Устройство для управления транзисторным мостовым инвертором Советский патент 1989 года по МПК H02M7/48 

S 1(Л

ел

СП

to

СО

ел

HMf

3151

устройства составляют блоки I и 6 формирования временных интервалов фик сированной и переменной длительностей,- блок 10 распределения временных интервалов переменной длительности по временным интервалам фиксированной длительности, коммутатор 17 и триггерные формирователи 16 и 24 соответственно низкочастотных и высокочастотных импульсов управления для транзисторов 23,29 и 30,31 инвертора 27. Первые из упомянутых сигналов являются симметричными, прямоугольными, а вторые - широтно-модулирован- ньми с чередующимися синусоидальным И1/1-81п/-м законами модуляции. Благодаря введению в устройство аналого-цифрового преобразователя 34,

5

управляемого делителя частоты 7, блока 6 все необходимые переключения функциональных узлов в процессе работы устройства осуществляются с частотами, жестко синхронизированными с задающей частотой генератора 2 импульсов, входящего в блок 1. Это исключает паразитные частотные биения и сбои в цепях управления инвертором 27. Подключение тактового входа узла 33 обратной связи к одному из выходов триггерного формирователя I6 низкочастотных импульсов управления

также позволяет обойтись без дополнительного генератора импульсов при стабилизации среднеквадратического значения выходного напряжения инвертора. 1 з.п. ф-лы, 3 ип.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления источниками вторичного электропитания. Цель изобретения - повышение надежности управления в процессе стабилизации выходного напряжения инвертора. Основу устройства составляют блоки 1 и 6 формирования временных интервалов фиксированной и переменной длительностей, блок 10 распределения временных интервалов переменной длительности по временным интервалам фиксированной длительности, коммутатор 17 и триггерные формирователи 16 и 24 соответственно низкочастотных и высокочастотных импульсов управления для транзисторов 28,29 и 30,31 инвертора 27. Первые из упомянутых сигналов являются симметричными, прямоугольными, а вторые- широтно- модулированными с чередующимися синусоидальным и (1-SIN)-м законами модуляции. Благодаря введению в устройство аналого-цифрового преобразователя 34, управляемого делителя частоты 7, блока 6 все необходимые переключения функциональных узлов в процессе работы устройства осуществляются с частотами, жестко синхронизированными с задающей частотой генератора 2 импульсов, входящего в блок 1. Это исключает паразитные частотные биения и сбои в цепях управления инвертором 27. Подключение тактового входа узла 33 обратной связи к одному из выходов триггерного формирователя 16 низкочастотных импульсов управления также позволяет обойтись без дополнительного генератора импульсов при стабилизации среднеквадратического значения выходного напряжения инвертора. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при реализации источников вторичного электропитания.

Целью изобретения является повышение надежности управления в процессе стабилизации выходного напряжения инвертора.

На фиг-. 1 представлена функциональная схема устройства для управления транзисторным мостовым инвертором; на фиг.2 - временные диаграммы сигналов на выходах узлов; на фиг.З - схема узла обратной связи.

Устройство содержит блок 1 формирования п временных интервалов фикси- рованнрй длительности с последовательно включенными генератором 2 импульсов , тактирующим триггером 3, счетчиком 4 импульсов и первым дешифратором 5, блок 6 формирования п/2 вре менных интервалов переменной длительности с последовательно включенными управляемым делителем 7 частоты, ре- версивньм счетчиком 8 импульсов, управляющие входы прямого и обратного счета которого подключены к соответствующим выходам тактирующего триггера 3, и вторым дешифратором 9, бло 10 распределения временных интервалов переменной длительности по в ре- менным интервалам фиксированной длительности со стробирующими элементами 1I.1-11.и И, из которых первые п/2 элементоп соединены входами с

5

О

Qд50 .

одноименными выходами дешифраторов 5 и 9, а входы каждого i-ro из вторых п/2 элементов подключены к одноименному выходу дешифратора 5 и (п-1+)-му выходу дешифратора 9 двумя группами распределительных элементов 12.1-12.п и 13.1-13.п И, первые входы которых подключены к вькодам одноименных стробирующих элементов 11.1-11.п И, а вторые входы - к прямому и инверсному выходам тактирующего триггера 3, первым и вторым элементами 14 и 15 ИЛИ, входы которых соединены с выходами соответственно распределительных элементов 12.1- 12.п и 13.1-13.п И, триггерный формирователь 16 низкочастотных импульсов управления, вход которого подключен к первому выходу .дешифратора 5, коммутатор 17 с двумя парами канальных элементов 18 и 19 и 20 и 21 И, в каждой из пар первый вход одного элемента И подключен к прямому, первый вход другого элемента И - к инверсному выходам триггерного формирователя 16 низкочастотных импульсов управления, а их вторые входы - к выходам соответственно элементов 14 и 15, третьим и четвертым элементами 22 и 23 ИЛИ, входы каждого из которых соединены с выходами соответственно канальньЕх элементов 18,19, 20 и 21 И, триггерный формирователь 24 высокочастотных импульсов управления, входы которого подключены к

выходам элементов 22 и 23, развязьша- ющие усилители 25 и 26 мощности, выходы которых соединены с прямыми и ин- версньми выходами триггерных формирователей 16 и 24 низкочастотных и высокочастотных импульсов управления, а выходы предназначены для подключения к эмиттер-базовым переходам входящих в состав инвертора 27 транзисторов д 28 и 29, 30 и 3, образующих мост с фильтром 32 низких частот в диагонали, узел 33 обратной связи, вход которого соеди 1ен с вьшодами для подключения к

выходу инвертора 27, тактовый вход узла личающихся друг от друга в порядке 33 соединен с одним из выходов триг- герного формирователя 16 низкочастотных импульсов управления,аналого-цифровой преобразователь 34, вход которого соединен с выходом узла 33, такто-20 сированной длительности соответствует

следования интервалов по синусоидальному закону. Если, в частности, п 16 и, следовательно, угловой диапазон одного временного интервала фик

вьй вход - с выходом генератора 2, подключенным к тактовому входу управляемого делителя 7, а выход - с управляющим входом последнего.

Узел 33 обратной связи представля-. ет собой импульсно-компенсационный преобразователь среднеквадратического значения переменного напряжения в постоянное, реализованный по,схеме с пря мым и обратным квадраторами 35 и 36 на полевых транзисторах, интегратором 37 и модулятором 38 (фиг.З). При этом функции генератора модулирующих импульсов выполняет генератор 2 блока 1 .

Устройство работает следующим образом.

На каждом из п выходов блока 1 вырабатьшаются импульсы U1 равной длительности (фиг.2а),суммарная продолжительность которых в пределах периода работы блока 1 соответствует половине требуемого- периода Т вьсход- ного напряжения инвертора 27. Число п в принципе может быть выбрано как четным, так и нечетным, что в конечном счете обуславливает весьма незначительную разницу в спектральном составе выходного напряжения. Из практических соображений с учетом широкого использования элементов вычислительной техники, работающих в двоичном коде, удобнее общее количестВО интервалов п за цикл выбирать чет- ,,по временным интервалам фиксированной

ным, например равным 16 (однако длядлительности является в сущности лобольшей наглядности временные диаг-гическим функциональным узлом и t)cyраммы фиг.2 изображены для случаяществляет указанное распределение

нечетного п).под действием сигналов с выходов такСтабильность периода Т выходного напряжения инвертора 27 определяется стабильностью суммарной продолжительности интервалов, которая поддерживается на высоком уровне благодаря наличию в блоке 1 стабильного по частоте генератора 2.

Функционирование блока 6 базируется на априорном подборе для совокупности п временных интервалов фиксированной длительности совокупности из п- (две совокупности по п/2) градаций, т.е. ряда натуральных чисел, отличающихся друг от друга в порядке сированной длительности соответствует

следования интервалов по синусоидальному закону. Если, в частности, п 16 и, следовательно, угловой диапазон одного временного интервала фик

11°15 , то для углов, относящихся к серединам интервалов, можно подобрать следующий числовой ряд: 3,8,13,18, 22,25,27,28,27,25,22,18,13,8,3. Максимальное число в ряду (28) характеризует собой точность приближения указанной совокупности градаций к синусоидальному закону в номинальном режиме (режиме максимальной нагрузки)

O инвертора 27 и ограничивается общим количеством выходов в дешифраторе 9 блока 6, с помощью которого осуществляется фиксация значений чисел выбранного ряда.

Длительности, соответствующие зафиксированным градациям, формируются входящим в состав блока 6 реверсивньм счетчиком 8, который под действием сигналов с выходов тактирующего триггера 3 во вторую половину каждого интервала фиксированной длительности осуществляет суммирование импульсов с выхода управляемого делителя 7, а в первую половину производит их вычи5 тание. В результате в течение каждого интервала фиксированной длительности на всех выходах блока 6 (дешифратора 9) импульсы появляются дважды (фиг.2 б). Временной промежуток меж0 ДУ И1-Л1УЛ; сами на том или 1шом выходе блока 6 характеризует собой формируемую длительность.

Блок 10 распределения временных интервалов переменной длительности

5

0

1 1515295

тирующего триггера 3. Размещенные по интервалам фиксированной длительности временные промежутки между импульсами и и 1 (фиг. 2,в) изменяются

и; и 1:;дфиг.2,в)

от интервала к интервалу по синусоидальному закону.

Триггерный формирователь 16 низкочастотных импульсов управления под действием сигналов с первого выхода дешифратора 5 вырабатьшает симметричные прямоугольные сигналы U , и U (фиг.2,г), сдвинутые друг относительно друга на 180. Эти сигналы ис10

пу ра па об ны и пр пр зн

ла вх те

пользуются для управления транзистораЧЗ следовательного счета импульсов от

генератора 2 блока 1 преобразуется двоичный код. Сформированным в аналого-цифровом преобразователе 34 ко дом осуществляется автоматический выбор коэффициента деления в управляемом делителе 7, воспринимающем импульсы от генератора 2.

25

ми 28 и 29 одной из ветвей инвертора 27 и обеспечивают с частотой выходного напряжения управление коммутатором 17, Последний производит разделение образованных на выходах блока 10 20 импульсов , и Jo и и о на две последовательности и подачу их на входы триг- герного формирователя 24 высокочастотных импульсов управления (на временных диаграммах фиг.2 указанные последовательности импульсов не отображены) .

Триггерный формирователь 24 высокочастотных импульсов управления, воспринимая сигналы с вькодов коммутатора 17, воспроизводит в итоге ши- ротно-модулированные сигналы U,, и U24 (фиг.2,д) с чередующимися через Т/2 совокупностями импу., модулированных по разным законам. Одна из совокупностей импульсов имеет синусоидальный закон модуляции (псевдосинусоидальный сигнал), а другой - (1-з1п)-й закон. Сигналы и .

30

35

24

и

1

генератора 2 блока 1 преобразуется двоичный код. Сформированным в аналого-цифровом преобразователе 34 ко дом осуществляется автоматический выбор коэффициента деления в управляемом делителе 7, воспринимающем импульсы от генератора 2.

При отклонении среднеквадратичес кого значения выходного напряжения от номинальной величины под действи различного рода дестабилизирующих факторов изменяются в соответствующую сторону уровень постоянного нап ряжения на выходе узла 33, двоичный код на выходе преобразователя 34 и коэффициент деления в управляемом делителе 7 частоты блока 6. В результате на счетный вход реверсивно счетчика 8 импульсы поступают быстр или медленнее, соответствующим обра зом изменяются (укорачиваются или удлиняются) временные интервалы ме ду импульсами U (фиг.2,б), снимаемыми с одних и тех же выходов блока

используются для управления транзистот|0 6 (дешифратора 9), и между импуль- рами 30 и 31 инвертора 27, на выходе которого фильтром 32 низких частот вьщеляется в итоге синусоидальное напряжение (Фиг.2,е),

Усилители 25 и 26 мощности, поми- 45 МО усиления сигналов управления, обеспечивают требуемую гальваническую развязку всех четырех управляющих цепей.

Узел 33 обратной связи восприни- о мает синусоидальное напряжение с выхода фильтра 32 инвертора 27 и преобразует его в постоянное напряжение Ujj, пропорциональное среднеквадратичному значению выходного напряже- j ния инвертора.

Функционирование модулятора 38 с частотой переключения триггерного формирователя 16 низкочастотных имсами и Jo и Uj o (фиг. 2,в) на выходах блока 10, относящимися к одним и те же интервалам фиксированной длитель ности, а также длительности широт- но-модулированных сигналов 24 t (фиг 2,г) на выходах триггерного фо мирователя 24 при сохранении синусо идального и (l-sin)-ro законов моду ляции. Поскольку от длительностей импульсов, составляющих сигналы U j и Uj, зависит процентное содержани первой гармоники в частотном спектр выходного напряжения U инвертора 2 данный процесс автоматического регу лирования обеспечивает стабилизацию среднеквадратического значения на з данном уровне.

Анализ работы устройства показывает, что в данном случае все необ8

пульсов управления, т.е. с частотой, равной частоте напряжения поступающего на сигнальный вход узла 33 обратной связи, обеспечивает идентичные условия работы для прямого 35 и обратного 36 квадратов и тем самым предопределяет повышенную точность преобразования среднеквадратического значения напряжения.

Постоянное напряжение с выхода узла 33 обратной связи поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 34, где методом следящего поЧЗ следовательного счета импульсов от

25

20

30

35

генератора 2 блока 1 преобразуется в двоичный код. Сформированным в аналого-цифровом преобразователе 34 кодом осуществляется автоматический выбор коэффициента деления в управляемом делителе 7, воспринимающем импульсы от генератора 2.

При отклонении среднеквадратического значения выходного напряжения от номинальной величины под действием различного рода дестабилизирующих факторов изменяются в соответствующую сторону уровень постоянного напряжения на выходе узла 33, двоичный код на выходе преобразователя 34 и коэффициент деления в управляемом делителе 7 частоты блока 6. В результате на счетный вход реверсивного счетчика 8 импульсы поступают быстрее или медленнее, соответствующим образом изменяются (укорачиваются или удлиняются) временные интервалы между импульсами U (фиг.2,б), снимаемыми с одних и тех же выходов блока

т|0 6 (дешифратора 9), и между импуль-

6 (дешифратора 9), и между импуль-

сами и Jo и Uj o (фиг. 2,в) на выходах блока 10, относящимися к одним и тем же интервалам фиксированной длительности, а также длительности широт- но-модулированных сигналов 24 t (фиг 2,г) на выходах триггерного формирователя 24 при сохранении синусоидального и (l-sin)-ro законов модуляции. Поскольку от длительностей импульсов, составляющих сигналы U j и Uj, зависит процентное содержание первой гармоники в частотном спектре выходного напряжения U инвертора 27 данный процесс автоматического регулирования обеспечивает стабилизацию среднеквадратического значения на заданном уровне.

Анализ работы устройства показывает, что в данном случае все необходимые переключения составных узлов осуществляются с частотами, жестко синхронизированными с тактовой чяс- тотой генератора 2, входящего в состав блока 1, Это относится, в частности, и к узлу 33 обратной связи, и к аналого-цифровому преобразователю 34, и главным образом, управляемому делителю 7 частоты блока 6, Формиро- вание в ременных интервалов фиксированой и переменной длительностей на выходах блоков 1 и 6 производится, таким образом, без сбоев в цепях управления инвертором 27, что обеспечрша- ет повьппенную надежность управления процессе стабилизации выходного напржения инвертор-я 27 и, кроме того, позволяет получить более }зысокое качество стабилизации среднеквадрати- ческого значения напряжения за счет повьппенной точности преобразования.

Формула изобретения

ю 1520

25 зо

35

40

5

0

5

персному выходам тактирующего тригге- ра, первый и второй элементы ИЛИ, входы каждого из которых соединены с выходами распределительных элементов И соответствующей группы, триггер- ньй формирователь низкочастотных импульсов управления, вход которого подключен к первому выходу первого дешифратора, коммутатор, содержащий две пары канальных элементов И, третий и четвертый элементы ИЛИ, в ктж- дйй из пар канальных элементов И первый вход одного элемента И подклю- ;ен к прямому, первый вход другого элемент,- И - к инверсному выходам Tpiirrepuoi o ф11рмирователя иизкочас тотных имп /льс н упр; вления, пторью входы - к выходам соотвстстпенпо первого и второго элемепгоп ИЛИ, входы третьего и четвертого элемеитоп ИЛИ соедине}1ы с выходами канальных элементов И соответствующей плры, триггерньп формирователь высокочастотных импульсоп управления, входы которого подключены к выходам третьего я четвертого элементов ИЛИ, два рязвя-зьшающи:; -усилителя мощности, входы которых соедииены с прямыми и инвсрг.ными выходами т;ч11ггерн1-1х формирователей ссответственио низкочастотных и высокочастотные импульсов упр авления, выходы П1)едназнане- ны для подкл)очения к входа:-; транзисторного мостового инвертора, узел обратной связи, вход которого предназначен для подключения к вьгходу транзисторного мостового инвертора и тактовый вход соединен с иыходом триг- герного формирователя Н1ик1 4пстстных импульсов управления, о т л и ч а ю- щ е е с я тем, что, с целью попыше- ния надежности упршзлення в процессе стабилизации выходного напряжения инвертора, оно снабжено аналого-цифровым преобразователем, блок формиров - ния п/2 временных интервалов переменной длительности снабжен управляемые делителем частоты, сш наль- ный вход аналого-цифрового преобря- зователя соединен с вьгходом узла обратной связи, тактовые входы аналого-цифрового преобразователя и управляемого делителя частоты подключены к выходу, генератора импульсов, а выходы аналого-цифропого преобразователя напряжения соедир1ены с управляющими выходами упраплн емого делителя частоты.

0 l/f

фае. 2