Устройство для управления и защиты преобразователя Советский патент 1990 года по МПК H02M5/04 H02H7/12 

Фиг.1

преобразователя 21, с суммой пилообразного сигнала и сигнала рассогласования или сигнала, пропорционального выходному напряжению преобразователя, который вырабатывается усилителем 5 сигнала защиты. При допустимом токе нагрузки преобразователя устройство обеспечивает стабилизацию его выходного напряжения. При перегрузке по току нагрузки или при пуске преобразователя устройство обеспечивает ограничение длительности открытого состоя0184

ния силовых транзисторов преобразова-, теля в зависимости от величины тока в первичной обмотке выходного трансформатора 23 преобразователя 21. .При несимметричной работе выходного трансформатора 23 преобразователя устройство обеспечивает изменение длительности открытого состояния силовых тран- зисторов преобразователя таким образом, чтобы исключить возможность одностороннего подмагничивания выходного трансформатора 23 преобразователя.5 ил.

Изобретение относится к электротехнике. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей путем обеспечения защиты силовых транзисторов преобразователя от перегрузок по току в динамических режимах, а именно при пуске, скачкообразном изменении тока нагрузки или питающего напряжения и одностороннем подмагничивании трансформатора преобразователя. Устройство 1 для управления и защиты содержит широтно-импульсный модулятор 13, осуществляющий сравнение сигнала, пропорционального мгновенному значению тока в первичной обмотке выходного трансформатора 23 преобразователя 21, с суммой пилообразного сигнала и сигнала рассогласования или сигнала, пропорционального выходному напряжению преобразователя, который вырабатывается усилителем 5 сигнала защиты. При допустимом токе нагрузки преобразователя устройство обеспечивает стабилизацию его выходного напряжения. При перегрузке по току нагрузки или при пуске преобразователя устройство обеспечивает ограничение длительности открытого состояния силовых транзисторов преобразователя в зависимости от величины тока в первичной обмотке выходного трансформатора 23 преобразователя 21. При несимметричной работе выходного трансформатора 23 преобразователя устройство обеспечивает изменение длительности открытого состояния силовых транзисторов преобразователя таким образом, чтобы исключить возможность одностороннего подмагничивания выходного трансформатора 23 преобразователя. 5 ил.

Изобретение относится к устройствам управления стабилизирующими преобразователями и может быть использова- но при разработке стабилизирующих источников вторичного электропитания (ИВЭП), в том числе с бестрансформаторным подключением к питающей сети.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей путем обеспечения защиты силовых транзисторов преобразователя от перегрузок по току в динамических режимах, а именно при пуске, скачкробразном

изменении тока нагрузки или питающего напряжения и одностороннем подмагни- чивании трансформатора преобразователя.

На фиг. 1 представлена функциональ ная схема устройства для управления и защиты; на биг. 2 - диаграммы его работы в статическом режиме и при одностороннем подмагничивании выходного трансформатора; на фиг. 3 - диаграммы его1 работы в режиме перегрузки по току нагрузки; на фиг. 4 - диаграммы его работы в режиме пуска; на сЬиг.5 - регулировочные характеристики усилителей рассогласования и защиты.

Устройство 1 для управления и защиты содержит усилитель 2 сигнала рассогласования, первый вход которого подключен к источнику 3 опорного напряжения, второй вход - к выходу 4 для подключения выхода цепи обратной связи преобразователя и входу усилителя 5 сигнала защиты, а выход через резисторы 6 и 7 и диод 8 - к выходу усилителя сигнала защиты, точка соединения резистора 6 и диода 8 через резистор 9 связана с резистором 10, другим выводом подключенным к общей шине Т 1, выходом генератора 12 пило

Q

5

0

0

5

5

0

5

образного сигнала и первым входом ши- ротно-импульсного модулятора 13, в качестве которого может быть использован компаратор с выходным RS-тригге- ром, второй вход широтно-импульсного модулятора 13 подключен к выходу 14 для подключения к выходу узла защиты преобразователя по току, а выход к сигнальному входу узла 15 формирования выходных импульсов, синхронизирующий вход которого через задающий генератор 16 связан с генератором 15 пилообразного сигнала и синхронизирующим входом широтио-импульсного модулятора 13, а выходы подключены к выводам 17 и 18 для подключения к управляющим входам преобразователя и узел защиты преобразователя 19 по току, подключенный первым выводом к выводу 14, а вторым к общей шине 11. Кроме того, на фиг. 1 изображены основные силовые узлы ИВЭП с бестрансформаторным подключением к питающей сети; сетевой выпрямитель 20, вход которого подключен к первичной сети электропитания с напряжением U0, a выход - к силовому входу преобразователя 21, содержащего транзисторный высоковольтный инвертор 22, выход которого через узел защиты преобразователя 19 по току и выходной трансформатор 23 связан с выходным выпрямителем 24.

На фиг. 2-5 имеются следующие обозначения: 25 - выходной сигнал задающего генератора; 26 - выходной сигнал генератора пилообразного сигнала; 27 - сигнал в точке соединения резисторов 6 и 9; 28 - сигнал узла защиты преобразователя по току; 29 - сигнал на первом входе широтно-импульсного модулятора; 30 - выходной сигнал широтно-импульсного модулятора; 31,32 - выходные импульсы устройства для управления; 33 - выходное напряжение выходного трансформатора преобра,зовате- ля; 34 - время; 35 - регулировочная характеристика усилителя сигнала защиJ5

ты; 36 - регулировочная характеристика усилителя сигнала рассогласования.

Устройство работает следующий образом.

В режиме стабилизации выходного напряжения преобразователя рабочая точка усилителя 2 сигнала рассогласования находится на участке ВГ его регулировочной характеристики 36 (фиг.4) Поскольку выходной сигнал усилителя 2 сигнала рассогласования в этом режиме меньше, чем выходной сигнал усилителя 5 сигнала защиты (прямая 35 на фиг. 4), то диод 8 заперт, и усилитель 5 сигнала защиты не оказывает влияния на работу устройства. На первый вход широтно-импульсного модулятора 13 поступает сигнал, равный

.s Sr1 - - (t)

где Up - выходное напряжение усилителя 2 сигнала рассогласования;

I - выходной ток генератора пило- 30 Форматора 23 преобразователя (наприобразного сигнала 5;

R,

R.,R - сопротивления резисторов 6,9

и Ю, соответственно. На второй вход широтно-импульсного модулятора 13 поступает выходной сигнал 28 узла защиты преобразователя 19 по току, пропорциональный току первичной обмотки выходного трансформатора 23 преобразователя 21 и коллекторному току силовых транзисторов. Широтно-им пульсный модулятор 13 изменяет уровень своего выходного сигнала в тот момент, когда напряжения на его первом и втором входах становятся одина- ковыми, и восстанавливается в исходное состояние при появлении сигнала 25.

На фиг. 2а показано состояние устройства при нахождении рабочей точки

усилителя 2 рассогласования в точке В (фиг. 5). В этом случае выходной сигнал усилителя рассогласования имеет максимальную величину и длительность

На фиг. 3 показана работа устрой ва при перегрузке преобразователя п току нагрузки, возникающей в момент причем в момент времени, предшеству щий t,, рабочая точка усилителя сиг нала рассогласования находилась в т

выходных импульсов 30 широтно-импульс-eg ке В (фиг. 5). Выходное напряжение

ного модулятора 13 (а, следовательно; длительность открытого состояния силовых транзисторов) максимальна. Б узле формирования выходных импульсов

преобразователя уменьшается, и в те ние интервала времени . рабоча точка усилителя сигнала рассогласов ния перемещается по участку ВБ. В м

0

производится деление частоты следования импульсов 30 на два, разделение их по двум каналам управления преобразователем и формирование фиксированной паузы.

Если выходное напряжение преобразователя по какой-либо причине стремится увеличиться сверх номинального, то увеличивается величина сигнала обратной связи, поступающего на вывод 4, и выходное напряжение усилителя 2 сигнала рассогласования уменьшается в соответствии с характеристикой 36. Как 5 видно из фиг. 26, длительность открытого состояния силовых транзисторов инвертора при этом уменьшается, и выходное напряжение преобразователя возвращается к номинальному значению.

При номинальном токе нагрузки преобразователя и максимальном напряжении питающей сети рабочая точ ка усилителя сигнала рассогласования перемещается в точку Г (фиг. 5). Длительность открытого состояния силовых транзисторов преобразователя при этом близка к нулю (фиг. 2в).

В случае возникновения одностороннего подмагничивания выходного транс

5

5

Q

0

мер, за счет уменьшения падения напряжения на силовых транзисторах одного плеча инвертора 22 в связи с их разогревом, см. пунктир на фиг. 2а) скорость нарастания сигнала 28 увеличивается и длительность открытого состояния силовых транзисторов данного плеча уменьшается таким образом, чтобы вольт-секундные площади положительных и отрицательных импульсов 33 были одинаковыми. Это препятствует развитию подмагничивания и обеспечивает защиту транзисторов от перегрузок, причем максимальное амплитудное значение их коллекторного тока в режиме исключения подмагничивания практически не превышает максимальной амплитуды рабочего тока.

На фиг. 3 показана работа устройства при перегрузке преобразователя по току нагрузки, возникающей в момент tf, причем в момент времени, предшествующий t,, рабочая точка усилителя сигнала рассогласования находилась в точ-1

ке В (фиг. 5). Выходное напряжение

преобразователя уменьшается, и в течение интервала времени . рабочая точка усилителя сигнала рассогласования перемещается по участку ВБ. В мо-

кент времени t выходной сигнал ycmti теля 2 сигнала рассогласования становится равным выходному сигналу усилителя 5 сигнала защиты, и при дальнейшем уменьшении выходного напряжения преобразователя диод 8 открывается. При этом выход усилителя 2 сигнала рассогласования оказывается зашунти- рованным цепочкой, состоящей из peзисторов 6 и 7, диода 8 и выходного сопротивления усилителя 5 сигнала за- щиты, и сигнал 27 начинает определяться регулировочной характеристикой 35 усилителя сигнала защиты. Уменьшение выходного напряжения преобразователя приводит теперь к резкому уменьшению сигнала 27 и резкому уменьшению длительности открытого состояния силовых транзисторов при перегрузке по току нагрузки преобразователя, в первый

г мант ограничивав ся а уровне, незначительно превышающем максимальную шшитуду рабочего тока, а в дальне- .- or. :ревень огрьл.юЧг .и .. л-1игельно снижается, что повышает надежность рг богы преобразователя в данном режиме. На фиг, 4 показаны диаграммы раба - ты устройства в режиме пуска. Как следует из фиг.5, на начальном этапе пус- ка выходной сигнал усилителя 2 сигнала рассогласования превышает выходной сигнал усилителя сигнала защиты. В этом случае диод 8 открыт, и к первому входу широтно-импульсного моду- лятора 13 прикладывается напряжение

(2)

ТТ - -R

ui г

10

где U, выходное напряжение усилителя 5 сигнала защиты; I - выходной ток генератора 12

пилообразного сигнала;

R

7

R0,R - сопротивления резисторов 7,9

и 10.4

Как следует из выражения (2), порог срабатывания токовой защиты при малой величине U- является небольшим. Длительность выходных сигналов 31 И 32 и, следовательно, длительность открытого состояния силовых транзисторов преобразователя при этом мала, а их коллекторный ток несмотря на высокую скорость его нарастания ограничивается на уровне, который значительно меньше допустимого рабочего тока. По мере роста выходного напряжения преобразователя рабочая точка усилителя сигнала защиты перемещается по

5

- jn. ; Чд

2 - зодд

45

участку ОБ в сторону точки Б (фиг.5), что приводит к постепенному увеличению порога брабатывания защиты и длительности открытого состояния силовых транзисторов в зависимости от тока нагрузки преобразователя, причем чем больше ток нагрузки, тем больше скорость нарастания коллекторного тока.и сигнала 28, и тем меньше длительность открытого состояния силовых транзисторов. Это обеспечивает эффективную защиту силовых транзисторов, а также способствует изменению времени выход на режим в зависимости от тока нагрузки, причем чем меньше ток нагрузки, тем меньше время выхода на режим.

По мере дальнейшего роста выходного напряжения преобразователя рабочая точка усилителя 5 сигнала защиты .ер 1 ходит в точку Б и при дальнейшем госте выходного напряжения диод 8 закры вается, после чего сигнал 29 определятся выражением О4. Наличие у-- т ка 8В (фиг. 5) способствует мально возможной скорости нарастания выходного напряжения, так как при нахождении рабочей точки усилителя сь. нала рассогласования на данном участке длительность открытого состояния силовых транзисторов преобразователя максимальна. Когда выходное напряжение преобразователя достигает номинального значения, рабочая точка усилителя сигнала рассогласования перемещается на участок ВГ и процесс пуска заканчивается.

Как следует из фиг. 4, коллекторный ток силовых транзисторов при пус ке ограничивается на уровне, который гарантированно меньше максимального рабочего тока.

Следует отметить, что если в процессе работы устройства произойдет резкое увеличение тока нагрузки или питающего напряжения (в допустимых пределах), приводящее в первый момент к резкому увеличению скорости нарастания тока первичной обмотки выходного трансформатора преобразователя, то устройство обеспечит его Ограничение и плавный переход преобразователя в новый режим, что исключает возможность одностороннего подмагничивания трансформатора и перегрузки силовых транзисторов. Формула изобретен -

Устройство для управления и защиты преобразователя, содержащее усилитель

сигнала рассогласования, первый вход которого подключен к источнику опорного напряжения, а второй вход соединен с выводом для подключения к выходу цепи обратной связи преобразователя, усилитель сигнала защиты, широтно-им- пульсный модулятор, вход которого через генератор пилообразного сигнала соединен с выходом задающего генерато-ю ра, подключенного также к синхронизирующему входу узла формирования выходных импульсов, сигнальный вход которого подключен к выходу широтно-импульс- tforo модулятора, а выходы - к выводам 1 для подключения управляющих входов преобразователя, а вывод для подключения к выходу узла защиты преобразователя по току, отличающее- с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения защиты силовых транзисторов преобразователя от перегрузок по току в динамических режимах, а именно при пуске, скачкообразном изменении тока нагрузки или.питающего напряже2

2

ния и одностороннем подмагничивании выходного трансформатора пенообразователя, введены четыре резистора, ши- ротно-импульсный модулятор выполнен с синхронизирующим входом, а генератор пилообразного сигнала выполнен в виде генератора пилообразного тока, причем выход усилителя сигнала рассогласования через первый резистор, диод в проводящем направлении и второй резистор связан с выходом усилителя сигнала защиты, вход которого подключен к второму входу усилителя сигнала рассогласования, точка соединения первого резистора и диода через третий резистор соединена с первым входом ши- ротно-импульсного модулятора, через четвертый резистор соединенным с общей шиной, второй вход широтно-им-/ : пульсного модулятора соединен с выводом для подключения к выходу узла защиты преобразователя по току, а третий вход - с входом генератора пилообразного сигнала.

36