Устройство управления широтно-импульсным усилителем мощности Советский патент 1990 года по МПК H03K7/08 

фиа.1

Изобретение относится к области импульсной техники и может быть использовано в системах управления электроприводами постоянного тока.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет управления мостовыми усилителями и повышение точности при изменениях частоты тактовых импульсов.

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства управления ши- ротно-импульсным усилителем мощности на фиг. 2 - схема подключения устройства к мостовому усилителю; на фиг. 3 временные диаграммы работы одного канала устройства.

Устройство управления широтно-им- пульсным усилителем мощности содержит источник 1 управляющего напря- жения, генератор 2 тактовых импульсов, релейный элемент 3, тоиггер k, коммутаторы 5, 65 формирователи 7, 8 импульсов сброса, интеграторы 9, 10, компараторы 11, 12, инверторы 13, 1 Первые входы коммутаторов 5, 6 соединены с выходом источника 1 управляющего напряжения и входом релейного элемента 3, выход которого соединен с вторыми входами коммута- торов 5, 6, управляющие входы которы соединены соответственно с прямым и инверсным выходами триггера k, a через формирователи 7, 8 импульсов сброса - с установочными входами интеграторов 9, Ю, входы которых соединены соответственно с выходами коммутаторов 5, 6, а выходы соответственно с первыми входами компараторов 11, 12, вторые входы которых сое динены с общей шиной, а выходы - соответственно с первой и второй выходной шинами устройства и соответственно через инверторы 13, 1 с третьей и четвертой выходными шинами устрой- ства, причем вход триггера соединен с выходом енератора 2 тактовых импульсов. Релейный элемент 3 может быть выполнен на инвертирующем операционном усилителе с разомкнутой об- ратной связью.

Мостовой усилитель, управляемый устройством управления широтно-им- пульсным усилителем мощности, может быть выполнен, например, на четырех транзисторных ключах, включенных последовательно попарно между шинами источника питания, нагрузка включена между объединенными выводами пар

ключей, а управляющие входы ключей каждой пары соединены с входом и выходом выходных инверторов устройства.

На временной диаграмме (фиг. 3) приведены следующие сигналы: иу - выходное напряжение источника 1 управляющего напряжения, U0 - выходное напряжение релейного элемента 3, U- - выходное напряжение элемента с индексом 1. Для положительного управляющего напряжения сигналы с индексом более 8 меняют полярность или фазу на противоположную.

Устройство управления широтно-им- пульсным усилителем мощности работает следующим образом.

Генератор 2 тактовых импульсов формирует импульсы с периодом следования Т, которые поступают на вход триггера h. На прямом и инверсном выходах триггера k при этом формируются две противофазные последователь ности прямоугольных импульсов с периодом 2Т. Эти последовательности определяют состояние коммутаторов 5 и 6: при О, Ц, 1Ге , где 1ГЈ-напряжение, соответствующее уровню 1, коммутатор 5 находится в положении $, коммутатор 6 - в положении 5 . При U4 1Ге U 0, наоборот, коммутатор 5 находится в положении б , коммутатор 6 - в положении а . Кроме того, сигналы U 4. и О поступают на входы соответственно формирователей 7, 8 импульсов сброса, которые по отрицательным фронтам входных импульсных последовательностей формируют короткие импульсы U7 и Ug , устанавливающие интеграторы 9 и 10 в исходное состояние Ug Uro 0. Так как управляющие входы коммутаторов 5 и 6 подключены соответственно к прямому и инверсному выходам триггера Ь, то они всегда находятся в противоположных состояниях (соответственно « , 5 или а ) и подключают ко входам интеграторов 9 и 10 поочередно управляющее напряжение U и напряжение U0 с выхода релейного элемента 3. Выходное напряжение релейного элемента 3 определяется знаком управляющего напряжения Uy и равно

55

U5

-U0 при Uv -70; +U0 при Иу 0.

Таким образом, оба интегратора 9 и

10 работают аналогично, но в проти- вофазе. При этом работа каждого интегратора происходит в два такта одинаковой длительности Т.

В начальный момент t 0 интегратор 9 выходным импульсом Uj формирователя 7 импульсов сброса установлен в состояние U3(0) 0. На выходе интегратора 10 при t 0 имеется началь- нов напряжение Uf, (0). В первом такте при 0 t Т на прямом выходе триггера действует сигнал с уровнем О, а на инверсном - 1. Следовательно, коммутатор 5 находится в сое- тоянии d, а коммутатор 6 в состоянии 5 . Ко входу интегратора 9 приложено управляющее напряжение U , а ко входу интегратора 10 - напряжение с выхода релейного элемента U3.

При отрицательном входном управляющем напряжении U 0 выходной сигнал релейного элемента U3 + if0 . Выходные напряжения интеграторов 9 и 10 в этом случае в первом такте при допущении U у const определяются выражениями:

t

Ug - К, J Uy dt - KgUyt;

Ufo Цо - Kio 1 Vt U1 0)

ve t,

где Kg, К(0 - коэффициенты передачи

интеграторов 9 и 10. В первом такте выходное напряжение интеграторов 9 положительно и при t Т достигает значения Ug(T) - 0. Выходной сигнал компаратора 11 при этом U f1 ггв . Так как интеграторы работают в противо- фазе, то U3(T) U 1б (0) .Выходное напряжение интегратора 10 в первом

Таким образом, в течение цикла из двух тактов на выходах компараторов 11 и 12 формируются сигналы:

35

40

ир при 0 t Т + t

о

при Т + t0 t

при 0 4 t t.

21; и 2T

при

t0 t Т

Сигналы U1t и Un с выходов компараторов 11 и 12 инвертируются с по- такте уменьшается от значения Uie (0) . мощью инверторов 13 и 14, на выходах 0 и в момент времени t t0 дости- которых формируются сигналы: гает 0, что приводит к переключению компаратора 12 и установлению на егоfO

выходе сигнала 0. При t Ти

выходным импульсом U& формирователя JQ 8 импульсов сброса второй интегратор 10 устанавливается в исходное состояние и1в (т) о.

Во втором такте Т : t r 2T на прямом и инверсном выходах триггера

13

Ui1

при 0 t :te + T + Т i t 2Т

S. при t

О при 0 Ј t

t0 и Т t 2Т

k действуют сигналы U4 i/e , U4 0. Следовательно, коммутатор 5 находится в положении 5 , коммутатор 6 - в положении а . Ко входу интегратор Э

55

У. при t. t T

Управляющие импульсы U.,, .. ,подаются на входы ключей 15 . В результате в интервале 0 t Јt0

Гб.

приложено напряжение V, с выхода релейного элемента 3, а ко входу интегратора 6 - управляющее напряжение Uv. Выходные сигналы интеграторов 9 и 10 изменяются в соответствии с уравнениями

t

Ug - KgUyT +

кэ J

W,dt

- к,и,т +

+ К, 1Г0 (t-T);

10

t

- K10 J Uy Jt - KfoU,()

Выходное напряжение интегратора и на выходе компаратора

10 U10 О

12 действует сигнал 1 Uf. Ue

Выходное напряжение интегратора 9 уменьшается от значения U3(T)

- KgUyT и при достижении им нулевого значения, т.е. при t Т + t0, происходит переключение компараторэ 11 и установление на его выходе сигнала U1f 0. В конце второго такта

происходит установка интегратора 9 выходным импульсом формирователя 7 импульсов сброса в состояние Ue О, а выходное напряжение интегратора 10 достигает значения U10(2T)

- K10U3T. Далее процесс периодически повторяется.

Таким образом, в течение цикла из двух тактов на выходах компараторов 11 и 12 формируются сигналы:

35

ир при 0 t Т + t

о

при Т + t0 t

при 0 4 t t.

21; и 2T.

40

при

t0 t Т

Сигналы U1t и Un с выходов раторов 11 и 12 инвертируются щью инверторов 13 и 14, на в торых формируются сигналы: fO

13

при 0 t :te + T + Т i t 2Т

S. при t

Ui1

О при 0 Ј t

t0 и Т t 2Т

У. при t. t T

Управляющие импульсы U.,, .. ,подаются на входы ключей 15 . В результате в интервале 0 t Јt0

Гб.

ток протекает питания ключ

В интервале 16 и 18, ко,.

10

15

открыты ключи 15 и 18 и по цепи: плюс источника ключ 15 - нагрузка 19 - минус источника питания ср t Ј Т открыты ключи |горые закорачивают нагрузку. Аналогичным образом происходит коммутация ключей во втором такте (Т Ј 2Т). Таким образом, в течение периода Т нагрузка подключается к источнику питания.

При положительном управляющем напряжении процессы аналогичны указанным, отличие состоит в том, что подключение нагрузки к источнику питания осуществляется с помощью ключей 16 и 17, при этом ток протекает по цепи: плюс источника питания - ключ 17 - нагрузка 19 - ключ 1б - минус источника питания (фиг. А), т.е. изменяется полярность напряжения на нагрузке 19.

Достоинством поочередного способа управления мостовым транзисторным преобразователем является то, что при любом знаке входного сигнала в состоянии переключения находятся все k транзисторных ключа моста, однако частоты переключения каждого из них в 2 раза меньше частоты напряжения на выходе. Управляющие напряжения транзисторных ключей одной фазы моста постоянно находятся в противофа- зе, при этом ключи переключаются че- 35 рез период выходного напряжения Т. Этим достигаются одинаковые условия работы полупроводниковых приборов

в мостовой схеме, i

Относительная длительность импульсов при этом равна

1 Т

1557673, 8

усилителем мощности релейного элемента и двух инверторов позволило повысить точность работы при нестабильной частоте тактовых импульсов и расширить функциональные возможности устройства путем управления не только одноканальными усилителями мощности, но и мостовыми усилителями.

20

25

30

40

ч. Uj

tV

Формула изобретения Устройство управления широтно-импульсным усилителем мощности, содержащее источник управляющего напряжения , соединенные последовательно генератор тактовых импульсов и- триггер, прямой выход которого соединен с управляющим входом первого коммутатора и через первый формирователь импульсов сброса - с установочным входом первого интегратора, вход которого соединен с выходом первого коммутатора, а выход - с первым входом первого компаратора, и второй коммутатор, выход которого соединен с входом второго интегратора, а управляющий вход - с инверсным выходом триггера и через второй формирователь импульсов сброса - с установочным входом второго интегратора, выход которого соединен с первым входом второго компаратора, отли чающееся тем, что, с целью расширения области применения за счет управления мостовым усилителем и повышения точности при изменениях частоты тактовых импульсов, в него дополнительно введены два инвертора и релейный элемент, вход которого соединен с выходом источника управляющего напряжения и первыми входами обоих коммутаторов, а выход - с вторыми входами обоих коммутаторов, при этом выходы первого и второго компараторов соединены с первой и второй выходными шинами, а через первый и второй инверторы - с третьей и четвертой выходными шинами устройства соответственно, а их вторые входы - с общей шиной.

т.е. прямо пропорционально входному управляющему напряжению и не зависит от изменений периода следования им- пульсов.

Таким образом, введение в устройство управления широтно-импульсным

5

35

0

5

0

40

45

50

Формула изобретения Устройство управления широтно-импульсным усилителем мощности, содержащее источник управляющего напряжения , соединенные последовательно генератор тактовых импульсов и- триггер, прямой выход которого соединен с управляющим входом первого коммутатора и через первый формирователь импульсов сброса - с установочным входом первого интегратора, вход которого соединен с выходом первого коммутатора, а выход - с первым входом первого компаратора, и второй коммутатор, выход которого соединен с входом второго интегратора, а управляющий вход - с инверсным выходом триггера и через второй формирователь импульсов сброса - с установочным входом второго интегратора, выход которого соединен с первым входом второго компаратора, отличающееся тем, что, с целью расширения области применения за счет управления мостовым усилителем и повышения точности при изменениях частоты тактовых импульсов, в него дополнительно введены два инвертора и релейный элемент, вход которого соединен с выходом источника управляющего напряжения и первыми входами обоих коммутаторов, а выход - с вторыми входами обоих коммутаторов, при этом выходы первого и второго компараторов соединены с первой и второй выходными шинами, а через первый и второй инверторы - с третьей и четвертой выходными шинами устройства соответственно, а их вторые входы - с общей шиной.

Заказ 723

Тираж 659

Подписное

Изобретение может быть использовано в системах управления электроприводами постоянного тока. Цель - расширение функциональных возможностей за счет управления мостовыми усилителями и повышение точности при изменениях частоты тактовых импульсов. Для ее достижения в устройство введены инверторы 13, 14 и релейный элемент 3. Устройство содержит также источник 1 управляющего напряжения, генератор 2 тактовых импульсов, триггер 4, коммутаторы 5, 6, формирователи 7, 8 импульсов сброса, интеграторы 9, 10, компараторы 11, 12. 3 ил.

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5