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

Фи.1

Изобретение относится к преобразовательной технике н гчожет быть использовано во вторичных источзадках питани со звеном повышенной частоты, являет-

СЯ дополнительным к основному HBTj.

св.. № 1336171.

Цель изобретения - уменьшение массы и габаритов устройства.

На фиг, 1 представлена функционеШь ная схема устройства для управления и за1диты преобразователяJ на фиг. 2 - пример построения схемы порогового . /органа; на фиг, 3 - одош из вариантов усилителя I мощности; на фиг. 4 - приме выполнения схеьы главного ключа зари- ты; на фиг, 5 - вариант блока задерж- ки включения; на фиг, 6 - схема инвертирующего усилителя; на фиг г 7 - область безопасной работы транзистора КТ840А в качестве примера для описания работы устройства,

Устройство для управления и защиты преобразователя (фиг, 1) содержит входом 1 подключенный к питающей сети входной выпрямитель 2, первый выход которого через датчик 3 тока соединен с первым входом инвертора 4,, выход которого через выходной выпрямитель 5 подключен к входу фильтра в, усили- тель 7 мощности, выходом :соёдиненньш с управляющим входом инвертора 4 пороговый орган 6, входом подключенньй к выходу датчика 3 тока и. усилитель 9 обратной связи, первый вход которо- го соединен с зажимом 10 для подкл о- чения источника опорного напряжения а 13ЫХОД подключен к первому входу 1 широтно-импульсного модулятора 12, Устройство содержнгт также второй по- .роговый. орган 13, входом соединенный с .выходом датчика 3 тока, ,а выходом - с первым входом элемента ИЛИ 14 н анодом первого диода 15, триггер .16 за- пщты,, установочный вход которого под- ключей к аноду второго диода 7 и выходу первого порогового органа 8, счетный вход - к синхронизирующему выходу 18 широтно-импульсного модулятора 12,, инвертирующий; выходу - через элемент 19 памяти к первом - входу -главного ключа 20 защиты, а неинвертирующий выход соединен с катодом третьего диода 21, блок 22 задержки включения 5 вход которого подключен

к зажиьгу 23 для подключения положит тельного источника питания, а выход соединен с вторым входом 24 широтно- импульсного модулятора 12J первый пороговый элемент 23j один вход которого подключен к залскму 23 д.:тя псд1и:, о- чения положительного источ1шка питания, выход - к второму входу элемента ШЖ 14р а второй вход соединен с выходом второго порогового элемента 26, входом подключенного ,к., 27 ля подключения источника питания отрицательным напряжением, причем выход фильтра 6 соединен с зажимом 28 ля подключения нагрузки через датчик 2.9 выходного параметра, выход которого подключен к второму входу усилителя 9 обратной связи, выход 30 широтно-импульсного модулятора 12 соединен с входом усилителя 7 мощности, анод третьего диода 21 подключен к третьему входу 31 широтпо-импульс- ного модулятора 12, катодам первого 15 и второго 17 диодов и аноду четвертого диода 32, катодом соединенного с вторым входом главного 1слюча 20 за- пщты, третий вход которого подключен к выходу элемента ИЛИ 14 г второй выход входного выпрямителя 2 соединен с токоограничивающим дросселем 33, зашунтированным пятым диодом 34, анод которого подключен ко второму входу инвертора 4,

Устройство для управления и защиты преобразователя дополнительно включает в себя инвертирующий усилитель 35, два входа которого соединены с выходом входного выпрямителя 2, а выход подключен к дополнительным входам первого 8 и второго 13 порогового органа,

Широтно-импульсЕ-ш1й модулятор 12 может содержать (фиг, 1) задающий генератор 36, выходом подключенный к счет- ному входу триггер 37 управления и к входу дифцепи 38, генератор 39 пилообразного напряжения,, вход которого соединен с выходом дифцепи 38 и с первым входом элемента ЯЛИ 40. выход

- .с первым входом компаратора 41 обратной связиJ второй вход которого является первым входом 11 широтно- импульсного модулятора 12, а выход подключен к второму входу элемента ИЛИ 40, третий вход которого служит входом 24 гаиротно-импуаьсного модулятора 2j а выход соединен с управляющим входом ютюча 42 паузы, причем вы- ходы триггера 37 управления через диоды 43. и 44 образуют выход 30 широтно- имлульсного модулятора 12 и через дио- дь 45 и 46 соединйш.1 с силовым вхо515223

дом ключа 42 паузы, являющимся третьим входом 31 широтно-импульсного модулято- ipa 12, .синхронизирующим выходом 18 которого явлиется выход генератора 36. - с

Пороговый орган 8 или. 13 содержит (см, фиг, 2) компаратор 47, на входе которого включен измерительный резис- торный мост 48, в плечо которого включен датчик 3 тока., а выход компарато- tO pa 47 подключен к еветодиоду оптодиод- ной пары 49, управляющей полевым транзистором 50, выход которого является выходом порогового органа 8 или 13,

Усилитель 7 мощности для транзистор-5 кого инвертора 4, построенного например, по мостовой схеме включает в себя (фиг, 1) два идентичных усилителя 51 и 52 мощности для управления силовыми транзисторами разных диагоналей 20 моста, причем каждый из них может состоять (см. фиг, 3) из резнстор а 53, соединяющего зажим 23 для подключения источника питания положительным напряжением с Ёходом усилителя 5 и 52 мощ-25 ности и стабилитроном 54 и блока 55 для управления силовым транзисторным 1слючем, вход которого соединен с анодом стабилитрона 54, через диод 56 - с общей шикой схемы управления, а че- 30 рез резистор 57 с зажимом 27 для под- шночения источника питания отрицательным напряжением.

Главный Ю1ЮЧ 20 защиты содержит (фиг, 4) биполярный транзистор 58, jc базоэмиттерный переход которого через стабилитрон образует третий вход главного ключа 29 защиты, и гибридную полу прЪвод}шковую пару 59, эмиттер однопе- реходного транзистора которой являетсядО первым входом ключа 20, а анод тиристора составляет второй вход главного ча. 20 защиты

Блок 22 задержки включения пр.едстав- ляет собой (фиг, 5) пороговый элемент,де с времязадающей цепью по .входу,

Инвертирую ций усилитель .35 может , содержать (фиг, 6) операционный уси литель 60, к входу которого подключены два делителя, состоящие из стабилитро- д нов 61, 62 и резисторов 63, 64

На фиг. 7 представлен пример области 65 безопасной работы конкретного транзистора (КТВ40А), зона 66 безопасной работы, реализуемая пороговым ор- ее ганом 13, имеющим постоянную величину опорного напряжения, и зона 67, реализуемая пороговым органом 13 с изменяемым опорным напряжением.

Уст.ройство для управления и защиту преобразователя работает следующим образом.

При подаче сетевого напряжения на вход 1 входного выпрямителя 2, в качестве которого может быть использован диодгшй мост с ЬС-фильтром на выходе 5 на его выходах возникает пос- тоянное напряжение, поступающее через датчик 3 тока и токоограничиваэтдий дроссель 33 на входы инвертора 4, Одновременно поступает напряжение на схем управления, и канал управления образованный задающим генератором 36 и триггером 37 управления, формирует импульсы управления с коэффициентом заполнения (5.

При наличие на выходе триггера 37 управления нaпpяжeшie логической единицы диод 43 или 44 закрыт и ток от положительного источника 23, протекая через резистор 53, стабилитрон 54 и диод 56, запирает управляющий ключ блока 55 для управления силовым транзисторным ключом. При этом СИЛО- БОЙ ключ инвертора открывается. При наличии на выходе триггера 37 управления напряжение логического нуля диод 43 или 44 открыт, ток положительного источника 23 протекает через не го 5 диод 56 запнрается, а управляющий ключ 55 отпирается током отрицательного источника 27 через резистор 57, При этом силовой ключ инвертора закрывается. Выходные импульсы згадающего генератора 36 продифференцированные дифцепью 38, через элемент ИЛИ 40 открывает ключ 42 паузы на время бестоковой паузы, перекрывающей по длительности, например, для мостового преобразователя суммарное время канала управления и выключения силовых транзисторов инвертора, которое складывается из времени спада и вре 1-5ени рассасывания неосновных носите- лей. Ключ 42 паузы через диоды 45 и 46 отсекают от импульса .управления на выходе триггера 37 временной интервал, равный длительности бестоковой паузы. В 5oмeнт пуска, до истечения промеж утка времени, достаточного для окончания переходных процессов во входном выпрямителе 2 и в источни ке шатания схемы управления, на выходе блока. 22 задержки включения присутствует положительное напряжение, через элемент ИЛИ 40 отпирающее ключ 42 паузы, которьй через диоды 45 и

46 блокирует выходы триггера 37 управления и силовые транзистторы инвар- I тора 4 остаются закрытыми, По истаче- 1-ши времени задержки, определяемой блоком 22 задержки включений, на его выходе формируется, напряжение, близкое к нулю, и с третьего входа элемента ИЛИ 40 снимается сигнал запрета. Импульсы управления с выхода 30 широтно-импульсного модулятора 12 усиливаются усилителем 7 мощности и поступают на базы силовых транзистор- нык ютючей инвертора 4, Инвертор запускается, и его выходное напряжени-е, .выпрямленное, например, двухполуперн- одным выпрямителем 5 и отфильтрован : ное LC-фильтром 6, поступает через датчик 29 выходного параметра на за- зким 28 для подключения нагрузки, С выхода датчика 29 выходного параметра напряжение обратной связи и опорное напряжение зажима 0 подается на выходы усилителя 9 обратной связи, с выхода которого их усиленная разность поступаеч- на второй вход компаратора 4i обратной связи.. На первьй вход компаратора 41 подается линейно нарастающее напряжение с выхода генератора 39 пилообразного напряжения, синхронизи- руемого выходными имп льсами дифцепи I 38, Б случае возникновения разницы между напряжением обратной связи и - опорным напряжением на выходе компара 1 тора 41 фop rиpyютcя положительные им- пульсы длительностью, пропорциональной величине указанной разницы, кото- I рые через элемент ИЛИ 40 открывает ; ключ 42 паузы, блокирующий выходы I триггера 37 управления и тем самым : изменяют коэффициент заполнения ин- ; вертора в сторону уменьшения или уве- I личения в зависимости от знака воз- ; мушающего воздействия,

i При уменьшении напряжения- питания схемы управления на зажимах 23 и 27 до недопустимой величины срабатывают пороговые элементы 25 и 26, кото- pbie могут быть построены по схеме триггера Шмидта и через элемент ИЛИ 14 и транзистор 58 на управляющий эле трод тиристора гибридной пары 59 глав .ного ключа 20 защиты поступает отпира : 1адий импульс. Тиристор открыва.ется и через диод 32 и диоды 45 и 46 блокирует выходы триггера 37 управления. после чего преобразователь полностью : отключается. Наличие этой защиты дик- : туется как необ ходимость поддержания

г- Q 5 0 5 0r 0

д сп -

5

нормальной работы - схемы упра)зл:--нкя, так и жесткит требованиями по обеспечению HONfflHanbHOH величины базового тока силовых транзисторньгх ключей, недостаточность которого при макси : мальном токе коллектора может привести к перегреву силовых, транзисторов, к выходу их из строя,

Пороговые органы 8 и 13 настроены на разные уровни тока, причем пороговый орган 8, настроенный на уровень, назначительно превышающий уровень номинального тока первичной обмотки силового трансформатора, работает в режиме токовой отсечки, и порогЪвьй.орган 13, настроенный на. большую величину тока относита) 1ьно порогового органа 8, через элемент ИЛИ 14 и главный ключ 20 защиты полностью отключают преобразователь. Такое построение вызвано необходимостью повышения надежности преобразователей. Оно позволяет осуществить страховку системы токовой отсечки в случае ее сбоя. При увеличении тока нагрузки, коротком за 1№ кании на выходе преобразователя, возникновении сквозного тока в инверторе 4 или замагнич.ивания сердечника силового трансформатора инвертора 4 на интервале пуска выходной ток входного выпрямителя 2, пред- ставлякщий собой сумму тока первичной обмотки силового трансформатора инвертора 4 и его тока намагничивания, возрастает, при этом возрастает величина напряжения, снимаемого с датчика 3 тока на вход порогового органа В. При достижении пороговой величины напряжение на выходе резисторно- го моста 48 меняет знак и компаратор 47 формирует на светодио е оптопары 49 положительный импульс, после чего транзистор 50 запирается током фотодиода оптопары 49 и триггер 16 защиты, ранее приведенный в исходное состояние по счетному входу импульсом задающего генератора 36, опрокидывается. На его неинвертирующем выходе возникает напряжение логического нуля, в связи с чем выходы триггера 37 управления блокируются через диоды -45 и 46 и диод 21, и силовые транзисторы инвертора 4 запираются. На инвер- тирунщем выходе триггера 16 защиЛ: появляется напряжение логической единицы, которым заряжается ,енсатор элемента 19 памяти до величи 1ы, пропорциональной отсекаемому интервалу

импульса управления, Следутадий тактовый импульс задающего генератора 36 возвращает триггер 16 защиты по счет- iHOMy входу в исходное состояние, и чет- рез силовые ключи инвертора 4 снова протекает ток. При наличии устойчивости перегрузки триггер 16 защиты многократно срабатывает, отсекая по времеработы. Это явление приводит разработ7 чика к расчетному завышению требуемых максимально допустимых параметров силовых транзисторных ключей, что в конечном итоге приводит к увеличению массы и габаритов преобразователя и его удорожанию. Для устранения этого недостатка в предлагаемом устройстве

Изобретение относится к электротехнике. Целью изобретения является уменьшение массы и габаритов устройства. Устройство для управления и защиты преобразователя содержит цепи управления и защиты, а также снабжено инвертирующим усилителем 35, включенным между выходом входного выпрямителя 2 и входами опорного напряжения двух пороговых органов 8 и 13. В пределах области безопасной работы силовых транзисторов инвертора 4 уровень уставки тока, на который реагируют пороговые органы 8 и 13 защиты, изменяется обратнопропорционально уровню выходного напряжения входного выпрямителя 2. 7 ил.

ни зону перегрузки и уменьшая дпитель- д для управления и защиты преобразованость импульса инвертора, одновременно заряжая конденсатор элемента 19 па- мяти. По достижении напряжением на конденсаторе величины, достаточной

для срабатывания одноперекодного тран- з ющей-, сети и наоборот, что способству- зистора гибридной пары 59, тиристор ет смещению зоны 67 безопасной работег1я введен инвертирующий усилитель 35, позволяющий уменьшить вапи шну опорного напряжения пороговых органов 8 и 13 нри увеличении напряжения пита

главного ключа 20 защиты отключает преобразователь в целом, Если перег- руз.ка кратковременная, то токовая отсечка защищает интервал без отключе- 20 ния преобразователя. Постоянную времени элемента 19 памяти выбирают из условия недопустимого перегрева си- ловых транзисторов, В связи с тем, что время запирания силовых транзис- 25 торов инвертора 4 с момента выдачи команды на выключение определяется его временем спада и рассасывания, то VIЯ ограничения тока в течение этого времени в цепь питания инвертора 4 включен токоограничивающий дроссель 33 с обратным диодом.

При выборе уровня срабатывания мак симальной защиты, функцию которой реализует пороговый орган 13, руковод30

ты, контролируемой защитой в сторону возрастания тока коллектора силовых транзисторных ключей инвертора при уменьшении напряжения питающей сети и наоборот в пределах конкретной область; безопасной работы 65, Инверти- рующий усилитель 35 реализует следу- шую зависимость: U to К ( - U где выходное напряжение операционного усилителя 60; К - коэффициент усиления операционного усилителя;

напряжение на стабилитроне 62

ствуются обычно возможностью возникновения режима короткого замыкания нагрузки инвертора при максимальном на- пр яжении питающей сети. Поэтому на графике области 65 безопасной работы дк (см, фиг, 7} конкретного транзистора (для соответствующих длительности и

скважности импульсов) определяется граничная точка соответствующая максимяль но допустимому току силового транзисторного ключа при максимальном заданном напряжении на коллекторе. При работе преобразователя со стабилизацией

.уровня выходной мощности возникает условие, когда максимальному напряже- м кию питающей сати соответствует минимальный ток коллектора при номиналь- . ной нагрузке, а минимальному сетевому напряжению - максимальный коллекторный ток, что приводит к недонспользо- ванию силового транзистора по току при наличии стабильного опорного напряжения пороговых органов 8 и 13, которые реализуют зону 66 безопасной

- 43 напряжение на резисторе 63, Ограничение в сторону увеличения тока коллектора легко осуществляется самим операционным усилителем 60 при соответствующих К и щнимaльнoй вели™ чине напряжения на резисторе 63, соответствующей минимуму сетевого напряже ния, С выхода усилитепя 60 напряжение поступает на входы опорного напряжения пороговых органов 8 и 13, уменьшая КПУ увеличивая порог- срабатывания их при увеличении или снижении напряжения, а следовательно, и напряжения на выходе входного выпрямителя 2, Таким об- разом, зона 66 безопасной работы си- Д5 ловых транзисторных ключей, обеспеченная базовой схемой сдвигается в сторону больщих значений при снижении напряжения на выходе входного выпрямите- ля 2 и принимает вид 67, Формула изобрет. елия

Устройство для управления и защиты преобразователя по авт, св. № 13361715 отличающееся тем, что, с целью уменьшения массы и габаритов, оно снабжено инвертирующим усилителем5 входные выводы которого подключены к выходу входного выпрямителя, а выход к вг.одам опорного напряжения первого и н ;. орого пороговых органов.

ющей-, сети и наоборот, что способству- ет смещению зоны 67 безопасной работег1я введен инвертирующий усилитель 35, позволяющий уменьшить вапи шну опорного напряжения пороговых органов 8 и 13 нри увеличении напряжения пита05

0

ты, контролируемой защитой в сторону возрастания тока коллектора силовых транзисторных ключей инвертора при уменьшении напряжения питающей сети и наоборот в пределах конкретной область; безопасной работы 65, Инверти- рующий усилитель 35 реализует следу- шую зависимость: U to К ( - U); где выходное напряжение операционного усилителя 60; К - коэффициент усиления операционного усилителя;

напряжение на стабилитроне 62;

к

- 43 напряжение на резисторе 63, Ограничение в сторону увеличения тока коллектора легко осуществляется самим операционным усилителем 60 при . соответствующих К и щнимaльнoй вели™ чине напряжения на резисторе 63, соответствующей минимуму сетевого напряже ния, С выхода усилитепя 60 напряжение поступает на входы опорного напряжения пороговых органов 8 и 13, уменьшая КПУ увеличивая порог- срабатывания их при увеличении или снижении напряжения, а следовательно, и напряжения на выходе входного выпрямителя 2, Таким об- разом, зона 66 безопасной работы си- 5 ловых транзисторных ключей, обеспеченная базовой схемой сдвигается в сторону больщих значений при снижении напряжения на выходе входного выпрямите- ля 2 и принимает вид 67, Формула изобрет. елия

Устройство для управления и защиты преобразователя по авт, св. № 13361715 отличающееся тем, что, с целью уменьшения массы и габаритов, оно снабжено инвертирующим усилителем5 входные выводы которого подключены к выходу входного выпрямителя, а выход к вг.одам опорного напряжения первого и н ;. орого пороговых органов.

Z7

57

,гз

53

5 -йУ

Ж

M2J

Рмг. ;

ЧИ}-

п Фт. г