Устройство для управления транзисторным инвертором Советский патент 1980 года по МПК H02P13/18 

I

Изобретение относится к электротехнике, и в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано в устройствах управления, формирующих модулированные по ширине сигналы (ШИМ) для ключевых вторичных источников питания (ВИП).

Известны устройства управления, формирующие сигналы с щин для управления силовыми ключевыми приборами, содержащие задающий генератор (ЗГ), генератор пилообразного напряжения (ГПН), компаратор напряжения, импульсный усилитель и усилитель обратной связи (1).

Однако два отдельных ГПН требуют идентичности параметров резисторов, конденсаторов, диодов с тем, чтобы в результате формирования ШИМ-сигнала получить строго одинаковую длительность в обоих полупериодах выходного напряжения; кроме того, в случае превыщения сигнала управ;)ения над амплитудой пилы ГПН, компаратор не переключается и выходной триггер формирует постоянное напряжение, а не импульсное.

Введение ограничения максимального и минимального коэффициентов заполнения ШИМ-сигнала возможно путем стабилизации предельных значений сигнала управления и амплитуды пилы ГПН, что приводит к значительному усложнению схемы.

J Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для управления переключательным источником питания, содержащее ГПН, компаратор времени паузы, триггер, четыре логи еские схемы, два импульсных усилителя.

0 На входы компаратора подаются сигналы с ГПН, содержащего отдельный выход на триггер,, и управляк)щее напряжение. Be- . личина управляющего напряжения задает длительность импульса, т. е. коэффициент заполнения периода выходного сигнала ком15паратора. С помощью четырех схем типа И, компаратора и триггера вырабатываются две импульсные последовательности, смещенные по фазе одна относительно друной на 180°. Эти последовательности используются для управления силовыми ключами инвертора. Компаратор времени пау зы обеспечивает ограничение максимального значения коэффициента заполнения пе.риода, т. е. формирует обязательную раузу в работе силовых ключей, необходимую для рассасывания носителей зарядов в базах, а также для исключения CKft63Hbix токов в инверторах напряжения 2. Недостатком известного устройства уП аВлёнШ является сложность схемы ограничения из-за введения дьполнительно Ж1ш№Ш15атбра времени паузы и четырех логических схем И, с помощью которых происходит сложение сигнала с компаратора и сигнала с компаратора паузы. Другой существенный недостаток у строй ства заключйетсй в отсутствии ограничения минимального значения коэффициента заполнения. Как известно, в высокочастотных инверторах, содержащих силовой трансфорЖатор, г(ри переходных процессах управляющкй сигнал может принимать предельные значения, при этом возможно пройадШке импульса управления в одном или HectciirtbKHx прлупериодах напряжения. С другой cTOpoHfai. применение автоматической защиты по току силовых транзисторбв -инвертора также может привести К возникновению предельного сигнала, подаваемого на компаратор. В результате Нарушается симметричный режим перемагШчиваНИя сердечника силового трансформатора, возникает его подмагничивание, что приводит к пёрегрузкеГТвплбть до выхода из строя силовых ключей инвертора. Кроме того, несимметричный режим пере-, магничйвания резко ухудшает качество вы: ходного напряжения стабилизатора, появляются колебания напряжения и значитель ньГе йизкочастотнйе составляющие пульсации. Если сигнал формируется путем геойётрйческого сложения переменных напря ений ведущего и йедомого генераторов, ipHMCM ведомый запускается сигналом с toMnapatopa, то при отсутствии ограничения оДин из генераторов вообще не работает. Цель изобретения - повь1щение надежности устройства. Поставленной цёЖдостиТгаетад тем, что устройство для управления инвертором, содержащее задающий генератор, соединен:ный со вхбДбй. теиераТора . пилообразного 1{апряжен№й, вЫход которого соединен с пербьш, входом компаратора, второй вход Тсйтбр го лбдключен к выходу источника сигнала управления, а выход, через импульсный усилитель К входу первого Григгера, сиабЖёйб узлом задержки, вторйм триггеров, йвУмя последовательными ЯС-Щеййни, диодом; Двумя усилителями й -ЙЙуйй узлймй сложения, причем выход ЗiaдaloШfo генерйтора сбедийен со входом узла задержки и через первую последо-нательную RC-Цёпь и ДнбД с вторым вхоДом кЬмпаратора, выход генератора пилоJ образного напряжения через вторую последовательную RC-цёпь соединён с входов импульсного усилителя, выход узла задержки подключен к входу второго триггера, а выходы обоих триггеров соединены с выходами соответствующих усилителей, первые выходы которых соединены с входами первого узла сложения, а вторые выходы- с входами второго узла сложения. На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства управления инвертором; на фиг. 2 - диаграммы, поясняющие принцип работы устройства управления инвертором. Устройство управления содержит задающий генератор 1, узел 2 задержки, генератор 3 пилообразного напряжения, усилитель 4 , используемый в качестве ис-, точника сигнала управления, компаратор 5, первую RC-цепь 6, вторую RC-цепь 7, импульсный усилитель 8, первый и второй триггеры 9 и 10, первый и второй усилители 11 и 12, узлы 13 и 14 сложения, каждый из которых соединен с соответствующими силовыми ключами 15 и 16. Первая RC-цепь содержит резистор 17, конденсатор 18, диод 19. Вторая RC-цепь содержит резистор 20 и конденсатор 21. Устройство управления инвертором работает следующим образом. Задающий генератор I формирует последовательность импульсов прямоугольной формы (фиг. 2 а). Напряжение с его выхода подается на узел 2 задержки, который формирует для запуска триггера 9 прямбугольные импульсы длительностью т (фиг. 26). Триггер 9 работает в счетном режиме (фиг. 2 .в). Сигнал с узла 1 поступает также на дифференцирующую RC-цепь 6.. С выхода дифференцирующей цепи 6 положительный импульс (фиг. 2 г), соответствующий по времени положительному фронту импульсов узла I, через диод 19 поЖй еТс:я на один из входов компаратора 5, Где суммируется с Выходным Напряжением усилителя 4 (фиг. 2 д). На другой вход компаратора подается напряжение (фиг. 2 е) с выхода узла 3. Коэффй1цйент заполнения периода сигнала определяется выходным напряжением усилителя 4. Напряжение на входе импульсного усилителя 8 сигналов представляет собой (фиг. 2 и) сумму напряжения с выхода компаратора (фиг. 2 ж) и импульса напряжения на резисторе 20 (фиг. 2 з). Выходной сигнал (фиг. 2 к) усилителя 8 запускает триггер 10,работающий в счетном режиме. Выходные напряжения (фиг. 2л) с двух плеч триггера 10 сдвинуты по времени относительно выходного напряжения (фиг. 2 в) триггера 9. Триггеры 9 и 10 управляют работой усилителей II И 12, нагрузкой которых являются схемы 13 и 14 с/«ожения сигналов, соединенные с соответствующими силовыми ключами 15 и 16.

Сигнал на базе транзисторов 15 и 16, получающийся в результате сложения сигналов усилителей 11 и 12, условно может быть представлен диаграммой (фиг. 2 м, н).

При переходных процессах, когда выходное напряжение усилителя 4 меньше нулевого уровня напряжения с генератора 3 (интервал tg на фиг. 2), скачкообразное изменбние выходного сигнала компаратора 5 происходит за счет того, что амплитуда положительного импульса, подаваемого с дифференцирующей цепи 6 на вход компаратора 5, превышает на начальном участке линейнонарастающее напряжение, поступающее с генератора 3, выходные дигналы триггера 10 в этом случае имеют наименьший временной сдвиг относительно выходных сигналов триггера 9, сигнал управления силовыми ключами 15 и 16, - максимальное значение коэффициента заполнения периода (фиг. 2 м, 2н).

При выходном напряжении усилителя 4, пресыщающем амплитуду пилообразного напряжения (интервал tj на фиг. 2), выходной сигнал компаратора 5 (фиг. 2 ж) не изменяется.Однако переключение транз.истора усилителя 8 происходит за счёт запирания его током разряда конденсатора 21 через открывающий транзистор генератора 3. Выходные сигналы триггера 10 при этом имеют максимально возможный временной сдвиг относительно выходных сигналов триггера 9, а сигнал управления силовыми ключами 15 и 16 - минимальное значение коэффициента заполнения периода (фиг. 2 м, н).

Таким образом, ограничение максимального и минимального значений величины коэффициента заполнения периода сигнала осуществляется с помощью узла 2 задержки, который на время т сдвигает запуск триггера 9 и, соответственно, сигнал на выходе усилителя 11 относительно сигналов с генератора 3, цепи 6, напряжение с которой подается на один , из вхоДбв компаратора 5, и цепи 7, связывающей транзистор генератора 3 и транзистор импульсного усилителя 8.

Предлагаемое устройство yпpoщaet схе му ограничения максимального значе|ния сигнала (отсутствует дополнительный компаратор) и вводит обязательное ограничение наименьшего значения коэффициента

заполнения периода сигнала для управления силовыми ключами, повышает надежность, связанную с независимостью максимального значения коэффициента заполнения периода сигнала Ът амплитуды пилообразного напряжения. В качестве усилителей сигналов с триггеров могут быть использованы схемы с генераторами, имеющими трансформатор, причем коммутация транзнсторов двухтактных генераторов гарантируется при любом сигнале управления и практически не зависит от амплитуды пилы ГПН. Как известно, в ВИП с бестрансформаторным выходом наличие трансформаторной развязки в цепях управления силовыми ключами инвертора обязательно.

Формула изобретения

Устройство для управления транзисторным инвертором, содержащее задающий генератор, соединенный со входом генератора пилообразного напряжения, выход которого соединен с первым входом компаратора, второй вход которого подключен к выходу источника сигнала управления, а выход через импульсный усилитель .- к входу первого триггера, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности, оно снабжено узлом задержки, вторым триггером, двумя последовательными RC-цепями, диодом, двумя усилителями и двумя узлами сложения, причем вЫход задающего генератора соединен со входом узла задержки и через первую последовательную RC-цепь и диод с вторым входом компаратора, выход генератора пилообразного напряжения через вторую последовательную RC-цепь соединен с входом импульсного усилителя, выход узла задержки подключен к входу второго триггера, а выходы обоих триггеров соединены с входами соответствующих усилителей, первые выходы которых соединены с входами первого узла сложения, а вторые выходы - с входами второго узла сложения.

Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

1.Брунштейн. Фазовращатель, состоящий из удвоителя частоты и триггера М., «Электроника, 1976, № 21.

2.Верцберг Кейв. Управление переключательными источниками питания с помощью БИС, М., -«Электроника 1977, № 7, с. 51-57.