Устройство для управления регулятором напряжения Советский патент 1980 года по МПК H02P13/16 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ РЕГУЛЯТОРОМ

: ...,.

1

Изобретение относится к электро,технике, в частности к устройствам управления статическими регуляторами, стабилизаторами напряжения переменного и постоянного токов и может найти применение в системах электропитания аппаратуры средств связи, радиоэлектроникии т.д.

Известны устройства для управления преобразователями содержащие задающий генератор (или каскад синхронизации от питающей сети), формирователь тактовых импульсов, фазосдвигающее устройство и выходной усилитель, задающий алгоритм управления .регулирующими органами (РО), которые осу111ествляют регулирование рыходного напряжения путем изменения скважности его импульсов 1, 2 и 3.

К недостаткам известных устройств относится плохая форма кривой выходного напряжения, так как амплитуда импульсов выходного напряжения в течение всего времени остается максимальной что влечет за собой необходимость установки больших фильтров, которые значительно ухудшаю общие массо-габаритные характеристики, снижают быстродействие систем, динамиНАПРЯЖЕНИЯ

ческую 1очнЬсть perуййрованйя; и стабилизации.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для управления регулятором переменного напряжения со звеном повышенной частоты, состоящее из последовательно включённых задающего генератора , формиррвателя ктойнк ..им ..

10 пульсов, генератора пи71о6Вразного напряжения, нуль-органа, ведомого автогенератора и второго канала, включенного через фазоинверсный каскад и содержащего генератор встречно-из15 меняющегося пилообразного напряжения, нуль-орган и ведомый автогенератор. Такое устройство обеспечивает управление ключевыми элементами РО двумя импульсньлии последовательностями, с

20 относительным сдв-игом их фазы на 360 эл. градусов, благодаря чему на выходе реализуется, регулирование напряжения с однополярной реверсивной модуляцией. В этом случае весь диапа25зон регулирования разделяется на две зоны и в каждой из них производится регулирование напряжения способом широтно-импульсной модуляции (ШИМ) 4. Недостатком устройства явЛяётся

30 ухудшение формы кривой выходного на- .

ряжения при большой глубине регулирования, поскольку амплитуда импульсов выходного напряжения становится ольшой и для сглаживания пульсаций требуется установка мощных выходных ильтров, которые существенно сниают быстродействие систем, и, следовательно, динамическую точность регулирования, стабилизации.

Цель изобретения - улучшение формы кривой выходного напряжения регулятора, повьпиение быстродействия и снижение коэффициента пульсаций и нелинейных искажений при большой глубине регулирования.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для управления регулятором напряжения, включающим п мостовых коммутаторов, содержащее последовательно включенные задающий генератор и формирователь тактовых импульсов, генераторы линейно нарастающего и линейно спадающего пилообразных напряжений и по два канала управления каждым коммутатором, включающими последовательно соединенные нуль-орган и ведомый автогенератор, дополнительно снабжено согласующим устройством, цепями смещения нульорганов и формирователем блокирующих импульсов, подключенным входом к выходам генераторов линейно изменяклдихся напряжений, а выходами - к одному из входов нуль-органов, вторые входы lioTopbK подключены к цепям смещения, причем один из входов ведомых автогенераторов подключен к выходу задающего генератора, а выход формирователя тактовых импульсов подключен ко входу генераторов пилообразных напряжений, в цепь питания которых через согласующий блок включен управляющий вход регулятора. При этом формирователь блокирующи с импульсов выполнен на базе импульсного усилителя с трансформаторной связью, вход которого подключен к выходу задающего генератора. /

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства для управления регулятором напряжения; на фиг. 2 - времен-, ные диаграммы в узловых точках схемы. Устройство для управления регулятором напряжения, включающим мостовые коммутаторы 1, 2 и 3, питаемые от высокочастотного трансформатора 4, и нагрузку 5, содержит последовательно соединенные задающий генератор б и формирователь 7 тактовых импульсов, к выводу, которого подключены генераторы линейно нарастающего 8 и линейно с пгщающего 9 пилообразньк напряжений, в цепь питания йоторых через согласующий блок 10 включен управляющий вход 11 регулятора. Выходы генераторов 8 и 9 пилообразнЕ;1Х напряжений, подключенные к формирователю -12 блокирующих импульсов, образуют по два канала управления каждым

мостовым коммутатором 1, 2 и 3, включающими последовательно соединенные нуль-органы 13 и 14 и ведомые автогенераторы 15 и 16, Входы нуль-органов 13 и 14 подключены к выходам формирователя 12 и индивидуальным цепям 5 17 смещения, а выход задающего генератора 6 подключен ко входам формирователя 12 и автогенераторов 15 и 16. Устройство работает следующим образом.

0 Задающий генератор 6 работает на повышенной частоте и формирует на выходе сигналы прямоугольной формы (Ug, фиг. 2 а). Последние используются для формирования в формирователе 7 тактовых импульсов (U фиг. 2 б), поступающих на вход генераторов 8 и 9 пилообразных напряжений, вырабатывающих, линейно нарастающее (U, фиг. 2д) и линейно спадающее (Ug, фиг. 2 д)

Q напряжения.

При отсутствии сигнала на входе 11 регулятора автогенераторы 15 и 16 синхронизируются от задающего генератора 6 импульс-ами U и на их выходе формируются импульсные последовательности Uj, и Uj,b {фиг. 2 в, г) для управ ления ключами коммутаторов 1, 2 и 3. Причем импульсная последовательность подается с одного автогенераQ тора (например 15) на верхнюю, смежную по цепи нагрузки, пару ключей коммутатора (например 1), а импульсная последовательность , с другого автогенератора 16 на нижнюю пару ключей коммутатора 1. Аналогично подаются импульсы и с автогенераторов других каналой на коммутаторы 2 и 3. При подаче входного сигнала и({(фиг. 2 д) , линейно-изменяющиеся напряжения. Ug и Uy, формируемые в генераторы 8 и 9,

0 смещаются относительно уровня собственного истЬчника питания, так как последний соединен последовательно с управляющим входом 11 регулятора через согласующий блок 10. Каждая пара

5 нуль-органов 13 и 14 настроена на

собственный постоянный уровень срабатывания I-IV, который определяется предварительно рассчитанным количеством (п) коммутаторов и выбранным

Q значением максимального напряжения на выходе генераторов пилообразных напряжений. По мере изменения величины входного сигнала , соответственно перемещаются пилообразные напряжения и последовательно пересекают уровни I-IV, задаваемые цепями смещения 17. В одной паре нуль-органов (например канала коммутатора 1), уровень срабатывания которых минимальный, происходит сравнение линёй0 но изменяющихся .напряжений-с этим уровнем и на выходе вырабатываются сигналы V (фиг 2 е) , U (фиг.2 ж) сдвинутые относительно тактов переключения задающего генератора 6. При5 ем импульсная последовательность Oj сдвигается в сторону отставания, а Uj4 - в сторону опережения. Ведомые автогенераторы, содержащие логические элементы, автомати 1ески переключаются с синхронизации от сигналов задающего генератора 6 на сигналы, поступающие;от нуль-органов 13 и Г4 и на выходе этих автогенераторов соответственно смещаются сигналы (фиг. 2 з) и (фиг. 2 и) . Управление ключевыми элементами коммутатора по Такому алгоритму обеспечивает на нагрузке регулирование напряжения одной секции ШИМ-способом U, (фиг.2 к В этот момент остальные коммутаторы 2 и 3 работают по прежнему алгоритму. По мере увеличения уровня вход-, ного сигнала скважность импульсов на пряжения и.(фиг. 2 к) увеличивается, среднее значение напряжения отрицательной полярности на выходе секции уменьшается. В момент сдвига импульс ных последовательностей U и U (фиг. 2 з,к) на 90эл. градусов каждый, секция вторичной обмотки силового трансформатора 4 в коммутаторе 1 исключается из цепи нагрузки и ком мутатор обеспечивает сквозную передачу энергии остальных секций к нагрузке. При дальнейшем увеличении ; уровня входного сигнала импульсные последовательности Ujg и U сдвигаются на угол больше 90 эл. градусо При этом секция вторичной обмотки в коммутаторе 1 включается в контур на грузки с противоположной полярностью т.е. реверсируется по отношению к св му первоначальному состоянию и по ме увеличения входного сигнала выходное напряжение регулируется ШИМ- :пособом уже на другом уровне U (фиг. 2л), увеличивая среднее значение выходного напряжения в соответствии с уровнем входного сигнала. Таким образом, один коммутатор обеспечивает плавное регулирование напряжения на двух уровнях. Дальнейшее увеличение входного сигнала обеспечивает еще большее смешение линейно-изменяющихся напряжений U и U (фиг. 2 л). Сравнение на прежнем постоянном уров не исчезает, автогенераторы коммутатора 1 начинают работать по сигналам блокировочных импульсов UjLg. (фиг. 2 б с формирователя 12, который вырабатывает блокирующие сигналы, совпадаю щие по тактам с и,(фиг. 26), не измененные по длительности. Длительность блокирующих импульсов должна быть минимальной, так как их ширина влияет на увеличение нерегулируемой. зоны внутри каждого интервала ШИМ, но в то же время достаточной для надежности управления автогенераторами при исчезновении управляклцих импульсов с выхода нуль-органов. Подключение формирователя 12 непосредственно к задающему генератору позволяет точно синхронизировать блЬкиробки автогенераторов с тактовьми интервалами и, таким образом обеспечить наибольшую ширину регуЛи руёмой зоны. Применение импульс: ного усилителя смагнитной связью в схемах формирователя блокирующих импульсов с п вторичными цепями предпочтительно, в противном . случае необходимо в.. каждую, втори-чную цепь включать собственный формирователь, что усложняет схему и может прийести к неидентичным условиям блокировки в каждом из п автогенератрров. Фиксированное состояние автогенераторов коммутатора 1 сохраняется до тех пор, пока сравнение вновь не начнется на уровне срабатывания нуль-органов 14 этого канала. Линейно-изменяющиеся напряжения сравниваются теперь со следующим постоянным уровнем смешения нуль-органов (например канала коммутатора 2), и регулирование в последукяцих двух зонах напряжения, определяемых ЭДС, секции обмотки силового трансформатора 4, включенной в диагональ коммутатора 2, осуществляется как и в прёдьвдущём случае. При наличии п коммутаторов, реализуется регулирование выходного . напряжения в 2 п зонах, обеспечивая на на грузке ик наиб6леё точную аппроксимацию входного сигнала UM импульсно-модуляционным методом. Таким образрм, последовательно друг за другом . работают все п коммутаторов, и система обеспечивает комплексное регулирование напряжения дискретными ypoSнями по амплитуде и плавно в каждой .дискретной зоне, что. повышает быстродействие устройства, снижает коэффи- циенты пульсации и нелинейных искажений при большой глубине регулирования. Формула изобретения 1. Устройство для управления регулятором напряжений, включающим п мостовых коммутаторов, содержащее последовательно включенные задающий генератор и формирователь тактовых импульсов, генераторы линейно нарастающего и линейно спадающего пилообразных напряжений и по два канала управления йаждым коммутатором, включающими последовательно соединенные нуль-орган и ведомый автогенератор, отли чающ.е ее я тем, что, с целЬЮ;улучшения формы кривой выходного напряжения регулятора, повышения быстродействия и снижения коэффициентов пульсации и нелинейных искажений при большой глубине регулиования, оно снабжено согласующим устройством, цепями смещения нульорганов л формирователем блокирующих импульсов, подключенным входом к выодам генераторов линейно изменяющихся напряжений, a выходами - к одному из входов нуль-оргайов, В1орые входы которых подключены к цепям , йрйчём один из входов ведомых автогенераторов подключен к ВЫХОДУ задающего генератора, а выход форМй/рователя тактовых импульсов подключен ко входу генераторов пилообраэных напряжений, в цепь питания крто pi K через согласующий блок включен

.управляющий вход регулятора.

2. Устройство по п. 1, о т ли --tj ё е с я тем, что фОЕ)лирователь блокирующих импульсов выполнен на .базе импульсного усилителя с транформаторной связью, вход которого

8

подключен к выходу задаквдего генератора .

Источники информации, принятые во внимание при эксЛертизё

1.Александров Ф.И. и др. Импульсные преобразователи и стабилизаторы М., Энергия, 1970, с. 17-21.

2.Шипилло В.Л. Автоматизированный вентильный электропривод. М.,

Энергия

1969, с. 168, рис. 3-9;

3.Куликов С.В. и др. Дискретные преобразователи сигналов на транзисторах.М., Энергия, 1972, с. 141 рис . 7-3 .

4.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2393262/24-07,

кл. Н 02 Р 13/16, 1976.