Устройство для управления стабилизированным преобразователем Советский патент 1992 года по МПК H02M7/48 

Изобретение относится к электротехнике а именно к преобразовательной технике, и может быть использовано при разработке источников вторичного электропитания (ИВЭП) различных типов: инверторов, предназначенных как для централизованных систем электроснабжения, - так и для частотно-управляемых электроприводов, конверторов или широтно-импульсных преобразователей.

Выходное напряжение ИВЭП зависит от различных факторов оно изменяется прямо пропорционально его входному (питающему) напряжению, изменяется вследствие падения напряжения на внутреннем сопротивлении при изменении нагрузки или температуры. Стабилизация выходного напряжения ИВЭП при изменении всех дестабилизирующих факторов осуществляется в основном с помощью замкнутой компенсационной системы. Она производится за счет изменения относительного времени открытого состояния силовых ключевых элементов преобразователя с помощью специального модулятора ширины импульсов, на который воздействует измерительный орган напряжения.

Модулятор ширины импульсов обеспечивает необходимую зависимость коэффициента заполнения управляющих импульсов от некоторого управляющего напряжения. Основными элементами этих ус- т.ройств являются либо времязадающий конденсатор, заряжаемый (или разряжаемый) на рабочем интервале, либо насыщающийся дроссель или трансформатор

В качестве модуляторов ширины импульсов получили широкое применение различные схемы одновибраторов Одна из таких схем выполнена на пяти транзисторах, врем язадающем конденсаторе , шести диодах, девяти резисторах и вспомогательном конденсаторе, а также специальном преобразователе напряжение-ток Для синхронизации схемы используются короткие по длительности импульсы

Основным недостатком данной схемы, присущим всем известным устройствам, содержащим времязадающий конденсатор, является невозможность обеспечения изменения коэффициента заполнения управляющих импульсов до 1. Это особенно сказывается в ИВЭП с выходом на переменном токе, так как ухудшает использование первичного источника питания КрОме того, наличие специального преобразователя напряжение-ток усложняет схему устройства

Известен модулятор ширины импульсов на насыщающемся трансформаторе с прямоугольной петлей гистерезиса, выполняющим одновременно силовые и информационные функции В цепь его питания включен балластный резистор

Недостатками этого устройства являются ухудшенные КПД, массогабаритные показатели, обусловленные наличием токоограничивающих элементов.

Наиболее близким по существу технического решения является устройство для уп0 равлениястабилизированным

преобразователем, которое содержит за- датчик частоты, модулятор ширины импульсов и узел формирования управляющих сигналов силовыми ключами преобразова5 теля Модулятор ширины импульсов включает триггер и двухтактный усилитель мощности на насыщающемся трансформаторе с прямоугольной петлей гистерезиса и двух транзисторах, В цепь питания усилите0 ля включен дополнительный ключ, управляемый „от одной из вторичных обмоток насыщающегося трансформатора.

Недостатками известного устройства являются трудность обеспечения измене5 ния коэффициента заполнения управляющих импульсов, что ухудшает точность стабилизации выходного напряжения, а также сложность конструкции, обусловленная наличием моточного изделия.

0 Целью изобретения является повышение точности стабилизации выходного напряжения преобразователя, а также упрощение устройства для его управления В устройстве, содержащем задатчик ча5 стоты, соединенный с синхронизирующим входом узла формирования управляющих импульсов силовыми ключами преобразователя, информационным входом подключенным к выходу модулятора ширины

0 импульсов, управляющий вход которого соединен с выходом измерительного органа напряжения, причем модулятор ширины импульсов включает триггер, счетным входом подключенный к выходу задатчика частоты,

5 и два подключенных к общей шине транзистора с базовыми резисторами, модулятор ширины импульсов снабжен двумя резисторами, двумя потенциометрами и двумя цепочками из последовательно соединенных

0 элемента 2И-НЕ, ко денсатора и элемента НЕ. Третий элемент 2И-НЕ образует своим выходным выводом выход модулятора ширины импульсов, а своими входными выводами подключен к первым входам первого и

5 второго элементов 2И-НЕ и выходам элементов НЕ. Входы последних подключены к соответствующим параллельно соединенным дополнительному резистору и одному из транзисторов, базовый резистор каждого транзистора связан через потенциометр с

управляющим входом модулятора ширины импульсов Вторые входы первого и второго элементов 2И-НЕ подключены к парафаз- ным выходам триггера

На черетеже представлена принципи- ильная схема устройства для управления стабилизированным преобразователем (в данном случае постоянного напряжения в трехфазное). Устройство вкпючает задатчмк I частоты, подключенный к синхронизирую- щему входу узла 2 формирования управляющих импульсов силовыми ключами преобразователя, измерительный орган 3 напряжения, выходным выводом соединенный с управляющим входом модулятора 4 ширины импульсов Последний содержит триггер 5, счетным входом соединенный с задатчиком 1 частоты, а парафазными выходами - с первыми входами элементов 2И- НЕ 6 и 7 Вторые входы указанных элементов подключены к выходам элементов НЕ 8 и 9, которые также подключены к входам третьего элемента 2И-НЕ 10, мВыход элемента 2И-НЕ 10 образует выход S модулятора 4 ширины импульсов и предназначен для подключения к информационному входу узла 2 формирования уп- равляющи х ключей преобпззователя. К выходам каждого из элементов 2И-НЕ б и 7 подключены конденсаторы 11 и 12, вторые обкладки которых соединены с входами элемента НЕ 8 и 9 к которым также подключены параллельно транзисторы 13 и 14 и резисторы 15 и 16 Управляющие входы транзисторов 13 и 14 через базовые рези- сторы 17 и 18 и потенциометры 19 и 20 соединены с выходом измерительного органа 3 напряжения

Узел 2 формирования управляющих импульсов силовыми ключами преобразовате- ля зависит от схемы силовой части ИВЭП. Узел 2 формирования управляющих импульсов для трехфазного мостового инвертора содержит трехфазный регистр сдвига на трех i-K-триггерау 21-23, включенных по схеме с перекрестной связью, и шесть идентичных каналов 24-29 управления выполненных на элементах ЗИ ЗОи2ИЛИ-НЕ 31 и обеспечивающих формирование сигналов управления UA-UC шестью силовыми ключами трехфаз- ного мостового инвертора {не показан).

Измерительный орган 3 напряжения также может иметь различные варианты исполнения, он представлен в виде цепочки из последовательно соединенных стабилитро- на 32 и резистора 33, подключенных к общей шине и клемме 34 источника дестабилизирующего входного управляющего напряжения UB В качестве последнего может использоваться либо источник

питающего напряжения ИВЭП (в этом ел чае стабилизатор отрабатывает только во мущения по входу), либо напряжение н нагрузке (для схем ШИП), либо специальный выпрямитель переменного выходного на пряжения ИВЭП

Поясним работу устройства для управления стабилизированным преобразователем на примере трехфазного мостового инвертора Задатчик 1 частоты обеспечивает синхронизацию работы йсего устройства Импульсный сигнал определенной частоты с его выхода поступает на счетный вход триггера 5 (работающего, например, в счетном режиме Т-триггера), который обеспечивает формирование двух парафазных последовательностей импульсов. В начальный момент времени на входах элементов НЕ 8 и 9 формируется нулевой сигнал (резисторы 15 и 16 соединены с общей шиной), а на их выходах - сигнал f, поэтому на выходе одного из элементов 2И-НЕ, например 6, на первый вход которого поступает Сигнал 1 с одного из выходов триггера 5, формируется сигнал О, а на выходе второго 7 - 1 Через конденсатор 12 сигнал 1 поступает на вход элементра НЕ 9 и переводит его в нулевое состояние.

Однако время формирования сигнала 1 на входе элемента Н Е 9 устанавливается не частотой задэтчика 1 частоты, а постоянной времени RC-цепочки, где R определяется в основном величиной резистора 15 (16) и включенного ему параллельно транзистора 13 (14) Транзистор 13 (14) работает в активном режиме и величину его сопротивления задают сигналом с выхода измерительного органа 3 напряжения м настраивают потенциометром 19 (20) и базовым резистором 17 (18). Таким образом, длительность нулевого Сигнала на выходе элемента НЕ 8(9) может изменяться в достаточно широких пределах и устанавливаться равной полупериоду выходного сигнала триггера 5

В этом случае сигнал S с выхода элемента 2И-НЕ 10 окажется равным 1 (т е , коэффициент заполнения управляющих импульсов модулятора 4 ширины импульсов равен единице, в то время как в каждом из его двух каналов он равен 1/2, обеспечивая тем самым достаточное время для перезаряда времязадающих конденсаторов 11 и 12).

Принцип действия узла 2 формирования управляющих импульсов силовыми ключами преобразователя не влияет на работу модулятора 4 ширины импульсов и идентичен известному. °

Устройство для управления стабилизированным преобразователем позволяет

лгмко осуществлять настмику, тем самым увеличивая точность стабилизации выходного напряжения, и может нпчти применение при построении как централизованных источников питания, когда требуется обеспечить стабилизацию выходного напряжения, так и -частотно-управляемых электроприводов, в которых ИВ ЭП осуществляет регулирование, например, по закону U/f const.

Формула изобретения Устройство для управления стабилизированным преобразователем, содержащее задатчмк частоты, соединенный с синхронизирующим входом узла формирования управляющих импульсов силовыми ключами преобразователя, информационным входом подключенным к выходу модулятора ширины импульсо в, управляющий вход которого соединен с выходом измерительного органа напряжения, причем модулятор ширины импульсов включает в себя триггер, счетным входом подключенный к выходу задатчика частоты, и два подключенных к об щей щине транзистора с базовыми резисторами, отличающееся тем, что, с целью упрощения и повышения точности стабилизации выхо дного напряжения преобразователя, упомянутый модулятор ширины импульсов снабжен двумя резисторами, двумя потенциометрами и двумя цепочками из последовательно соединенных элемента

21/1-НЕ, конденсатора и элемента НЕ и третьим элементом 2И-НЕ, выход которого использован как выход модулятора ширины импульсов, и подключенным входами к первым входам первого и второго элементов

2И-НЕ и выходам элементов НЕ, вход каждого из которых подключен к соответствующим параллельно соединенным резистору и одному кз вышеупомянутых транзисторов, базовый резистор каждого транзистора связай-через потенциометр с управляющим входом модулятора ширины импульсов, а вторые входы первого и второго элементов 2И-НЕ подключены к парафазным выходам триггера.

Сущность изобретения устройство для управления стабилизированным преобраI J4 Mil зователем содержит задатчик 1 частоты узел 2 формирования управляющих импульсов силовыми ключами преобразователя модулятор 4 ширины импульсов и измерт/i тельный орган 3 напряжения Модулятор 4 ширины импульсов выполнен двухканэль- ным Каждый канал включает резистор 17