Регулируемый конвертор

 

Изобретение относится к электротехнике .в частности к источникам вторичного электропитания. Цель изобретенияповьш1ение технологичности и КПД путем увеличения точности симметрирования управляющих сигналов при перегрузке по току. Конвертор содержит канал 1 преобразования и канал 2 управления. Благодаря введению в последний датчика 19 тока, порогового элемента 20, триггера 21 защиты и элемента 2И 22 обеспечивается токовая защита в каждом из полупериодов коммутации. Ирц этом имеет место симметрирование сигналов управления силовым инвертором 4 в течение всего интервала действия перегрузки с исключением превышения тока в каждом из его плеч. Поскольку разрядности делителей 14, 26 частоты постоянны и отличаются на единицу, одновибратор 24 сохраняет длительность формируемого сигнала при изменении частоты генератора 9 синхроимпульсов. Этим устраняется необходимость технологической подстройки длительности одновибратора 24 и достигается некритичность к воздействию дестабилизирующих факторов. 2 ил. с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) А1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4081641/24-07 (22) 11.05. 86 (46) 07.01.88. Бюл. У 1 (71) Куйбьппевский электротехнический институт связи (72) А.Ф. Кадацкий, .Л.А. Сиротин и А.П. Мазуров (53) 621.316.722.1(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 1095160, кл. G 05 F 1/46, 1982.

Авторское свидетельство СССР

NI 1248008, кл. Н 02 M 3/335, 1985. (54) РЕГУЛИРУЕМИЙ КОНВЕРТОР (57) Изобретение относится к электротехнике.в частности к источникам вторичного электропитания. Цель изобретения— повьш(ение технологичности и КПД путем увеличения точности симметрирования управляющих сигналов при перегрузке по току. Конвертор содержит канал 1 преобразования и канал 2 управления. (51) 4 Н 02 М 3/335 G 05 F 1/573

Благодаря введению в последний датчика 19 тока, порогового элемента 20, триггера 21 защиты и элемента 2И 22 обеспечивается токовая защита в каждом из полупериодов коммутации. При этом имеет место симметрирование сигналов управления силовым инвертором 4 в течение всего интервала действия перегрузки с исключением превышения тока в каждом из его плеч. Поскольку разрядности делителей 14, 26 частоты постоянны и отличаются на единицу, одновибратор 24 сохраняет длительность формируемого сигнала при изменении частоты генератора 9 синхроимпульсов. Этим устраняется необходимость технологической подстройки длительности одновибратора 24 и достигается некритичность к воздействию дестабилизирующих факторов.

2 ил. 1 13

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования при реализации вторичного электропитания вычислительной аппаратуры, а также систем автоматики, телемеханики и связи.

Цель изобретения — повышение технологичности и КПД путем увеличения точности симметрирования управляющих сигналов при перегрузке по току.

На фиг.) представлена функциональная схема предлагаемого регулируемого конвертора; на фиг.2 — временные ди аграммы сигналов, иллюстрирующие работу конвертора.

Конвертор содержит силовой канал 1 преобразования и канал 2 управления, первичный источник 3 напряжения постоянного тока. Канал 1 преобразования включает управляемый силовой инвертор

4 с двухтактным усилителем 5 мощности и трансформатор 6 со средним выводом, блок 7 выпрямления и фильтрации. Питающий вход управляемого силового инвертора 4 соединен с выводами для подключения первичного источника 3 напряжения постоянного тока. Вход блока 7 выпрямления и фильтрации соединен с выходом управляемого силового инвертора 4, а выход — с выводами для подключения нагрузки 8, Канал 2 управления содержит генератор 9 синхроимпульсов, формирователь 10 длительности паузы, формирователь 11 пилообразного напряжения, широтно-импульсный модулятор 12, блок

13 управления, первый делитель 14 частоты, первый 15 и второй 16 согласующие элементы, первый )7 и второй

18 селекторы, датчик !9 тока, пороговый элемент 20, триггер 21 защиты, элемент 2И 22, второй делитель 23 частоты (на два), одновибратор 24 с последовательно включенными формирователем 25 строб-импульсов, третьим делителем 26 частоты и инвертором 27, Выход генератора 9 синхроимпульсов через первый делитель 14 частоты подключен к входу формирователя 10 длительности паузы. Вход формирователя

11 пилообразного напряжения соединен с входом формирователя 10 длительности паузы, а выход — с первым входом широтно-импульсного модулятора 12, Выход блока 13 управления подключен к второму входу широтно-импульсного модулятора !2, Выход второго делителя 23 частоты (на два) соединен с

65290 2 вертым входам селекторов 17 и 18. Вхо.ды элемента 2И 22 соединены с выходами формирователя 10 длительности паузы и триггера 21 защиты, а выход35 с входом формирователя 25 строб-импульсов, Пятый вход первого селектора 17 подключен к выходу инвертора

27 одновибратора 24, а пнтый вход второго селектора 18 — к выходу широтно-импульсного модулятора 12, Конвертор работает следующим обра.зом.

Силовой канал 1 преобразует электрическую энергию первичного источника 3 напряжения постоянного тока. из одного уровня (количества и ка чества) в другой, требуемый для функционирования нагрузки 8. Регулирование уровня поступаемой в нагрузку 8 электри50 ческой энергии î" óùåñòâëÿåòñÿ силовым инвертором 4 с использованием пРиндипа BIHP0THo HMII5iJIbcHoH моДУлЯции, Сигнал управления инвертором 4 вырабатывается каналом 2 управления.

С выхода генератора 9 синхроим55 лульссв сигнал с периодом Т поступает на входы делителей 14 и 26 частсты. Выходное напряжение U,» (фиг.2а) делителя 14 частоты с периодом Т,» ис5

1г, 20

30 выходом формирователя 1О длительности паузы. Вход третьего делителя 26 частоты подключен к выходу генератора 9 синхроимпульсов. Первый вход первого селектора 17 соединен с выходом формирователя 10 длительности паузы, второй вход — с выходом второго делителя 23 частоты, третий вход †..с выходом широтно-импульсного модулятора 12, а выход через первый согласующий элемент 15 — с одним иэ управляющих входов управляемого силового инвертора 4, Первый вход второго селектора 18 подключен к выходу формирователя 10 длительности паузы, второй вход — к выходу инвертора 27 одновибратора

24, третий вхоц — к выходу второго делителя 23 (на два) а выход через второй согласующий элемент 16 — к другому управляющему входу силового инвертора 4. Датчик 19 тока включен к общую токовую цепь силового инвертора 4 и выходом соединен с входом порогового элемента 20. Один из входов триггера 21 защиты подключен к выходу формирователя 1О длительности паузы, другой вход — к выходу порогового элемента 20, а выход — к чет35

3 ) 3652 пользуется для синхронизации формирователя 10 длительности паузы. Последний на фронт (перепад О/1) указанного сигнала вырабатывает импульсы U,o (фиг.26) длительностью „ . Длительность 6, сокращается максимально возможное время ht„„,„,открытого состояния силовых коммутирующих транзисторов у ителя 5У т.е 6 tь „.Г Ti4 /2- 10 — -4о . Воздействие выходного сигнала

11, формирователя 10 на вход формирователя 11 обеспечивает на выходе последнего пилообразное напряжение U „ (фиг.2г), подлежащее сравнению в ши- 15 ротно-импульсном модуляторе 12 с напряжением U,, вырабатываемым блоком

13 управления. Выходные сигналы делителя 23 частоты (на два) противофазны ° (один иэ них U показан на гз фиг.2в), их период равен двум периодам Т« выходного сигнала U« делителя 14 частоты (в качестве делителя

23 частоты может быть использован триггер в счетном режиме работы). 25

Воздействие противофазных сигналов

I О

U u U на соответствующие входы селекторов 17 и 18 обеспечивает прохождение на их выходы широтно-модулированного сигнала U (фиг.2 ) с вы- 30 хода модулятора 12 в интервалы времени, соответствующие высоким уровням сигналов делителя 23 частоты с образованием в итоге сигналов Ulq u

UI< (фиг.2 м,н).

Высокий уровень выходного сигнала

Б„г модулятора 12 соответствует пре вышению сигнала U ly блока 13 управления над сигналом U формирователя

11, Высокие уровни выходных сигналов

U 4I II U>lI селекторов 17 и 18 соответствуют одновременному присутствию высоких уровней напряжений на четырех их входах.

При отсутствии перегрузки по току 4> на выходе порогового элемента 20 присутствует низкий уровень напряжения (фиг.2е). При этом состояние триггера 21 защиты — высокий уровень выходного напряжения Бг, (фиг.2ж) — определяется воздействием (с периодом

Т„4) выходного сигнала U формирователя 10, а именно, его фронтом — перепадом О/l. Состояние еще одних входов селекторов 17 и 18 определяет вы- 55 ходной сигнал инвертора 27. Формирователь 25 строб-импульсов формирует импульсы UI6- (фиг.2и) положительной полярности большой скважности на люЯо

4 бой перепад 10 выходного сигналя элемента 2И 22 (фиг.2з). Появление низкого уровня на выходе указанного элемента обеспечивается при наличии на любом из его двух входов низкого уровня напряжения. На первый вход элемента 2И 22 воздействует выходной сигнал формирователя УФ . Импульсы

U с низким уровнем напряжения повторяются с периодом Т,, Поэтому при наличии высокого уровня напряжения на выходе триггера 21 защиты (cooT ветственно и на первом входе элемента 2И 22)на выходе элемента 2И 22 обеспечивается сигнал Пг (фиг.2з), аналогичный сигналу U на выходе формирователя 10. На перепад 1/О выходного сигнала U элемента 2И 22 формирователь 25 строб-импульсов обеспечивает строб-импульсы П,4- (наприМЕР у B MOMeHTbl t о у "рг ф ° ° ° ° t O4 1

top oto61 фиг,2и), которые сбрасывают (устанавливают в "0", фиг. 2к) воздействием на R вход делителя 26 частоты. Независимо от уровня его выходного сигнала в моменты сброса через интервал времени Т,4 на выходе делителя 26 частоты появляется высокий уровень напряжения. Для рассматриваемого режима работы, моменты появления укаэанных высоких уровней напряжения . (фиг.2к, tо,,t„ . ..tp<

6,.. ° ) совпадают с фронтами импульсов формирователя 10 длительности паузы (фиг, 2б), поэтому длительность этих высоких уровней напряжения стремится к нулю, Это обеспечивается соответствующим выбором разрядностей делителей 14 и 26 частоты, а именно, выбором разрядности делителя 26 на единицу выше разрядности делителя 14. В результате при отсутствии перегрузки по току выходной сигнал делителя 26 (с учетом инвертирования инвертором 27) является разрешающим для селекторов 17 и 18, Поэтому, например, на выходе селектора 17 присутствует на интервале йо + Т« положительный импульс (фиг, 2м) длительностью 17 =г. о э определяемый одновременным присутствием высоких уровней напряжения на всех пяти его входах, поступаемых на первый с выхода формирователя 10 (фиг,2б), на второй — с выхода делителя 23 частоты (фиг,2в), на третий — с выхода модулятора 12 (фиг.2д), на четвертый — с выхода триггера 21

10

2О

3S

5 136 защиты (фиг,2ж), на пятый — с выхода инвертора 27 (фиг,2л), Итак, при отсутствии .перегрузки по току режим преобразования и регулирования электрической энергии определяется соотношением уровней сигналов U,„ è Уя блока 13 управления и формирователя ll (фиг,2г). При работе в режиме стабилизации Б„ является функцией напряжения тока в цепи нагрузки 8 (на фиг.l этот режим отражен пунктирной линией), связывающей нагрузку 8 и блок 13 управления, который в данном случае выполняется как усилитель сигнала рассогласования.

В режиме перегрузки по току коммутации напряжение U<< на выходе датчика 19 тока достигает опорного напряжения Пщ порогового элемента 20, и на выходе последнего формируется высокий уровень напряжения, Предположим, что указанная ситуация произошла в момент времени tz (фиг. 2е,п). На фронт выходного сигнала Б (фиг.2е) порогового элемента 20 триггер 21 защиты устанавливается в низкий уровень напряжения (фиг.2ж), который сохраняется до момента времени t = 0 +

+,0, т,е. до воздействия (срезом— перепадом О/1) выходного сигнала U„o формирователя 10. Наличие на любом из входов селекторов 17 и 18 низкого уровня обеспечивает низкий уровень на их выходах. В результате на выходе селектора 18 длительность положительного импульса сокращается до

>t

U<,, фиг,2г, и соответствовала.бы 1 а = о .п, Фиг .2н), Низкий уровень напряжения триггера 21 защиты (фиг.2ж) проходит на выход элемента 2И 22. 3то обеспечивает в момент

I времени t< формирование 1на перепад

О/1) формирователем 25 положительного импульса U длительностью b t и сброс делителя 26 частоты, Разрядность последнего выбрана из условия обеспечения на его выходе положительного уровня напряжения после сброса через интервал времени Т, (фиг.2к), Высокий уровень напряжения на выходе делителя 26 частоты сохраняется до момента времени to4 ° В указанный момент времени формирователь 25 сбрасывает делитель 26 частоты положи5290 в тельным импульсом (фиг.2и), формируемым на перепад l/О выходного сигнала U элемента 2И 22. Отрицательный уровень напряжения формирователя

10 на интервале времени -(с„ +с,) не изменяет состояния выходного сигнала элемента 2И 22, так как на его втором выходе присутствует низкий уровень напряжения (фнг.2з), поступающий с выхода триггера 21 защиты (фиг,2ж).

Поскольку формирователь 25 формирует положительные импульсы лишь на перепад 1/О выходного сигнала элемента 2И 22, на указанном интервале состояние формирователя 25 не изменяется (на его выходе присутствует низкий уровень напряженйя, фиг.2и). В ре. зультате сброса делителя 26 частоты не происходит, до момента времени он работает в режиме деления частоты сигнала, поступающего на вход синхронизации с выхода генератора 9, Низкий уровень напряжения на выходе инвертора 27 сохраняется до момента времени t < (фиг,2л), т.е, до момента воздействия перепадом О/1 выходного сигнала формирователя 10 (фиг,26).

Наличие низкого уровня напряжения на пятом входе селектора 17 и втором входе селектора 18 обеспечивает на интервале времени (+ Т, ) — t« низкие уровни напряжений на их выходах (фиг.2м,н), В результате этого на обмотках трансформатора 6 обеспечиваются симметричные, смещенные на

Т< прямоугольные импульсы (фиг.2р) длительностью а ц . Если в следующие т периоды работы конвертора перегрузки по току не происходит, на выходах триггера 21 защиты и инвертора 27 обеспечивают высокие уровни напряжений (фиг ° 2, сплошные линии соответственно диаграмм ж, л). При этом режим преобразования электрической энергии конвертора определяется U,> и U Передний фронт выходного сигнала U,- (U » ) селектора 18(17) смещен всегда на интервал времени Т атнo<".èòenüío переднего фронта выходног" сигнала U„,(U 8) селектора

17(18), поскольку они совпадают по времени с перепадом О/1 выходного сигнала U,o формирователя 10 (фиг..26, моменты времени t p, + „,, t +,,

+ )Q у ° в о р о

7 1365290

Точность воспроизведения среза выходного сигнала U17 (U() ) сел кто ра 17(18) в режиме перегрузки по току зависит от длительности выходных сигналов: периода Тл, генератора 9

5 и строб-импульса h,tz формирователя.

25. При заданных Тл и требуемой точности k(a Х) воспроизведения среза выходного сигнала 13лл (11, ) селектора 17(18), пренебрегая временем удержания делителя 26 частоты в состоянии "0" сигналов с выхода формирователя 25, для выбора периода Т выходного сигнала генератора 9 можно записать условие

Т <0, 021сТ л .

2Тлф 11

n - =6 log

Делители 14 и 26 частоты наиболее просто реализуются на основе двоичных счетчиков. В этом случае разрядность п делителя 26 частоты определяется в виде где E (J — целая часть числа

log <(2T 14,/T> ), При. этом разрядность 11 делителя

24 частоты всегда на единицу меньше

M=n-1.

Рассматривают случай возникнове- ния перегрузки по току в первом пле че силбвого инвертора 4 (фиг.2о), например, в момент времени t (ука-! занному режиму работы соответствуют пунктирные линии временных диаграмм фиг.2). При этом полагают, что данная перегрузка произошла повторно (с учетом перегрузки в момент времени

t, фиг.2п) — одновибратор 24 (точнее делитель частоты 26) находится в режиме счета, Поскольку триггер 21 защиты в момент времени t zq + Г, установлен (фиг. 2ж) в высокий уровень выходного напряжения, фронт выходного сигнала U-, порогового элемента

20 в момент времени t перегрузки

I (фиг. 2е), устанавливает триггер 21 защиты в низкий уровень (фиг,2ж, пунктирная линия). Это устанавливает делитель 26 частоты в момент времени в состояние, соответствующее моЪ ! менту t, т.е, с момента t> инвертор 27 опять начинает формировать сигнал, запрещающий с момента времеI ни tz + Тл+ прохождение сигналов управления на выходе селекторов 17 и

18. Соответственно исключается и прохождение электрической энергии от первичного источника 3 напряжения постоянного тока в нагрузку 8. При этом на обмотках трансформатора 6 инвертора 4 формируются смещенные на Т, прямоугольные импульсы равной длительности ц (фиг.2о) ° .

Таким образом„ осуществляется защита от перегрузки по току коммутации в каждом из полупериодов коммутации, При этом обеспечивается и симметрирование работы регулируемого конвертора в течение всего интервала действия перегрузки, исключается превышение тока в каждом из плеч коммутации конвертора, В качестве датчика

l9 тока может быть использован резистор с разделительным трансформатором, например при мостовой или полумостовой схемах двухтактного усилителя 5 мощности. При этом вторичная обмотка (со средним выводом) трансформирует сигнал, пропорциональный токам плеч инвертора 4. Б предлагаемом конверторе вторичные полуобмотки через диоды подключаются на вход порогового элемента 20, и сигналы, пропорциональные коммутируемым в плечах конвертора токам, воздействуют на его вход отдельно, В предлагаемом конверторе идентичность сигналов управления в обоих полупериодах обеспечивает высокую эффективность процесса преобразования электрической энергии в двухтактных преобразователях электрической энергии, поскольку в режиме перегрузки по тдку имеет место практически одинаковое время (фиг.2,р) открытого и закрытого состояний транзисторов двухтактного и закрытого состояний транзисторов двухтактного преобразователя в течение одного периода, чем исключается подмагничивание силового трансформатора и повышается КПД и надежность конвертора.

Изменение частоты задающего генератора 9 приводит к изменению периода Т„, однако одновибратор 24 сохраняет .длительность формируемого сигнала (с учетом изменения Тлл), поскольку разрядности делителей 14 и 26 частоты постоянны и отличаются на единицу. Этим исключается необходимость технологической подстройки длительности одновибратора 24 и достигается некритичность к воздействию раз9

1З личных дестабилизирующих факто ров.

Формулаизобретения

Регулируемый конвертор, содержащий силовой канал преобразования электрической .энергии, включающий управляемый силовой инвертор, питающий вход которого соединен с выводами для подключения первичного источника напряжения постоянного тока, и блок выпрямления и фильтрации, вход которого соединен с выходом управляемого силового инвертора, а выход — с выводами для подключения нагрузки, канал управления, включающий генератор синхроимпульсов, выход которого через первый делитель частоты подключен к входу формирователя длительности паузы, формирователь пилообразного напряжения, вход которого соединен с выходом формирователя длительности паузы, а выход — с первым входом широтно-импульсного модулято" ра, блок управления, выход которого подключен к второму входу широтно-импульсного модулятора, второй делитель частоты, вход которого соединен с выходом формирователя длительности паузы, одновибратор с последовательно включенными формирователем стробимпульсов, третьим делителем частоты, вхоц которого подключен к выходу генератора синхроимпульсов, и инвертором, первый селектор, первый вход которого соединен с выходом формирователя длительности паузы, второй вход— б5290 с выходом второго делителя частоты, третий вход с выходом широтно-импульсного модулятора, а выход через

5 первый согласующий элемент — с одним из управляющих входов. управляемого силового инвертора, второй селектор, первый вход которого подключен к выходу формирователя длительности паузы, второй вход — к выходу инвертора одновибратора, третий вход — к выходу второго делителя частоты, а выход через второй согласующий элемент— к другому управляющему входу управляемого силового инвертора, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения технологичности и КПД путем увеличения точности симметрирования управляющих сигналов при перегрузке по току, в него введены датчик тока, пороговый элемент, триггер защиты и элемент 2И, причем датчик тока включен в общую токовую цепь силового инвертора и выходом соединен с

25 входом порогового элемента, один из входов триггера защиты подключен к выходу формирователя длительности паузы, другой вход — к выходу порогового элемента, а выход — к четвертым

gp входам селекторов, входы элемента 2И соединены с выходами формирователя длительности паузы и триггера защиты, а выход " с входом формирователя строб-.импульсов, пятый вход первого селектора подключен к выходу инвертора одновибратора, а пятый вход второго селектора — к выходу широтно-импульсного модулятора.

1365290

Viz

ly и

4и е

Рог.2

Редактор И. Горная

Заказ 6652/52 Тираж 665 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r, Ужгород, ул ° Проектная, 4

Ь о

Vjp

/

Vg

Ъ,Va г

Составитель Л. Морозова

Техред M.Äéäûê Корректор С, Шекмар