Устройство для управления и защиты стабилизированного преобразователя постоянного напряжения Советский патент 1989 года по МПК H02H7/12 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах .электропитания радиоэлектронной аппаратуры.

Цель изобретения - повышение качества выходного напряжения и расши- ренне области применения преобразователя путем расширения диапазона регулирования выхадного напряжения и увеличения коэффициента усютения цепи обратной связи,

На фиг, 1 представлена функцио- нальная схема устройства; на фиг. 2 - пояснительные временные диаграммы.

Устройство для управления и защиты стаб шизированного преобразователя постоянного напряжения, выполненного по схеме двухтактного конвертора, включающего силовой трансформатор 1 с выпрямителем 2 и LC-фильтром 3 на

вторичной и с силовыми транзисторными ключами 4 и 5 на первичной стороне, содержит широтно-импульсньй модулятор (ШИМ) 6, выходы которого подключены к управляющим входам ключей 4 и 5, один из входов вместе с входом генератора пилообразного напряжения (ГПН) 7.подключен к выходу задающего генератора (ЗГ) 8, а другой вход подключен к выходу компаратора 9, инвертирующий вход которого подключен к выходу блокировки аварийного режима блока 10 защиты, а неинвертирующий вход вместе с входом блока 10 защиты через токоорганичивающий резистор 11 подключен к выходу усилителя 12 постоянного тока цепи обратной связи, неинзертйрующнй вход которого подключен к источнику 13 опорного напряжения, а инвертирующий - к выходу блоел 1C

о: к

со

кировки переходного процесса блока 10 защиты непосредственно и к выходу преобразователя через развязывающий резистор 4, Выход ЗГ 8 через формирователь 15 импульсов паузы подключен к управляющему входу управляемого ключа 1 б f шунтирующего вход блока 10 защиты и неинвертирующий вход компаратора 9 ШЖа

Блок 10 защиты содержит первый 17 и второй 18 компараторы, выход последнего через блокирующий диод 19 соединен с неинвертирующим входом первого компаратора 17 и средней точкой интегрирующей RC-цепИ 20, инвертирующий вход второго компаратора 18 соединен со средней то чкой времязада.- ощей НС-цепи 21, а неинвертирующий .вход - со средней точкой порогового резистивного делителя 22, выход первого компаратора 17 через развязывающие диоД1 1 23 - 25 соединен соответственно со средней точкой времяза- дашщей цепи 21 и неинвертирующим входом второго .компаратора 18, выход которого соединен с развязывающим диодом 26, образующим выход блокировки аварийного режима блока 10 защиты, и с развязывающими диодами 27 и 28, образующими выход блокировки переходного -процесса блока 10 защиты. Точка соединения диодов 27 и 28 через RC-- цепь 29 соединена с общей ииной, . Напряжение питания в устройстве обеспечивается источником ЗОз

Устройство работает cлeдyющIiм об- разоМо

В установленном режиме устройство формирует импульсыJ управляющие состоянием ключей 4 и 5j которые, поочередно открываясь, формируют на силовом трансформаторе 1 напряжение прямоугольной формы (фиг, 2, и), Это напряжение трансформируется силовым трансформатором 1,, выпрямителем 2 и посл.е фильтрации переменной составляющей LC-фильтром 3.подается на ., нагрузку преобразователя и через развязывающий резистор 14 - на инвертирующий вход усилителя постоянного тока 12, на неинвертирующи вход которого подано опорное напряжение от источника 13, Усилиталь 12 постоянного тока усиливает рассогласование между опорным и выходным напряжением и формирует на своем выходе напряжение U определянщее порог срабатывания компаратора 9 (фиг, 2, и), к инвертиру0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

ющему входу которого подключен выход генератора 7 пипообразного напряжения и,-.

.Таким образом, длительность выходных импульсов компаратора 9 пропорциональна величине выходного напряжения усилителя 12 постоянного тока. Работа генератора 7 пипообразного напряжения так же, как и работа ши- ротно-импульсного модулятора 6 синхронизируется задающим генератором 8, Благодаря этому импульсы с выхода компаратора 9 распределяются широтно- импульсным модулятором 6 по принципу первьй - второй на два его выхода, . осуществляется поочередное открывание и закрывание ключей 4 и 5,

При уменьшении выходного напряжения преобразователя выходное напряжение инверсно-включенного усилителя 12 постоянного тока увеличивается, что изменяет порог срабатывания компара- ,тора 9 в Сторону увеличения длительности формируемых им импульсов. Импульсы большей длительности, распределяясь широтно-импульсным модулятором 6 между ключами 4 и 5, увеличивают длительности импульсов прямоугольного напряжения на силовом трансформаторе 1 без изменения частоты следования, что ведет к повьшению выходного напряжения, Тве, к стабилизации.

Сигнал с задающего генератора 8 поступает на вход формирователя 15 импульсов паузы, в качестве которого может быть использован ждущий мульти вибратор. На выходе ждущего мультивибратора появляются импульсы , которые воздействуя на полупроводниковый 1СЛЮЧ 16, формируют на неинвертирующем входе компаратора 9 напряжение с паузой на нулевом уров- не. Величина этой паузы выбирается из условия исключения режима сквозных токов. Длительность этой паузы определяется только частотозадакяцими элементами ждущего мультивибратора и не зависит от изменений параметров вы ходного напряжения генератора 7 пилообразного напряжения, изменения частоты задающего генератора 8 и .чувствительности компаратора 9,

При увеличении выходного напряжения преобразователя выходное напряжение усилителя 12 постоянного тока уменьщается, что приводит к уменьшению длительности импульсов прямоугольного напряжения на.обмотке силового

трансформатора 1 и уровня выходного напряжения преобразователя, т.е. к стабилизации,

В установившемся режиме и при отсутствии аварии на выходе первого компаратора 17 блока 10 защиты присутствует логическая , так как нап- ря кение на выходе усилителя 12 постог янного тока, подаваемое на инверти- рукиций вход первого компаратора 17, не превышает опорного напряжения, подаваемого на его неинвертирующий вход и задающего порог срабатывания

лее высоким, чем максимально возможное напряжение на выходе усилителя 12 постоянного тока, подаваемым через развязывакщий диод 26 на инвертирующий вход компаратора 9, блокирует его работу, что приводит к выключению модулятора 6 и закрыванию ключей 4 и 5, Одновременно с этим напряжение с выхода второго компаратора 18 через блок1фукндий диод 19 подается на неинвертирующий вход,первого компаратора 17, что переводит первый компаратор 17 в исходное состояние, при котором

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах электропитания радиоэлектронной аппаратуры. Цель изобретения - повышение качества выходного напряжения и расширение области его использования - достигается благодаря введению в устройство для управления и защиты стабилизированного преобразователя постоянного напряжения формирователя импульсов паузы и управляемого ключа, шунтирующего один из входов компаратора широтно-импульсного модулятора, в результате чего в выходном напряжении широтно-импульсного модулятора формируются паузы с нулевым напряжением и исключается режим сквозных токов в работе силовых ключей преобразователя. 2 ил.

блока 10 защиты. При этом конденсатор 15 « неинвертирукядем входе второго компаратора 18 устанавливается первоначальный порог срабатывания и обеспечивается в течение 0,25-1 с медленный заряд конденсатора RS-цепи 21 В тевремязадакяцей КС-цепи 21, подключенный к инвертирующему входу второго компаратора 18 блока 10 защиты, заряжен до напряжения питания, а напряжение на инвертирукицем входе компарато- 20 чение времени заряда конденсатора ра 18 несколько меньше и определяется КС-цепи 21 до напряжения, большего пороговым резистивным делителем 22, устанавливающим порог срабатывания второго компаратора 18, При этом на выходе компаратора 18 присутствует сигнал логического О, разрешая тем самь1М работу компаратора, 9

При перегрузке преобразователя по выходному току усилитель 12 постоянного тока, выполняющий функцию датчика тока, реагирует на уменьшение выходного напряжения преобразователя повышением напряжения на своем выхо- 1де и при достижении заданного уровня происходит переброс первого компаратора 17 в состояние логического О, Это обеспечивает путь дпя быстрого разряда конденсатора времязадакяцей цепи 21 через развязывающий диод 23 и первый компаратор 17, а также меня- 40 компаратора 18 в исходное состояние, ёт порог срабатывания второго, компа- что возможно только после заряда кон- ратора 18, шунтируя через развязываю- денсатора КС-цепи 21 до напряжения, щие диоды 24 и 25 и первый компара- превышающего первоначальный порог тор 17 нижнее плечо порогового дели- срабатывания второго компаратора 18, теля 22, Развязывающий диод 25 служит д На зтом цикл работы блока 10 защиты для создания дополнительного напряже- закончен. Первый компаратор J7 разбло- ния смещения на инвертирующем входе , кирован и готов к повторному срабаты- второго компаратора 18, что обеспечи- в.анию,

вает надежное срабатывание компарато- Любое включение преобразователя в ра 18 после разряда конденсатора КС- 50 сопровождается срабатыванием блочем напряжение на пороговом резистин- ном делителе 22, второй компаратор 18 по прежнему удерживается в состоянии

25 логической 1, при котором ключи 4 и 5 закрыты, а на выходе преобразователя напряжение отсутствует. Поэтому выходное напряжение усилителя 12 пос- тоянного тока, подаваемое на инверти30 рующий вход первого компаратора 17, будет максимально возможным, но мень- ще, чем напряжение логической 1, подаваемое через блок1фующий диод 19 на неинвертирующий вход компаратора 17, и его повторного срабатывания не произойдет пока есть блокирующее напряжение.

Повторное включение модулятора 6 происходит после возвращения второго

35

цепи 21,

Время .разряда конденсатора КС-цепи 21 должно быть не более максимальной длительности импульсов выходного напряжения компаратора 9, После разряда конденсатора КС-цепи 21 до нового порога срабатывания второй компаратор 18 переходит в состояние логической 1 и своим выходным напряжением, бо-

55

ка 10 защиты, так как на первоначальное отсутствие выходного напряжения преобразователя усилитель 12 постоянного тока реагирует максимальным вы-п ходным напряжением, Дпя обеспечения надежного включения преобразователя после отработки первого цикла защиты при неисправной или отсутствующей схеме линейного нарастания входного

паратора 18 устанавливается первоначальный порог срабатывания и обеспечивается в течение 0,25-1 с медленный заряд конденсатора RS-цепи 21 В течение времени заряда конденсатора КС-цепи 21 до напряжения, большего

20 чение времени заряда конденсатора КС-цепи 21 до напряжения, большего

40 компаратора 18 в исходное состояние, что возможно только после заряда кон- денсатора КС-цепи 21 до напряжения, превышающего первоначальный порог срабатывания второго компаратора 18, д На зтом цикл работы блока 10 защиты закончен. Первый компаратор J7 разбло , кирован и готов к повторному срабаты- в.анию,

чем напряжение на пороговом резистин- ном делителе 22, второй компаратор 18 по прежнему удерживается в состоянии

25 логической 1, при котором ключи 4 и 5 закрыты, а на выходе преобразователя напряжение отсутствует. Поэтому выходное напряжение усилителя 12 пос- тоянного тока, подаваемое на инверти30 рующий вход первого компаратора 17, будет максимально возможным, но мень- ще, чем напряжение логической 1, подаваемое через блок1фующий диод 19 на неинвертирующий вход компаратора 17, и его повторного срабатывания не произойдет пока есть блокирующее напряжение.

Повторное включение модулятора 6 происходит после возвращения второго

35

5

ка 10 защиты, так как на первоначальное отсутствие выходного напряжения преобразователя усилитель 12 постоянного тока реагирует максимальным вы-п ходным напряжением, Дпя обеспечения надежного включения преобразователя после отработки первого цикла защиты при неисправной или отсутствующей схеме линейного нарастания входного

тока преобразователя блок 10 защиты снабжен интегрирующей RC-цепыо 20, конденсатор которой при срабатывании защиты быстро заряжается через блокирующий диод 19 до напряжения логической 1, а после выключения защиты, разряжаясь через резистор, поддерживает блокирующее напряжение на неинвертирующем входе первого компаратора 17 в течение времени, немного большего, чем время заряда ешсости , выходного фильтра 3 до номинального значения при включении преобразователя,

Краме того, для обеспечения линейного нарастания входного напряжения при включении преобразователя в сеть или после срабатывания защиты применена последовательнад RC-цепь 29, конденсатор которой при включенной защите заряжается до напряжения логической I второго компаратора 18, превышающего опорное напряжение усилителя 12 постоянного тока. При этом - на выходе доследнего устанавливается напря жение, значительно меньшее га срабатывания блока 10 защиты. После включения защиты конденсатор RC- цепи 29 медленно (за 0,1 - 0,3 е) разряжается через резистор 14 и нагрузку, а напряжения на выходе усилителя 12 постоянного тока и выходе преобразователя плавно увеличиваются до номинальных значений. Формула изобретения Устройство дпя управления и защиты стабилизированного преобразователя постоянного напряжения, выполненного по схеме двухтактного конвертора, содержащее широтно-импульсный модулятор, выходы которого предназначены дпя подключения к управляющим входам силовых ключей преобразователя, один из входов вместе с входом генератора пилообразного напряжения

подключен к выходу задающего генератора, а другой вход подключен к выходу компар.атора, инвертирующий вход которого подключен к выходу генератора пилообразного напряжения и к выходу блокировки аварийного режима блока защиты, а неинвертирующий вместе с входом блока защиты;через токо- ограничивающий резистор подключен к выходу усилителя постоянного тока цепи обратной связи,. неинвертирующий вход которого подключен к источнику опорного напряжения, а инвертирующий подключен к вьпсоду блокировки переходного процесса блока защиты непосредственно и через развязывающий резистор предназначен для подключения к выходу преобразователя, о т л и- чающееся тем, «то, с цельй) повышения качества выходного напряжения и расширения области его использования, оно снабжено управляемым 1ШЮЧОМ и формирователем импульсов паузы, вход которого подключен к выходу задающего генератора, а выход - к.управляющему входу управляемого клича, включенного между неинвертирующим входом компаратора и общей шиной.

м

5t

и

15

U7,tt«

I Г

1 Г

0.8.2