Устройство для управления и защиты преобразователя

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано во вторичных источниках питания со звеном повьппенной частоты. Целью изобретения является повьшение надежности устройства. Устройство для управления и защиты преобразователя содержит входной вьтрямитель 2, подключенный через токоограничивающий дроссель 33 и датчик тока 3 к входу инвертора ,л 4, выход которого через выходной выпрямитель 5 и фильтр 6 соединен с нагрузкой, усилитель 9 обратной связи , широтно-импульсный модулятор 12 и усилитель мощности 7, а также два пороговых органа 8, 13, триггер защиты 16, элемент памяти 19, элемент ИЛИ 14, главный ключ защиты 20, блок задержки включения 22 и два пороговых элемента 25 и 26. Осуществлена защита от снижения питания схемы управления , задержка включения инвертора 4 от момента включения в сеть до момента окончания переходных процессов во входном выпрямителе 2, защита по максимальному току и токовая отсечка , причем на этапе бестоковой паузы функция защиты передается ключу паузы. Кроме того, устройство содержит диод 37 и элемент И 35 для устранения аварийного режима преобразователя при одновременном появлении двух логических единиц на выходах триггера 36 управления широтно-импульсного модулятора 12, что приводит к одновременному включению диагоналей инвертора 4. 5 ил. (Л со со ;о эо 05 СГ5 го

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СО(ф)АЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К АBTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) 1336171 (21) 4168509/24-07 (22) 29.12.86 (46) 30.05.88. Бюл. Ф 20 (71) Научно-исследовательский институт автоматики и электромеханики при

Томском институте автоматизированных систем управления и радиоэлектроники (72) В.Н.Мишин, В.А.Пчельников, Г.А.Ракитин и А.С.Бикулов (53) 62 1.3 16.925.4(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР и 1336171, кл. Н 02 М 3/24, Н 02 Н 7/12, 1985. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ И ЗАЩИЧЪ1 ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано во вторичных источниках питания со звеном повьппенной частоты. Целью изобретения является повышение надежности устройства. Устройство для управления и защиты преобразователя содержит входной выпрямитель 2, подключенный через токоограничивающий дроссель

33 и датчик тока 3 к входу инвертора

„„Я0„„139986 А 2 (11 4 Н 02 M 3/24 Н 02 Н 7/12

4, выход которого через выходной выпрямитель 5 и фильтр 6 соединен с нагрузкой, усилитель 9 обратной свяширотно-импульсный модулятор 1 2 и усилитель мощности 7, а также два пороговых органа 8, 13, триггер защиты 16, элемент памяти 19, элемент

ИЛИ 14, главный ключ защиты 20, блок задержки включения 22 и два пороговых элемента 25 и 26. Осуществлена защита от снижения питания схемы управления, задержка включения инвертора 4 от момента включения в сеть до момента окончания переходных процессов во входном выпрямителе 2, защита по максимальному току и токовая отсечка, причем на этапе бестоковой паузы функция защиты передается ключу паузы. Кроме того, устройство содержит диод 37 и элемент И 35 для устранения аварийного режима преобразователя при одновременном появлении двух логических единиц на выходах триггера 36 управления широтно-импульсного модулятора 12, что приводит к одновременному включению диагоналей инвертора 4. 5 ил.

1399866

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть испольэовано во вторичных источниках питания со звеном повышенной частоты. 5

Целью изобретения является повышение надежности устройства.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства для управления и защиты преобразователя на 10 фиг. 2 — пример построения порогового органа; на фиг. 3 — один из вариантов усилителя мощности; на фиг. 4 — пример выполнения схемы главного ключа защиты; на фиг. 5 — блок задержки включения °

Устройство для управления и защиты преобразователя (фиг. 1) содержит входом 1 подключенный к питающей сети входной выпрямитель 2, первый вы- 20 ход которого через датчик 3 тока соединен с первым входом инвертора 4, вьмод которого через выходной выпрямитель 5 подключен к входу LC-фильтра

6, усилитель 7 мощности, выходом сое- 25 диненный с управляющим входом инвертора 4, первый пороговый орган 8, входом подключенный к выходу датчика

3 тока, и усилитель 9 обратной связи, первый вход которого соединен с 30 зажимом 10 для подключения источника опорного напряжения, а выход подключен к первому входу 11 широтно-импульсного модулятора 12. Устройство содержит также втоРой поРоговый ор- 35 ган 13, входом соединенный с выходом датчика 3 тока, а выходом — с первым входом элемента ИЛИ 14 и анодом первого диода 15, триггер .16 защиты, установочный вход которого подключен 40 к аноду второго диода 17 и выходу первого порогового органа 8, счетный вход — к синхрониэирующему выходу 18 широтно-импульсного модулятора

12, инвертирующий выход — через эле- 45 мент 19 памяти к первому входу главного ключа 20 защиты, а неинвертирующий выход соединен с катодом третьего диода 21, блок 22 задержки питания включения, вход которого подклю- 50 чен к зажиму 23 для подключения положительног0 источника питания, а выход соединен с вторым входом 24 широтно-импульсного модулятора 12, первый пороговый элемент 25, один вход которого подключен к зажиму 23 для подключения источника положительного напряжения, выход — к второму входу элемента ИЛИ 14, а второй вход соединен с выходом второго порогового элемента 26, входом подключенного к зажиму 27 для подключения отрицательного источника литания, причем выход фильтра 6 соединен с зажимом 28 для подключения нагрузки через датчик

29 выходного параметра, выход которого подключен к второму входу усилителя 9 обратной связи, выход 30 широтно-импульсного модулятора 12. подключен к третьему входу 31 широтноимпульсного модулятора 12, катодам первого 15 и второго 17 диодов и аноду четвертого диода 32, катодом соединенного с вторым входом главного ключа 20 защиты, третий вход которого подключен к выходу элемента ИЛИ

14, второй выход входного выпрямителя 2 соединен с токоограничивающим дросселем 33, зашунтированным пятым диодом 34, анод которого подключен к второму входу инвертора 4 °

Входы элемента И 35 подключены к выходам триггера 36 управления широтно-импульсного модулятора 12, а его выход через диод 37 к внходам элемента ИЛИ 38 широтно-импульсного модулятора 12.

11Ыротно-импульсный модулятор 12 моможет содержать (фиг. 1) задающий генератор 39, выходом подключенный к счетному входу триггера 36 управления и входу дифцепи 40, генератор 4 1 пилообразного напряжения, вход которого соединен с выходом дифцепи 40 и первым входом элемента ИЛИ 38, а выход — с первым входом компаратора 42 ° обратной связи, второй вход которого является первым управлякицим входом ключа 43 паузы, причем вьмоды триггера 36 управления через диоды 44 и 45 образуют выход 30 широтно-импульсного модулятора 12 и через диоды 46 и

47 соединены с вторым входом ключа

43 паузы, являющимся третий входом

3 1 широтно-импульсного модулятора

12, синхрониэирующим выходом 18 которого является выход задающего генератора 39.

Пороговый орган 8 (13) содержит (фиг. 2) компаратор 48, на вход которого включен измерительный резисторный мост 49, в плечо которого включен датчик 3 тока, а выход компаратора

48 подключен к светодиоду оптодиодной пары 50, управляющей полевым транзистором 51, выход которого является выходом порогового органа 8 или 13.

1399866

55

Усилитель 7 мощности для транзисторного инвертора 4, построенного, например, по мостовой схеме, включает в себя (фиг ° 1) два идентичных усилителя 52 и 53 мощности для управления силовыми транзисторами разных диагоналей моста, причем каждый из них может состоять (фиг. 3) из резистора 54, соединяющего зажим 23 для подключения положительного источника питания с входом усилителя 52 и

53 мощности и стабилитроном 55, и блока 56 для управления силовым транзисторным ключом, вход которого соединен с анодом стабилитрона 55, через диод 57 — с общей шиной схемы управления, а через резистор 58 — с зажимом 27 для подключения источни" ка питания отрицательного напряжения, причем выход блока 56 для управления силовым транзисторным ключом является выходом усилителя 52 или 53 мощности.

Главный ключ 20 защиты содержит . (фиг. 4) биполярный транзистор 59, базоэмиттерный переход которого через стабилитрон образует третий вход главного ключа 20 защиты, и гибридную полупроводниковую пару 60, эмиттер однопереходного транзистора которой является первым входом ключа

20 защиты, а анод тиристора составляет второй вход главного ключа 20 защиты ° .

Блок 22 задержки включения представляет собой (фиг. 5) пороговый элемент с времязадающей цепью по входу.

Устройство для управления и защиты преобразователя работает следующим образом.

При подаче сетевого напряжения на вход 1 входного выпрямителя 2, в качестве которого может быть использован диодный мост с ЬС-фильтром на выходе, на его выходах возникает постоянное напряжение, поступающее через датчик 3 тока и токоограничивающий дроссель 33 на входь инвертора 4. Одновременно поступает напряжение на схему управления, и канал образованный задающим генератором 39 и триггером 36 управления, формирует импульсы управления с коэффициентом заполнения j = 0 5.

При наличии на выходе триггера

36 управления напряжения "1" диод

44 или 45 закрыт и ток от положитель5

45 ного источника (зажим 23), протекая через резистор 54, стабилитрон 55 и диод 57, запирает управляющий ключ блока 56 для управления cHJIoBblM транзисторным ключом (фиг. 3). При этом силовой ключ инвертора открывается.

При налчии на выходе триггера 36 управления напряжения "0" диод 44 или

45 открыт, ток положительного источника (зажим 23) протекает через него, диод 57 запирается, а управляющий ключ блока 56 отпирается током источника отрицательного напряжения (за ì 27) через резистор 58. При этом силовой ключ инвертора 4 закрывается.

При наличии на выходах триггера 36 управления двух "1", которые одновременно поступают на входы элемента И 35, на выходе которого формируется напряжение "1", которая через диод 37 поступает на элемент ИПИ 38, отпирающий ключ 43 паузы, который через диоды 46 и 47 блокирует выходы триггера 36 управления и силовые транзисторы инвертора 4 остаются закрытыми, что позволяет избежать аварийного режима преобразователя.

Выходные импульсы задающего генератора 39, продифференцированные дифцепью 40, через элемент ИЛИ 38 откры. вают ключ 43 паузы на время бестоковой паузы, перекрывающей по длительности, например, для мостового преобразователя суммарное время saдержки канала управления и выключения силовых транзисторов иивертора, которое складывается из времени спада и времени рассасывания неосновных носителей.

Ключ 43 паузы через диоды 46 и

47 отсекает от импульса управления на выходе триггера 36 временной интервал, равный длительности бестоковой паузы В момент пуска до истечения промежутка времени, достаточного для окончания переходных процессов во входном выпрямителе 2 и в источнике питания схемы управления, на выходе блока 22 задержки включения присутствует положительное напряжение, через элемент ИЛИ 38 отпирающее ключ 43 паузы, который через диоды

46 и 47 блокирует выходы триггера 36 управления и силовые транзисторы инвертора 4 остаются закрытыми. По истечении времени задержки, определяемой блоком 22 задержки включения, на его выходе формируется напряжение, 1399866 близкое к нулю, и с третьего входа элемента ИЛИ 38 снимается сигнал запрета. Импульсы управления с выхода

30 широтно-импульсного модулятора 12

5 усиливаются усилителем 7 мощности и поступают на базы силовых транзисторных ключей инвертора 4. Инвертор запускается, и его выходное напряжение, выпрямленное, например, двухполупериодным выпрямителем 5 и отфильтрованное LC-фильтром 6, поступает через датчик 29 выходного параметра на зажим 28 для подключения нагрузки. 15

С выхода датчика 29 выходного параметра напряжение обратной связи и опорное напряжение зажима 10 подаются на входы усилителя 9 обратной связи, с выхода которого их усиленная 20 разность поступает на второй вход компаратора 42 обратной связи. На первый вход компаратора 42 подается линейно нарастающее напряжение с выхода генератора 41 пилообраэ- 25 ного напряжения, синхронизируемого выходными импульсами дифцепи 40. В случае возникновения .разницы между напряжением обратной связи и опорным напряжением íà 30 выходе компаратора 42 формируются положительные импульсы длительностью, пропорциональной величине указанной разницы, которые через элемент ИЛИ

38 открывают ключ 43 паузы, блокирую35 щий выходы триггера 36 управления и тем самым измен нот коэффициент за,полнения инвертора в сторону уменьшения или увеличения, в зависимости от знака возмущающего воздействия. 40

При уменьшении напряжений питания схемы управления на зажимах 23 и 27 до недопустимой величины срабатывают пороговые элементы 25 и 26, которые могут быть построены по схеме тригге- 45 ра Шмидта и через элемент ИЛИ 14 и транзистор 59 на управляющий электрод тиристора гибридной пары 60 главного ключа 20 защиты поступает отпирающий импульс. Тиристор открывается, и через диод 32 и диоды 46 и 47 блоки50 рует выходы триггера 36 управления, после чего преобразователь полностью отключается. Наличие этой защиты диктуется как необходимость поддержания нормальной работы схемы управ55 ления, так и жесткими требованиями по обеспечению номинальной величины базового тока силовых транзисторных ключей, недостаточность которого при максимальном токе коллектора может привести к перегреву силовых транзисторов и выходу их из строя.

Пороговые органы 8 и 13 настроены на разные уровни тока, причем пороговый орган 8, настроенный на уровень, незначительно превышающий уровень номинального тока первичной обмотки силового трансформатора, работает в системе токовой отсечки, а пороговый орган 13, настроенный на большую величину тока относительно порогового органа 8, через элемент ИЛИ 14 и главный ключ 20 защиты полностью отключает преобразователь. Такое построение вызвано необходимостью повышения надежности преобразователя. Оно позволяет осуществить страховку системы токовой отсечки в случае ее сбоя.

При увеличении тока нагрузки, коротком замыкании на выходе преобразователя, возникновении сквозного тока в инверторе 4 или замагничивании сердечника силового трансформатора инвертора на интервале пуска выходной ток входного выпрямителя 2, представляющий собой сумму тока первичной обмотки силового трансформатора инвертора 4 и его тока намагничивания, sosрастает, и при этом возрастает величина напряжения, снимаемого с датчика 3 тока на вход порогового органа

8. При достижении пороговой величины напряжение на выходе резисторного моста 49 (фиг. 2) меняет знак и компаратор 48 формирует на светодиоде оптопары 50 положительный импульс, после чего транзистор 51 запирается током фотодиода оптопары 50 и триггер

16 защиты, ранее приведенный в исходное состояние по счетному входу импульсов задающего генератора 39, опрокидывается. На его неинвертирующем выходе возникает напряжение "О", в связи с чем выходы триггера 36 управления блокируются через диоды 46 и

47 и диод 21, а силовые транзисторы инвертора 4 запираются. На инвертирующем выходе триггера 16 защиты появляется напряжение "1", которым за" ряжается конденсатор элемента 19 памяти до величины, пропорциональной отсекаемому интервалу импульса управления. Следующий тактовый импульс задающего генератора 39 возвращает триггер 16 защиты по счетному входу в исходное состояние, и через сило1399866 вые ключи инвертора 4 снова протекает ток. При наличии устойчивой перегрузки триггер 16 многократно срабатывает отсекая по времени зону net

5 регрузки и уменьшая длительность импульсов инвертора, одновременно заряжая конденсатор элемента 19 памяти.

По достижении на конденсаторе величины напряжения, достаточной для срабатывания однопереходного транзистора гибридной пары 60 (фиг.4) тиристор главного ключа 20 защиты отключает преобразователь в целом. Если перегрузка кратковременная, токовая отсечка защищает инвертор беэ отключения преобразователя. Постоянную времени элемента 19 памяти выбирают иэ условия недопустимости перегрева силовых транзисторов. В связи с тем, что время эапирания силовых транзисторов инвертора 4 с момента выдачи команды на включение определяется его временами спада и рассасывания, то для ограничения тока в течение этого промежутка времени в цепь питания инвертора 4 включен токоограничивающий дроссель с обратным диодом.

Таким образом, повышается надежность устройства, так как иэбегается аварийный режим работы преобразователя при одновременном появлении двух

"t" на выходах триггера управления, что приводит к одновременному включению диагоналей инвертора.

Формула изобретения

Устройство для управления и защиты преобразователя по авт. св.

Ф 1336171, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности, оно снабжено диодом и элементом И, входы которого подключены к выходам триггера управления, à его выход - через диод к выходу элемента ИЛИ.

1399866

1399866

Составитель О.Мещерякова

Редактор Т.Лазоренко Техред М.Ходаниц Корректор Н:Король

Заказ 2675/55 Тирах 665 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ухгород, ул, Проектная, 4