элемента 8 выбирается такой, что когда напряжение на разряжаемых конденсаторах цепи 6 падает до нуля, прекращается ток в индуктивном элементе 8 и включенные при разрядке тиристоры 7 выключаются. При это.м оказываются разряженными конденсаторы цепи 6, суммарная емкость которых пропорциональна величине тока, текущего в данный момент через транзисторный ключ 5.

С окончанием импульса на выходе щирот- но-импульсного модулятора 4, поступающего на базу транзисторного ключа 5, последний выключается, а ток индуктивной нагрузки 12 начинает заряжать разряженные конденсаторы цепи 6. Тем самым обеспечивается ограничение скорости нарастания напряжения на коллекторе транзисторного ключа 5 на время, необходимое для переключения тока нагрузки 12 в диод 13. Таким образом обеспечивается безаварийное выключение транзисторного ключа и управляемость преобразователя в щироком диапазоне изменения тока нагрузки.

Формула изобретения

1. Управляемый преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий подключенный входом к питающей сети выпрямитель с конденсаторным фильтром на его выходе, подключенный базой через импульсный модулятор к первому выходу генератора синхроимпульсов силовой транзисторный ключ, коллектор-эмиттерный переход которого зашунтирован последоатель- ной цепью из диода и конденсатора, к общей точке соединения которых подключен один из выводов последовательной раз рядной цепи из индуктивного элемента и тиристора, и цепь нагрузки, шунтированную обратным диодом и соединенную одним выводом с катодным выходом выпрямите ля, причем конденсаторный фильтр выполнен со

средней точкой, к которой подключен второй вывод указанной разрядной цепи, а второй вывод цепи нагрузки подключен к коллектору транзисторного к-июча, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона регулирования тока нагрузки, допол5 нительно введены N-разрядный аналого-цифровой преобразоатель и формирователь запускающих импульсов, а также N-1 последовательных диодно-конденсаторных цепей, подключенных параллельно основной цепи,

Q в каждой из которых к общей точке соединения диода и конденсатора подключен анод одного, из N-1 дополнительно введенных тиристоров, катоды которых объединены с катодом основного тиристора разрядной цепи, а последовательно в цепь эмиттера транзисторного ключа введен токоизмеритель- ный резистор, причем управляющий электрод каждого из N-1 тиристоров разрядной цепи подключен к соответствующему выходу формирователя запускающих импульсов,

0 входы управления которого соединены с цифровыми выходами аналого-цифрового преобразователя, соединенного своим аналоговым входом с выводами токоизмерительного резистора, а синхронизирующие входы аналого-цифрового преобразователя и формиро5 вателя запускающих импульсов соединены с вторым и третьим выходами генератора синхроимпульсов соответственно.

2. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что величина емкости первой последо нательной цепи из диода и конденсатора равна

5

. 2

(Л/-1

р j.muKf

(S JjuaKC

где1„йкс-максимальная величина тока через 5ключ;

ад«с - 1зксимально допустимая скорость нарастания напряжения на ключе при выключении .максимального тока;

N -количество последовательных диод- 0но-конденсаторных цепей, а отношение величины емкости каждой последующей диодно-конденсатор-. ной цепи к величине емкости предыдущей цепи составляет 1/2:1.

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в системах управления и регулирования, в ключевых усилителях и стабилизаторах напряжения. Цель изобретения - расширение диапазона регулирования токов нагрузки. Для этого Б преобразователе диодно-конден- саторная цепь 6 составлена из N параллельно соединенных звеньев, а индуктивно-тирис- торная цепь 7 - из N тиристоров, объединенные катоды которых соединены с одним из выводов индуктивности 8, другой вывод которой соединен со средней точкой конденсаторного фильтра 2. Аноды тиристоров цепи 7 соединены со средними точками цепи 6, а управляющие электроды - с выходами формирователя 9 запускающих импульсов, входы которого связаны с цифровыми выходами аналого-цифрового преобразователя 10, подключенного аналоговым входом к выводам введенного в цепь эмиттера ключа 5 то- коиз.мерительноро резистора 11, а в.ходом синхронизации - к второму выходу генератора 3 синхроимпульсов, к третьему выходу которого подключены входы синхронизации формирователя 9. В результате указанных усовершенствований обеспечиваются безаварийное выключение ключа 5 и упра&тяемость преобразователя в широком диапазоне изменения тока нагрузки, так как суммарная емкость цепи 6 пропорциональна величине тока, текущего в соответствующий момент через ключ 5. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. S (Л оо О5 N:)