Устройство для синхронизации системы управления преобразователем Советский патент 1991 года по МПК H02M1/08 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в регулируемых импульсных источниках питания с использованием емкостных накопителей энергии.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей путем введения синхронизации включения ключевых элементов по уровню произвольного для каждого импульса заряда.

На фиг.1 приведена схема устройства; на фиг.2 - формирователь сигнала управления; на фиг.З - диаграммы, поясняющие работу устройства.

Устройство содержит последовательно соединенный регулятор 1 амплитуды сетевого напряжения, дифференцирующий элемент 2, компаратор 3 выброса, второй вход которого соединен с задатчиком 4 допустимого значения du/dt, задатчик 5 уставки, компаратор 6 уставки, выход регулятора 7 амплитуды напряжения обратной связи подключен к первому входу компаратора 8 нижнего уровня, к второму входу которого подключены последовательно соединенные нуль-орган 9 и формирователь 10 зон, первый выход которого соединен с третьим входом формирователя 11 выходных импульсов, а второй выход подключен к четвертому входу формирователя 11 и входу генератора 12 импульсов разряда, выход которого соединен с пятым входом формирователя 11, второй вход компаратора 6 уставки подключен к выходу регулятора 7 и входу компаратора 8 нижнего уровня, выход которого подключен к второму входу формирователя 11, а к его первому входу подключен выход компаратора 6 уставки, второй вход компаратора 8 нижнего уровня вместе с входом нуль-органа 9 соединен с выходом регулятора амплитуды сетевого напряжения.

Формирователь 11 (фиг,2) содержит элемент U 13, выход которого подключен к соединенным информационным D и установочным R входам D-триггеров 14 и 15, инверсный выход D-триггера 14 и прямой D-триггеры 15 подключены к входам элемента И 16, выход которого подключен к второму входу элемента U 17, выход инвертора 18 подключен к информационному D- входу D-триггера 19, выход которого соединен с четвертым входом элемента Ui7. синхронизирующий С-вход триггера 14 подключен к первому входу формирователя 11, к второму входу подключен синхронизирующий С-вход триггера 15 и первый вход элемента U 17. первый вход элемента U 13 и синхронизирующий С-вход триггера 19 подключены к третьему входу формирователя

11, к четвертому входу подключен второй вход элемента U 13 и третий вход элемента U 17, к пятому входу подключен вход инвертора 18 и установочный S-вход триггера 19.

Устройство работает следующим образом.

Напряжение сети переменного тока поступает на вход регулятора 1 амплитуды сетевого напряжения, изменяющего масштаб

0 сигнала, поступающего на его вход без изменения формы. Это позволяет получить на его выходе сигнал с заданной скоростью du/dt перехода синусоиды через нулевой уровень Ui. Этот сигнал поступает на вход

5 дифференцирующего элемента 2, амплитуда сигнала на выходе которого зависит от скорости изменения сигнала на его входе.

Сравнивая с помощью компаратора 3 выброса амплитуду сигнала с выхода диф0 ференцирующего элемента 2 с сигналом сравнения от задатчика 4, получают реагирование компаратора на сигналы выброса (с задатчика сигнала сравнения поступает од- нополярный сигнал), существующие в сети

5 и имеющие скорость изменения du/dt больше скорости изменения du/dt синусоиды напряжения сети. Поскольку скорость изменения фронтов коммутационных выбросов имеет значительно большую величину, то

0 переключение компаратора 3 выброса происходит только при их возникновении. Задний фронт провала воспринимается компаратором 3 выброса, как передний фронт выброса.

5 Сигнал обратной связи с конденсаторов емкостного накопителя поступает на регулятор 7 амплитуды напряжения обратной связи, изменяющего масштаб сигнала, поступающего на его вход без изменения фор0 мы. Этот сигнал поступает на опорный вход компаратора 8 нижнего уровня (имеет место плавающая опора, отстающая по фазе от напряжения сети переменного тока за счет постоянной времени заряда цепи конденса5 торов емкостных накопителей энергии). Сравнивая с помощью компаратора 8 нижнего уровня амплитуду сигнала с выхода регулятора 7 с сигналом напряжения сети переменного тока с выхода регулятора 1 ам0 плитуды сетевого напряжения, получают реагирование компаратора нижнего уровня на момент превышения синусоидального напряжения над остаточным напряжением на конденсаторах емкостного накопителя, что

5 соответствует моменту времени в диапазоне tcrti (фиг.З).

За счет введенного конкретно для данного устройства гистерезиса компаратора 8 нижнего уровня (с учетом мощности импульсного ионно-дугового источника и сети питания) исключается дребезг при естественных просадках сети при приеме нагрузки.

Величина гистерезиса выбирается таким образом, что несрабатывание компаратора 8 нижнего уровня при приеме нагрузки сетью и отставания опоры по фазе от напряжения сети переменного тока за счет постоянной времени заряда цепи конденсаторов емкостного накопителя энергии не оказывает влияния на реагирование на коммутаци- онные провалы в сети питания, чтобы обеспечить при необходимости повторный импульс запуска силовых ключей источника питания, если длительность провала больше, чем время закрывания ключевого эле- мента.

Сигнал с выхода компаратора 8 нижнего уровня поступает на второй вход формирователя 11. Сигнал с выхода регулятора 1 амплитуды сетевого напряжения поступает на нуль-орган 9, который формирует импульс в момент перехода синусоиды через нулевой уровень. Импульс, синхронизированный сетевым напряжением, поступает на формирователь 10 зон, который форми- рует рабочую зону U 10.1 (фиг.З) и выдает ее на третий вход формирователя 11 и зону запрета U 10.2 (фиг.З). которая поступает на четвертый вход формирователя 11.

Синхронизация зоны запрета и рабочей зоны относительно сетевого напряжения выбрана с учетом возможности заряда конденсаторов емкостного накопителя до максимальной уставки (учтена постоянная времени заряда цепи заряда конденсаторов емкостных накопителей) и возможности возникновения коммутационных выбросов (провалов) при переходе синусоиды через нулевой уровень, которые не могут превышать определенной величины а эл.град для каждого конкретного случая соотношения мощностей преобразователя и сети. Такая синхронизация повышает надежность схемы и исключает сбои в работе источника.

Сигнал с выхода регулятора 7 поступает на вход компаратора 6 уставки. Сравнивания амплитуду сигнала обратной связи с помощью компаратора 6 уставки с сигналом сравнения от задатчика 5 уставки, который может изменяться как в ручном режиме, так и в автоматическом, получают реагированием компаратора 6 уставки момент превыше- ния сигнала обратной связи над напряжением от задатчика 5 установки, что соответствует моменту времени в диапазо- не (фиг.З).

За счет введенного, конкретного для данного устройства гистерезиса компаратора 6 установки, с учетом мощности ионно- дугового источника и сети питания,

исключается дребезг при естественных выбросах в сети при снятии нагрузки. Сигнал с выхода компаратора 6 уставки поступает на первый вход формирователя 11.

С второго выхода формирователя 10 зон сигнал зоны запрета (фиг.З) поступает на вход генератора 12 импульсов разряда, который формирует импульс запуска ключевого элемента разряда Ui2 (фиг.З), микросекундной длительности и выдает его на пятый вход формирователя 11.

Импульс запуска ключевого элемента разряда сдвигается генератором 12 импульсов разряда от фронта импульса зоны запрета на время, требуемое для выключения применяемых ключевых элементов заряда в импульсном ионно-дуговом источнике питания. Генератор 12 импульсов разряда позволяет изменять частоту следования импульсов разряда.

Сигнал с компаратора 3 выброса поступает на вход задатчика 5 уставки и блокирует срабатывание компаратора 6 уставки, повышая уставку на его опорном входе с учетом гарантированного несрабатывания от выброса в сети питания.

Формирователь 11 (фиг.2) работает следующим образом.

На элемент И 13 поступают импульсы зоны запрета и рабочей зоны (фиг.З). На выходе элемента И 13 формируется импульс U13 (фиг.З), который подается на информационные D и установочные R входы триггеров 14 и 15 и снимает состояние установки логического О с Uu, Uis. Импульс рабочей зоны (фиг.З), поступающий на вход синхронизации триггера 19. устанавливает его в состояние логического О Dig, который подается на четвертый вход элемента И 17 и блокирует его. Так как установка триггера 19 в состояние логической 1 происходит импульсом запуска ключевого элемента разряда (фиг.З), поступающего на установочный S-вход и через инвертор И 18 на информационный D-вход триггера 19, то при изменении частоты следования импульсов разряда четвертый вход элемента U 17 будет разблокирован только первый период после прохождения импульса разряда.

Импульс срабатывания компаратора 8 нижнего уровня (фиг. 1) поступает на первый вход элемента И 17 и синхронизирующий С-вхоД триггера 15, переключая его в состояние логической 1, которая подается на вход элемента И 16. На второй вход элемента И 16 поступает импульс логической 1 с инверсного выхода триггера 14. Элемент И 16 формирует импульс логической 1 U 16 и подает его на второй вход элемента И 17. Так как третий вход элемента И 17 подается импульс зоны запрета (фиг.З), то после срабатывания компаратора 8 нижнего уровня 8 (фиг.1) и прохождения импульса запуска ключевого элемента разряда, на выходе элемента U 1 появляется импульс открывания силовых ключей зарядной цепи (U 1).

При срабатывании компаратора 6 уставки (фиг.1) импульс логической 1 подается на вход синхронизации С-триггера 14, переключая его в состояние логической 1 (U 14)

С инверсного выхода триггера 14 импульс логического О через элемент И 16 поступает на второй вход элемента И 17 и с выхода элемента И 17 снимается импульс управления силовых ключей зарядной цепи

(U17).

Длительность зоны запрета (фиг.З) определяется суммарным временем выключения силовых ключей цепи заряда, длительностью процесса разряда, а также длительностью переходного процесса после окончания разряда, происходящего при рекуперации энергии в конденсаторы емкостного накопителя.

Для обеспечения повторного запуска силовых ключей цепи заряда конденсаторов емкостного накопителя после прохождения коммутационных искажений в сети питания импульс срабатывания компаратора 8 нижнего уровня (фиг.1) подается на первый вход элемента И 17.

Таким образом, наличие обратной связи и текущего контроля заряда конденсаторов емкостного накопителя позволяет осуществлять синхронизацию оптимального включения и выключения силовых ключей цепи заряда конденсаторов емкостного накопителя энергии регулируемого импульсного ионно-дугового источника питания и расширяет функциональные возможности предлагаемого устройства.

Формула изобретения Устройство для синхронизации системы управления преобразователем, содержащее последовательно соединенные регулятор амплитуды сетевого напряжения, дифференцирующий элемент и первый вход компаратора выброса, второй вход которого соединен с выходом задатчика допустимого значения du/dt, нуль-орган и формирователь выходных импульсов, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, введены задатчик уставки, компаратор уставки, регулятор амплитуды напряжения обратной связи, компаратор нижнего уровня, формирователь зон и генератор импульсов разряда, а формирователь выходных импульсов выполнен в виде первого D-триггера, С-вход которого использован как первый вход формирователя выходных импульсов. Dвход и R-вход соединены и подключены к объединенным D- и R-входам второго D- триггера, С-вход которого использован как второй вход формирователя выходных импульсов, и выходу первого двухвходового

элемента И, первый и второй входы которого использованы как третий и четвертый входы формирователя соответственно инвертора, вход которого использован как пятый вход формирователя, а выход соединен

с D-входом третьего D-триггера, С-вход которого соединен с первым входом первого двухвходового элемента И, а S-вход - с входом инвертора, инверсный выход первого и прямой выход второго D-триггеров подключены к первому и второму соответственно входам второго двухвходового элемента И, четырехвходового элемента И, первый вход которого соединен с С-входом второго D- триггера, второй вход - с выходом второго

двухвходового элемента И, третий вход - с вторым входом первого двухвходового элемента И, а четвертый - с выходом третьего D-триггера, причем выход компаратора выброса соединен с входом задатчика уставки,

выход которого соединен с первым входом компаратора уставки, второй вход которого соединен с выходом регулятора амплитуды напря ения обратной связи и первым входом компаратора нижнего уровня, второй

вход которого соединен с выходом регулятора амплитуды сетевого напряжения и входом нуль-органа, выход которого соединен с входом формирователя зон, выход компаратора уставки соединен с первым входом

формирователя выходных импульсов, второй вход которого соединен с выходом компаратора нижнего уровня, третий - с выходом рабочей зоны формирователя зон, выход зоны запрета которого соединен с

четвертым входом формирователя выходных импульсов и входом генератора импульса разряда, выход которого соединен с пятым входом указанного формирователя

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в регулируемых импульсных источниках питания с использованием емкостных накопителей энергии Цель изобретения состоит в расширении функциональных возможностей. С этой целью с помощью регулятора 1 амплитуды сетевого напряжения и нуль-органа 9 формируют синхроимпульсы рабочей зоны и зоны запрета используя формирователь 10 зон. Сравнивая с помощью компаратора 8 нижнего уровня сигнал с выхода регулятора 1 и с выхода регулятора 7 амплитуды напряжений обратной связи, получают реагирование компаратора 8 на момент превышения амплитуды сетевого напряжения над амплитудой сигнала обратной связи. Сигнал, поданный на формирователь 11 выходных импульсов с компаратора 8, обеспечивает оптимальное включение силовых ключей цепи заряда конденсаторов емкостного накопителя энергии. Для регулирования введены последовательно соединенные задатчик 5 установки и компаратор 6 уставки который вырабатывает сигнал при достижении сетевым напряжением напряжения уставки и выдает его на формирователь 11 для закрывания силовых ключей цепи заряда. Дифференцирующим элементом 2, компаратором 3 выброса и эадатчиком 4 сигнала сравнения формируется импульс на коммутационные выбросы в сети и подается на задатчик 5. Генератором 12 импульсов разряда изменяется частота следования импульсов разряда и обеспечивается заряд только в первый период следования сетево го напряжения. 3 ил. № с о ел с СА) О