Формирователь пачки импульсов для управления тиристорами Советский патент 1991 года по МПК H02M1/08 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в системах управления тиристорами статических преобразователей, например для асинхронного тягового двигателя магистрального грузового электровоза и других устройств.

Целью изобретения является повышение надежности и расширение функциональных возможностей за счет стабилизации амплитуды импульсов управления тиристорами.

На фиг. 1 приведена структурная схема предлагаемого формирователя; на фиг. 2 - варианты формируемых пачек импульсов; на фиг. 3 - эпюры, поясняющие работу формирователя пачки импульсов для управления тиристорами.

Формирователь содержит управляемый генератор 1 и источник питания 2, подсоединенный выходом к входу ключа 3 Один из выходов управляемого генератора 1 соединен с входом ключа 4. Выходы обоих ключей 3 и 4 соединены с двумя соответствующими входами элемента 5 суммирования и ограничения тока управления. Второй выход управляемого генератора 1 через элемент задержки 6 соединен с входом блока 7 включения на время формирования амплитуды поддерживающей части пачки импульсов, подсоединенного выходом к управляющему входу ключа 4. Вход элемента задержки 6 соединен с входом блока 8 включения на время формирования амплитуды форсирующей части пачки импульсов. Выход блока 7 соединен с управляющим входом ключа 9, подключенного своим выходом параллельно выходу блока 8. Входы элемента 5 суммирования и ограничения тока управления соответственно через сопротивление 10 и сопротивление 11, параллельно которому подключен конденсатор 12, соединены с управляющим электродом тиристора 13. Управляемый генератор 1 предназначен для формирования пачки импульсов, длиOi Oi

00 GO

оо

тельность которой равна длительности сигнала на управляющем входе генератора. Источник питания 2 предназначен для формирования постоянного напряжения питания ключа 3. Ключи 3 и 4 предназначены для подсоединения выхода источника 2 и первого выхода генератора 1 к соответствующим входам элемента 5.

Двухвходовый элемент 5 предназначен дли объединения выходов ключей 3 и 4, и

Элемент задержки 6 предназначен для формирования длительности первого импуль са пачки (форсирующей части) и реализован

формирования на управляющем электродети- 10 в виде интегрирующей / С-цепи с постоянной

ристора 13 импульсов оптимальной формы, амплитуда которых, согласно диаграмме управления тиристорами, не вызывает превышения допустимой пиковой мощности. Элемент 5 может быть реализован в нескольких вариантах, позволяющих формировать импульсы управления различной формы, показанные на фиг. 2. Здесь а - формируемая пачка с форсирующими выбросами импульсов поддерживающей части; б - формируемая пачка с форсирующими выбросами всех импульсов; в - формируемая пачка без форсирующих выбросов. Первый вариант позволяет формировать первый импульс пачки увеличенной амплитуды длительностью / без дополнительного форсирующего выброса. Остальные импульсы с амплитудой пачки длительностью Т (поддерживающая часть) имеют форсирующий выброс (см. ф иг. 2а). Для этого элемент 5 реализуют в виде последовательного соединения сопротивлений 10 и 11 (см. фиг. 1). Причем сопротивление 11 шунтируется форсирующей емкостью 12. Общая точка соединения сопротивлений 10 и 11 является выходом элемента 5.

Второй вариант реализации элемента 5 позволяет формировать форсирующую часть всех импульсов пачки (см. фиг. 26). Для этого форсирующая емкость, аналогичная емкости 12 (на фиг. 1 не показана), устанавливается параллельно каждому сопротивлению 10 и 11. Меняя параметры форсирующих емкостей, можно регулировать амплитуду форсирующего выброса (пика)

Третий вариант реализации элемента 5 возможен в том случае, если форсирующие выбросы в первом и последующих импульсах пачки не нужны (см. фиг. 2в). При этом элемент 5 реализуется в виде одного сопротивления, например, сопротивление 10, один конец которого подсоединен к входам элемента 5 (сопротивление 11 закорачивается), а другой конец (выход элемента 5) соединен с управляющим электродом тиристора 13. В этом варианте также, при необходимости, можно получить форсирующий выброс в каждом импульсе пачки, если установить форсирующую емкость 12 параллельно сопротивлению 10. Выбор необходимого варианта реализации элемента 15 определяется в зависимости от конкретной схемы, в которой используется силовой тиристор 13, и его типа. Величина устанавливаемых в элементе 5 токоограничительных сопротивлений 10 и И

15

20

25

30

35

40

45

50

55

времени т.

Блок включения 7 предназначен для открывания ключей 4 и 9 (введение их в режим насыщения) на время формирования амплитуды поддерживающей части пачки импульсов. Блок 7 может быть реализован в виде последовательного соединения стабилитрона с сопротивлением, подключенным вторым концом к общей точке схемы. Точка соединения стабилитрона и сопротивления через дополнительное токоограничивающее сопротивление подсоединена к базе ключа с общим эмиттером. Второй конец стабилитрона является входом блока 7. Для согласования полярности выходного сигнала блока 7 со схемой ключа 4 транзисторный ключ, установленный на выходе стабилитрона, соединяется с выходом блока 7 через аналогичный дополнительный ключ с непосредственной связью между транзисторами. Последовательное соединение стабилитрона и сопротивления представляет собой селектор импульсов, амплитуда которых превышает заданный уровень напряжения стабилизации. Тем самым повышается помехозаи.нзен- ность блока 7.

Блок включения 8 предназначен для от крывания ключа 3 (введение его в режим насыщения) на время формирования амплитуды форсирующей части пачки (первого им пульса). Блок 8 выполнен аналогично блоку 7, в виде селектора импульсов на стабилитроне, выход которого через два последовательно соединенных транзисторных ключа с непосредственной связью подключен к выходу блока 8.

Ключ 9 предназначен для блокирования ключа 3 по его цепи управления при поступлении на управляющий вход ключа 9 сигнала с выхода блока 7. Ключ 9 выполнен по схеме с общим эмиттером на транзисторе.

На фиг. 3 приведены эпюры, поясняющие формирование пачки с увеличенной амплитудой первого импульса.

Формирователь работает следующим образом.

В исходном состоянии при напряжение на выходе источника питания 2 равно (/2 (см. фиг. 36). Напряжение на выходах управляемого генератора I равно нулю, ключи 3, 4, 9 закрыты. Напряжение на управляющем электроде тиристора 13 равно нулю. При поступлении управляющего импульса Uv длительностью Т„ на вход генемояСет быть одинакова. Она определяется разбросом сопротивлений управляющего электрода тиристора 13 и его допустимой пиковой мощностью. При этом выбранное значение сопротивления вводит силовой тиристор 13 в области гарантированного управления.

Элемент задержки 6 предназначен для формирования длительности первого импуль са пачки (форсирующей части) и реализован

в виде интегрирующей / С-цепи с постоянной

5

0

5

0

5

0

5

0

5

времени т.

Блок включения 7 предназначен для открывания ключей 4 и 9 (введение их в режим насыщения) на время формирования амплитуды поддерживающей части пачки импульсов. Блок 7 может быть реализован в виде последовательного соединения стабилитрона с сопротивлением, подключенным вторым концом к общей точке схемы. Точка соединения стабилитрона и сопротивления через дополнительное токоограничивающее сопротивление подсоединена к базе ключа с общим эмиттером. Второй конец стабилитрона является входом блока 7. Для согласования полярности выходного сигнала блока 7 со схемой ключа 4 транзисторный ключ, установленный на выходе стабилитрона, соединяется с выходом блока 7 через аналогичный дополнительный ключ с непосредственной связью между транзисторами. Последовательное соединение стабилитрона и сопротивления представляет собой селектор импульсов, амплитуда которых превышает заданный уровень напряжения стабилизации. Тем самым повышается помехозаи.нзен- ность блока 7.

Блок включения 8 предназначен для от крывания ключа 3 (введение его в режим насыщения) на время формирования амплитуды форсирующей части пачки (первого им пульса). Блок 8 выполнен аналогично блоку 7, в виде селектора импульсов на стабилитроне, выход которого через два последовательно соединенных транзисторных ключа с непосредственной связью подключен к выходу блока 8.

Ключ 9 предназначен для блокирования ключа 3 по его цепи управления при поступлении на управляющий вход ключа 9 сигнала с выхода блока 7. Ключ 9 выполнен по схеме с общим эмиттером на транзисторе.

На фиг. 3 приведены эпюры, поясняющие формирование пачки с увеличенной амплитудой первого импульса.

Формирователь работает следующим образом.

В исходном состоянии при напряжение на выходе источника питания 2 равно (/2 (см. фиг. 36). Напряжение на выходах управляемого генератора I равно нулю, ключи 3, 4, 9 закрыты. Напряжение на управляющем электроде тиристора 13 равно нулю. При поступлении управляющего импульса Uv длительностью Т„ на вход генератора 1 (см фиг За) последний форми рует пачку импульсов U (см. фиг 30), длительность каждого из которых равна Ти Длительность пачки равна Ту, амплитуда импульсов определяется параметрами генератора На первом выходе генератора 1 формируются импульсы положительной полярности t/i-j (см фиг Зг) Напряжение второго выхода генератора 1 (см фиг 3d), преобразованное в блоке 8 в уровень сигнала логической единицы Us (см фиг За), открывает по управляющему входу ключ 3, входящий в режим насыщения, и тем самым подключает напряжение Ui источника питания 2 через элемент 5 к управляющему электроду силового тиристора 13 () (см фиг Зи) На выходе элемента задержки 6 формируется сигнал t/6, который за время /з (см фиг Зе) достигает уровня напряжения стабилизации Uc стабилитрона блока 7 В момент (см фиг Зи) на выходе блока 7 формируется уровень логи ческой единицы Ui, открывающий ключ 9, который входит в режим насыщения На вы ходе ключа 9 устанавливается уровень логического нуля Тем самым осуществляется блокирование прохождения напряжения L/2 на выход ключа 3 (см фиг Зы), который за пирается при Длительность блокирования определяется моментом (см фиг Зе) равенства напряжений Поскольку (см фиг За, ж) то интервал времени блокирования составляет /«, т е оказы вается несколько больше (единицы микро секунд) длительности Г,, сигнала управления, что повышает надежность блокирования При этом длительность сформированной форсирующей части (первого импульса) пач ки определяется элементом задержки Ь, уров нем Uс и равна / Амплитуда форсирую щей части пачки равна Ui В момент открывается ключ 4, входящий в режим на сыщения, и подсоединяет первый выход ге нератора 1 к второму входу элемента 5 На выходе элемента 5, начиная с момента t-t2 до , формируются импульсы под держивающей части пачки оптимальной формы, амплитуда которых определяется напря жением i При подаче на вход генера тора 1 следующего импульса управления цикл формирования пачки повторяется

Таким образом, на выходе формирова теля формируются пачки импульсов опти мальной формы, длительность которых равна длительности импульса управления Ту При этом длительность форсирующей части Ь не зависит от частоты повторения импульсов в пачке Амплитуда форсирующей части определяется напряжением источника питания 2 Стабильность амплитуды U поддерживаю щей части пачки импульсов обеспечивается

стабильностью амплитуды управляемого ie нератора 1 и работой ключа 4 в режиме на сыщения

Изобретение позволяет существенно по выснть стабильность формирования ампли

туды пачки импульсов оптимальной формы Причем длительность форсирующей части может изменяться в широких пределах не зависимо от частоты повторения и скваж ности импульсов в пачке Это позволяет лег

ко перестраивать параметры формирователя импульсов и корректировать форму сигналов для сопряжения его с различными типами силовых тиристоров, что придает ему боль шую универсальность

5

0

5

0

5

0

5

0

5

Формула изобретения

Формирователь пачки импульсов для уп равления тиристорами, содержащий управ ляемый генератор, элемент задержки, выход которого связан с управляющим входом пер вого ключа, источник питания, выход кото рого соединен с входом второго ключа, вы ход которого предназначен для подключения к управляющему электроду, а управляющий вход соединен с входом третьего ключа выход которого предназначен для подключе ния к катоду тиристора, отгичающийсч тем что, с целью повышения надежности и рас ширения функциональных возможностей за счет стабилизации амплитуды импульсов управления, в него введены элемент сумми рования и ограничения тока управления, блок включения ключей на время формиро вания амплитуды поддерживающей части пачки импульсов блок включения ключа на время формирования амплит д.ы фор сирующей части пачки имп.1ьсов а управ ляемый генератор выполнен с двумя выхода ми, причем выход второго ключа предна) начен для подключения к управляющем электроду тиристора через первый вход эле мента суммирования и ограничения тока п равления, выход пачки импульсов управлж мого генератора соединен с входом перво го ключа, выход которого через второй вход элемента суммирования и ограничения тока управления предназначены для подключения к управляющему электроду тиристора вы ход выпрямленного сигнала управляемого генератора соединен с входом, элемента задержки, выход которого через блок вклю чения ключей на время формирования ам плитуды поддерживающей части пачки им пульсов связан с управляющими входами первого и третьего ключей, вход третье о ключа соединен с выходом блока включения ключей на время формирования амплитуды форсирующей части пачки импульсов, BXOI котброго соединен t входом элемента задержки

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для управления тиристорами статических преобразователей. Цель изобретения - повышение надежности и расширение функциональных возможностей за счет стабилизации амплитуды импульсов управления тиристорами. С этой целью на выходе устройства фор мируются пачки импульсов оптимальной формы, длительность которых равна длительности импульса управления на входе устройства. При этом длительность форсирующей части не зависит от частоты повторения импульсов в пачке. Амплитуда форсирующей части определяется напряжением источника 2 питания. Стабильность амплитуды поддерживающей части пачки импульсов обеспечивается стабильностью амплитуды управляемого генератора 1 и работой ключа 4 в режиме насыщения 3 ил S

о)

U1

7

hhhh

Uz

u,

И

TL

hhhh

иг

и/ TH

Фиг. 2

t

п

5 В

3 ив

/

/

и2

U

h h ff h h

/

О

и.