Преобразователь напряжения для индуктивно-емкостной нагрузки

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано во вторичных источниках электропитания . Цель изобретения - повышение надежности. Устройство содержит инвертор (И) 1, датчик (ДТ) 2, цепь обратной связи (ЦОС) 4, элементы И 7,8, пороговые элементы 9 и 10, компаратор 11 . И 1 вьтолнен с токовым управлением. Сигнал с ДТ 2 пропорционален мгновенному значению тока инвертора, меняющемуся соответственно , -индуктивно-емкостной нагрузке, обладающей резонансными свойствами. N9 СЛ to «Ч

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (51)4 Н 02 M 7/758

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

4иг. 1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

Н А ВТОРСИОМ .Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3712416/24-07 (22) 22.03.84 (46) 15.08.86..Бюл. Ф 30 (7!) Научно-исследовательский инсти. тут интроскопии (72) А. И. Лисицын (53) 621.314.:57(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

)1 851708, кл. Н 02 M 7/537, 1979.

Авторское свидетельство СССР

У 692030, кл. Н 02 М 3/335> 1977. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ ДЛЯ

ИНДУКТИВНО-ЕМКОСТ110А НАГРУЗКИ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использбвано во вторичных источниках электропитания. Цель изобретения — повьппение надежности. Устройство содержит инвертор (И) 1, датчик (ДТ) 2, цепь обратной связи (ЦОС) 4, элементы

И 7,8, пороговые элементы 9 и 10, компаратор 11. И 1 выполнен с токовым управлением. Сигнал с ДТ 2 пропорционален мгновенному значению тока инвертора, меняющемуся соответственно.индуктивно-емкостной нагрузке, обладающей резонансными свойствами, Сигнал обратной связи характеризует напряжение на емкости нагрузки. В момент запирания транзисторов И 1 первого плеча ток не прекращается мгновенно, а продолжает протекать через рекуперативные диоды другого плеча, постепенно уменьшаясь до нуля. По мере заряда емкости нагрузки скорость роста тока уменьшается, а длительность его импульсов увеличивается. Кроме того, по мере заряда

1251270 емкости, нагрузки напряжение обратной связи на входе ЦОС 4 уменьшается и разностный сигнал на его выходе уменьшается. Введение элемента ИЛИ 3 и двух триггеров 5 и 6 обеспечивает автоматическое формирование защитных интервалов между моментами отпирания транзисторов одного плеча И I и открыванием транзисторов другого плеча, что предотвращает сквозные токи" в И 1. 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при создании преобразователей постоянного напряжения в переменное, работающих на индуктивно-емкостную нагрузку.

Белью изобретения является повышение надежности преобразователя напряжения, На фиг ° 1 представлена блок-схема предложенного устройства; на фиг. 2— диаграммы работы основных узлов устройства.

Преобразователь напряжения для индуктивно-емкостной нагрузки содержит инвертор l, датчик 2 тока, элемент ИЛИ 3, цепь обратной связи

4, первый триггер 5 и второй триггер 6, элементы И 7, 8, первый пороговый элемент (нуль-орган) 9 и второй пороговый элемент 10 компаратор 11. Выход 12 инвертора I является выходом устройства.

На фиг. 2 показаны следующие сигналы: 13 — сигнал с датчика 2 тока; 14 — сигнал с нуль-органа 9;

15,16 — сигналы на выходах триггера 5; 17 — сигнал на выходе триггера 6; 18,19 — сигналы на выходах элементов И 7, 8.

Преобразователь работает следую.щим образом.

Инвертор .l может быть выполнен по одной из известных схем (мостовой или полумостовой) Для обеспечения возможности работы инвертора в широком диапазоне выходной мощности и . различных типов нагрузок его целесообразно выполнять с токовым управ5

10 I5

35 лением с помощью импульсных трансформаторов, когда мощность на открывание транзисторов инвертора берется иэ их коллекторных цепей. Такой инвертор требует выдачи управляющих сигналов в базовые цепи транзисторов каждого плеча инвертора в моменты изменения направления тока в инверторе. При включении устройства второй триггер 6 находится в положении, когда на его выходе присутствует сигнал "1" (позиция 17 на фиг. 2), который поступает на входы элементов И 7, 8. На одном из выходов первого триггера 5 устанавливается сигнал "1", а на другом . — сигнал

"0" (позиция 15, 16). В результате на выходе одного из элементов И, например элемента И 7, появляется сигнал "1", который поступает на управляющие входы транзисторов одного из плеч инвертора I и открывает их.

Через данное плечо начинает протекать ток в нагрузку.

Если преобразователь работает на индуктивно-емкостную нагрузку, то через инвертор потечет ток, форма которого определяется резонансными свойствами нагрузки. В состав инвертора 1 входит датчик 2,тока, который вырабатывает сигнал i (позиция 13), пропорциональный мгновенному значению тока, протекающего через инвертор 1, который поступает на входы нуль-органа 9, порогового элемента 10 и компаратора 11.

На первом пороговом элементе 9 устанавливается значение порога близкое к нулевому значению то1251 ка с датчика 2, на втором пороговом элементе 10 устанавливается значение порога i„„ соответствующее предельно допустимому для транзисторов значению тока.

В большинстве случаев переменный ток с инвертора на нагрузке выпрямляется и заряжает накопительную емкость нагрузки. При этом необходимо обеспечивать регулировку и стабилизацию постоянного напряже ия на емкости нагрузки. В этом случае организуется сигнал обратной связи, который характеризует напряжение на емкости нагрузки. Сигнал обратной связи поступает на один вход цепи обратной связи 4, на другой вход которой подается сигнал установки с источника опорного напряжения.

35

В первые моменты времени работы преобразователя напряжение на емкости нагрузки равно нулю и, следовательно, на выходе цепи обратной связи 4 имеется максимальный сигнал i„, который 25 поступает на первый вход компаратора 11 и который превьппает сигнал на втором пороговом элементе.

Поскольку в первый момент времени емкость нагрузки не заряжена, ток через преобразователь быстро нарастает и достигает порога i„, срабатывания второго порогового элемента 10 (имп.а, позиция 13), который при этом выдает на своем выходе импульс, который проходит через элемент ИЛИ 3 и своим передним фронтом перебрасывает триггер 5 в другое положение, в результате чего на входе элемента И 7 появляется сигнал "О", а сигнал "1" появляется на входе элемента И 8. Одновременно сигнал с выхода элемента ИЛИ 3 перебрасывает второй триггер 6 в другое положение, когда на его выходе появляется сигнал "0", который закрывает оба элемента И 7 и 8 (момент г.„, позиция 17).

Транзисторы первого плеча инвертора 1 закрываются, однако благодаря накопленной энергии в индуктивности нагрузки в ней возникает ЭДС самоиндукции, под действием которой ток в инверторе не прекращается мгновенно, а продолжает протекать через рекуперативные диоды другого плеча, постепенно уменьшаясь до нуля. 55

Когда ток i уменьшится до значения i„„„, срабатывает первый пороговый элемент 9 и на его выходе поя270 4 вится сигнал (позиция 14), который своим передним фронтом перебросит второй триггер 6 в прежнее положение, когда на его выходе появляется сигнал, открывающий элементы

И 7, 8 (момент t,, позиция 17). В результате этого открываются транзисторы другого плеча инвертора 1 и через нагрузку вновь начинает протекать ток. Когда ток возрастет от нуля до значения i„„ сигнал на выходе первого порогового элемента исчезает.

Описанный процесс протекания тока через преобразователь повторяется !имп. б, поэ. 13), Скорость нарастания и спадания тока при этом .определяется резонансными характеристиками индуктивно-емкостной нагрузки. По мере заряда емкости нагрузки скорость роста тока уменьшается, а длительность его импульсов увеличивается. Кроме того, по мере заряда емкости нагрузки, напряжение обратной связи на входе цепи обрат- ной связи 4 уменьшается и разностный сигнал i на ее выходе уменьшается.

Начиная с некоторого момента времени, сигнал 1 с выхода цепи обратной связи 4 станет меньше, чем значение i„„ . В этом случае, когда очередной импульс тока i с датчика

2 вырастет до величины i„, произойдет срабатывание компаратора 11, который при этом выдает на своем выходе короткий импульс, который проходит через элемент ИЛИ 3 и переключает второй триггер 6 в положение, когда на его выходе появляется сигнал "0" т.е. закрываются элементы И 7 и 8, а также переключает первый триггер 5. В результате моменты переключения плеч инвертора 1 и длительность импульсов протекания тока начинают определяться моментом срабатывания компаратора

11 (импульсы В,g, позиция 15).

Процесс протекания тока при этом происходит аналогично описанному.

По мере заряда емкости нагрузки напряжение на ней увеличивается, разностный сигнал на выходе цепи обратной связи 4 уменьшается и соответственно уменьшается амплитуда импульсов тока, определяемая моментом срабатывания компаратора 11 до тех пор, пока на нагрузке не

1251270 установится требуемое напряжение,,заданное напряжение уставки на источнике опорного напряжения. При этом устройство находится в динамическом равновесии с заданным режимом, а именно: при уменьшении напряжения на нагрузке увеличивается разностный сигнал на выходе цепи обратной связи

4, что приводит к увеличению значения тока i, при котором срабатывает 10 к компаратор 11, а значит к увеличению амплитуды импульса тока и соответственно напряжения на емкости нагрузки и наоборот, т.е, автоматически осуществляется стабилизация напряже- 15 ния на трубке ° При изменении уставки на источнике опорного напряжения изменяется величина сигнала i„ изменяется амплитуда импульсов тока и соответственно.на емкости нагрузки уста- 20 навливается новое значение напряжения, т,е. осуществляется регулировка напряжения на нагрузке.

Если в процессе работы преобразователя по каким-либо причинам происходит существенное увеличение тока нагрузки, то уменьшается напряжение на емкости нагрузки, увеличивается сигнал и ток-через тиристоры инвертора начинает ограничиваться вторым по- 30 роговым элементом 10, что предотвращает выход транзисторов из строя от перегрузки по току.

Как видим из диаграмм {позиции 18, 19), во всех случаях происходит автоматическое формирование защитных ин" тервалов между моментами закрывания транзисторов одного плеча и открыванием транзисторов другого плеча инвертора 1, что предотвращает образование сквозных токов в инверторе.

Таким образом, предложенное устройство обеспечивает подстройку инвертора под резонансные характеристики ин- . дуктивно-емкостной нагрузки ° При этом, как видно из диаграмм, происходит изменение как частоты следования импуль. сов (ЧИМ), так и длительности импульсов (Ц1ИИ). Это обеспечивает возможность работы предложенного преобразователя с различными нагрузками и в широком диапазоне потребляемой мощности без опасности образования сквозных токов в инверторе и выхода транзисторов инвертора из строя. формула изобретения

Преобразователь напряжения для индуктивно-емкостной нагрузки, содержащий инвертор, датчик тока, цепь обратной связи, компаратор, первый и второй пороговые элементы, два элемента И, причем выход цепи обратной связи подключен к первому входу компаратора, датчик тока подключен входом в силовую цепь инвертора, а выходом — к входу первого порогового элемента, а элементы И выходами подключены к противофазным управляющим входам инвертора, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения надежности, он снабжен элементом

ИЛИ и двумя триггерами, элемент ИЛИ подключен первым входом к выходу второго порогового элемента, входом соединенного с выходом датчика тока и вторым входом компаратора,выходом соединенного с вторым входом элемента !

ИЛИ, подключенного выходом к входу первого триггера и к первому входу второго триггера, второй вход которого соединен с выходом первого порогового элемента, а выход — с объединенными первыми входами элементов И, вторыми входами, подключенными к противофазным выходам первого триггера.!

25)270

<пор мин

1б

Составитель Н. Цишевская

Техред О.Гортвай Корректор М. Демчик

Редактор М. Бандура

Заказ 4423/55 Тираж 631

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4