Преобразователь постоянногоНАпРяжЕНия Советский патент 1981 года по МПК H02M3/335 G05F1/56 

тых логических элементов И и 1-входам I-К-триггера, выходами подключенным к вторым входам логических элементов И, а также счетный триггер, введены реверсивный счетчик и третий логический элемент И, при этом один из входов последнего подключен к генератору тактовых импульсов, а другой - к выходу электронного реле и входу упомянутого счетного триггера, выходы которого подключены к управляющим входам реверсивного счетчика, причем счетный вход последнего подключен к выходу введенного логического элемента И, а выход связан с К-входом упомянутого I-Ктриггера.

На фиг. 1 показана принципиальная схема преобразователя постоянного напряжения для заряда высоковольтного накопительного конденсатора с двухпозиционной стабилизацией тока заряда; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие его работу.

Преобразователь содержит инвертор 1 на силовых транзисторах 2 и 3, управляющие переходы которых через предварительные усилители 4 и 5 связаны с выходами логических элементов И 6, 7, генератор 8 тактовых импульсов, выходной трансформатор 9, вторичная обмотка которого 10 подключена к выходному выпрямителю 11 с дросселем 12, накопительным конденсатором 13 и датчиком 14 тока, -подключенным к входу электронного реле 15, выход которого связан с первыми входами упомянутых логических элементов И и через формирователь 16 импульса с 1-входом I-К-триггера 17, в;ыходы которого подключены к вторым входам логических элементов И, счетный триггер 18, третий логический элемент 19, реверсивный счетчик 20, выход которого через формирователь 21 связан с входом триггера 17. Выходы счетного триггера 18 подключены к управляющим входам счетчика 20, счетный вход которого подключен к выходу элемента 19, а один из входов последнего подключен к выходу генератора 8, другой вход - к выходу электронных реле.

Преобразователь работает следующим образом. ;

Преобразователь напряжения охвачен отрицательной обратной связью по току заряда накопительного конденсатора 13. Напряжение обратной связи С/ос с датчика 14 поступает на первый вход реле 16, а на его второй вход подается опорное напряжение С/о. Выходной сигнал реле 15 (фиг. 2, а) разрещает или запрещает работу инвертора 1 в завнсимости от величины тока заряда накопительного конденсатора 13 (фиг. 2, и). Вследствие того, что выходная характеристика реле 15 обладает гистерезисом, ток заряда конденсатора 13 пульсирует в зоне, определяемой щирииой петли гистерезиса реле 15, причем его среднее значение задается величиной опорного наПряжения С/о. Если напряжение обратной связи Uoc меньше величины верхнего порога срабатывания реле 15, то на его выходе (фиг. 2, а) появляется логическая «1 (ti 5 на фиг. 2). Она поступает на входы логических элементов И 6, 7, 19. В зависимости от состояния I - К-триггера 17 на выходе одного из элементов И 6, (7), например на выходе элемента И 7 появляется логическая «1 (фиг. 2, е). В результате предварительный усилитель 5 открывает транзистор 3 и начинается формирование положительной полуволны выходного напряжения инвертора 1 (фиг. 2, з). Напряжение вторичной

5 обмотки 10 трансформатора 19 через выпрямитель 11 и дроссель 12 прикладывается к конденсатору 13. Ток дросселя 12 нарастает со скоростью, определяемой величиной его индуктивности, величиной емкости и напряжением на конденсаторе 13. Одновременно, начиная с момента ti, импульсы генератора 8 (фиг. 2, г) через логический элемент И 19 поступают на счетный вход счетчика 20. В зависимости от состояния триггера 18 (фиг. 2, в) счетчик 20 работает в режиме суммирования или вычитания. На фиг. 2 показан случай, когда с момента i счетчик 20 работает в режиме суммирования импульсов генератора 8. В момент tz величина напряжения обратной связи iC/oc достигает верхнего порога срабатывания реле 1 и на его выходе появляется логический «О, который поступает на первые входы элементов И, 6, 7, 19. В результате транзистор 3 закрывается, выходное напряжение инвертора 1 становится равным нулю, а ток дросселя 12, уменьшаясь по величине, замыкается через конденсатор 13, датчик 14 и выпрямитель 11. Одновременно в момент 4 задний фронт сигнала с выхода реле 15 переключает в противоположное состояние триггер 18 (фиг. 2, в) и через формирователь 16 (фиг. 2, б), I - Ктриггер 17. Начиная с момента tz, поступление импульсов генератора 8 на вход счетчика 20 прекращается. Таким образом, на интервале ti-tz счетчик 20 подсчитывал импульсы генератора 8 и число, содержащееся в нем, представляет в двоичном коде длительность полуволны выходного напряжения инвертора 1. Число, содержащееся в реверсивном счетчике, равно:

,(1)

где Ni - число, зафиксированное в реверсивном счетчике 20; /т -частота генератора 8; ui - длительность полуволны выходного напряжения инвертора 1.

В момент ta напряжение обратной связи С/ос достигает величины нижнего порога срабатывания реле 15 и на его выходе появляется «I. Поскольку триггеры 17 и 18 в момент tz изменили свое состояние на противоположное, то «I появляется на выходе элемента И 6 (фиг. 2, ж), а счетчик 20 начинает производить вычитание импульсов тактового генератора 8. Предварительный усилитель 4 открывает транзистор 2 и на выходе инвертора 1 формируется отрицательная полуволна выходного напряжения. В момент 4 число, содержащееся в счетчике 20, становится равным нулю и на его выходе появляется сигнал заема, который через формирователь 21 (фиг. 2, д) переключает триггер 17 в противоположное состояние. В результате транзистор 2 закрывается, а транзистор 3 открывается и напряжение на выходе инвертора I изменяет полярность. Поскольку частота тактового генератора неизменна, длительность интервала tin может быть определена из выражения fa2 - -jСравнение (1) и (2) позволяет сделать вывод, что т 72. В момент 5 напряжение обратной связи Uoc достигает верхнего порога срабатывания реле 15, на его выходе появляется «О. Триггеры 17 и 18 переключаются в противоположное состояние и прекращается поступление импульсов генератора 8 на счетчик 20. Транзистор 3 закрывается и наступает пауза в работе инвертора 1. В реверсивном счетчике содержится двоичное число N2 f-r-ta3, которое представляет собой длительность полуволны выходного напряжения инвертора 1 длительностью fasВ момент 8 на выходе реле 15 вно,вь появляется «I, открывается транзист%) 2 и иа выходе инвертора 1 формируется полуволна напряжения отрицательной полярности. На интервале tut счетчик 20 работает в режиме суммирования. В момент t происходит переполнение счетчика 20 и на его выходе появляется сигнал переноса, который через формирователь 21 (фиг. 2, д) переключает триггер 17, что приводит к изменению полярности выходного напряжения иивертора 1. Длительность интервала /Т14 определяется выражением ,, ГУ4 - . Следовательно, уз и4. Если длительность сигнала «1 на выходе реле 15 велика, то происходит периодическое переполнение счетчика 20, переключение триггера 17 и изменение полярности выходного напряжения инвертора 1. На его выходе формируется прямоугольное напряжение, длительность полупериода которого определяется выражением ,, ЛГтах 2 tus toe - --- - - , /т/т где - емкость реверсивного счетчика 20; п - число разрядов счетчика 20. В момент /10 на выходе реле 15 появляется «О, и в счетчике 20 запоминается в виде двоичного числа длительность интервала to. В дальнейщем работа преобразователя напряжения происходит аналогично. Рассмотрение работы преобразователя напряжения позволяет сделать вывод, что каждые два соседних полупериода выходного напряжения инвертора 1 имеют противоположную полярность и равную длительность (фиг. 2, и). Поэтому постоянная составляющая и субгармоники всего спектра отсутствуют. Перемагничивание магнитопровода трансформатора 9 происходит по симметричной петле гистерезиса и не происходит его насыщения. Исключаются выбросы первичного тока трансформатора 9, возникающие вследствие насыщения магнитопровода, что позволяет уменьщить установленную мощность и снизить потери в трансформаторе 9 и транзисторах 2, 3 инвертора 1. Возможно также работа преобразователя напряжения в режиме щиротноимпульсной стабилизации тока заряда конденсатора 13. В этом случае реле 15 заменяется щиротно-импульсным модулятором. Работа преобразователя напряжения в этом случае происходит аналогично описанному выше. Изобретение позволяет полностью устранить насыщение магнитопровода трансформатора преобразователя, что уменьшает установленную мощность выходного трансформатора и полупроводниковых приборов инвертора, снижает потери в них и повышает надежность и КПД. Формула изобретения Преобразователь постоянного напряжения, содержащий инвертор на силовых транзисторах, управляющие входы которых связаны с выходами двух логических элементов И, генератор тактовых импульсов, выходной выпрямитель с дросселем, накопительным конденсатором и датчиком сигнала, подключенным к входу электронного реле, выход которого связан с первичными входами логических элементов И и Т-входом Т-К-триггера, выходами подключенным к вторым входам логических элементов И. а также счетный триггер, отличающийся тем, что, с целью повыщения КПД и надежности, введены реверсивный счетчик и третий логический элемент И, при этом один из входов последнего подключен к выходу тактового генератора, а другой - к выходу электронного реле и вxoдv vnoмянутого счетного триггера, выходы котоого подключены к управляющим выходам реверсивного счетчика, причем счетный вход последнего подключен к выходу логиеского элемента И, а выход связан с -входом упомянутого I-К-триггера,

Источники информации, : принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 453681, кл. G 05F 1/56, 1975. 2. Проектирование устройств электропитания и электропривода, т. 1, Электронные устройства. Динамика систем электропривода, М., 1973, с. 102-107.

3. Авторское свидетельство СССР по заявке № 2556057/24-07, кл. С 05Г 1/56, 1977.

Iff

/в20

//

и,

О If, ffщ

0 s

о

щ о

г

(1

и Фаг. 2