Устройство для управления и защиты преобразователя

 

Изобретение относится к электротехнике. Целью изобретения является уменьшение массы и габаритов устройства. Устройство для управления и защиты преобразователя содержит цепи управления и защиты, а также снабжено инвертирующим усилителем 35, включенным между выходом входного выпрямителя 2 и входами опорного напряжения двух пороговых органов 8 и 13. В пределах области безопасной работы силовых транзисторов инвертора 4 уровень уставки тока, на который реагируют пороговые органы 8 и 13 защиты, изменяется обратнопропорционально уровню выходного напряжения входного выпрямителя 2. 7 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (П) (5)) 4 Н 02 Н 7/12

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) 1336171 (21) 4358866/24-07 (22) 05,01 ° 88 (46) 15.11.89. Бюл. )1 - 42 (7 ) Научно-исследовательский институт автоматики и электромеханики при Томском институте автоматизированных систем управления и радиоэлектроники (72) В.Н.Мишин, В.А.Пчельников и В, В,Леонов (53) 621 ° 316, 925. 4 (088. 8) (56) Авторское свидетельство СССР !

1 - 1336! 71, кл. Н 02 М 3/24, Н 02 Н 7/12, 1985 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ 1 ЗАЩИТЫ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

2 (57) Изобретение относится к электротехнике, Целью из обретения явля ется уменьшение массы и габариты устройст", ва, Устройство для управления и защиты преобразователя содержит цепи управления и защиты, а также снабжено инвертирующим усилителем 35, включенным между выходом входного выпрямителя

2 и входами напряжения двух пороговых органон 8 и 13, В пределах области безопасной работы силовых транзисторов инвертора 4 уровень устновки тока, на который реагируют пороговые органы

8 и 13 защиты, изменяется обратно пропорционально уровню выходного напряжения входного выпрямителя 2, 7 ил, 1522345

Изобретение относится к преобразовательной технике и,.гожет быть использовано во вторичных источниках питания со звеном повышенной гастоты, является дополнитепьньгм к основному авт, св. Р 1336171, Jeer-, изобретения — уменьшение массы и габаритов устройства.

На фиг. 1 представлена функциональ-10 ная схема устройства для управления и защиты преобразователя; на фиг. 2— пример построения схемы порогового . органа, на фиг, 3 — один из вариантов ! усилителя,мощности: на фиг, 4 — пример15 вьгполнения схемы главного ключа защи-:

Ф ты; на фиг. 5 — вариант блока задержки включения; на фиг, 6 — схема инвертирующего усилителя; на фиг.- 7 — область безопасной работы транзистора 20

КТ840А в качестве примера для описания работы устройства.

Устройство для управления и зашиты преобразователя (фиг. 1) содержит входом 1 подключенный к питающей сети 25 входной выпрямитель 2, первый выход которого через датчик 3 тока соединен с первым входом инвертора 4, выход которогс через выходной выпрямитель 5 подключен к входу фильтра 6, усилитель 7 мощности, выходом соединенгп1й

1 с управляющим входом иыверторе 4г. пороговый орган 6, входом подключенный к вьгходу датчика 3 тока и усилитель

9 обратной связи, первый вход которо- 3 го соединен ". =.àæèìîì 10 для подклю.чения источника спорного напряжения, а гзьгход подключен к первому входу 11 широтно-импульсного модулятора 12, Устройство содержит также второй по.рбговый, орган 13, входом соединенный с .выходом датчика 3 тока, а выходом— с первым входом элемента ИЛИ 14 и анодом первого диода 15, триггер 16 защиты, установочньги вход которого под- 5 ключен к аноду второго диода 17 и выходу первого порогового органа 8, счетный вход — к синхронизирующему выходу 8 широтно-импульсного модулятора 12, инвертирующий выходу — через элемент 19 памяти к первому входу главного ключа 20 защиты, а неинвертирующий выход соединен с катодом третьего диода 21, бпск 72 задержки включения, вход г;оторого подключен 55 к з ажииу 23 для подключения положи". тельного источника питания, а выход соединен с вторым входом 24 широтно-" импульсного модулятора 12, первый порогсвг>гй элемент 25, один вход которого подключен к з ажкггу 23 для iro,,r»-.:очения положительного источника питаиия, выход — к второму входу элемента KIH 14, а второй вход соединен с выходом второго порогового элемента

26,, входом подключенного,к., зажиму 27 для ПОдключеегия источника питания отрицательным напряжением, причем выход фильтра 6 соединен с зажимом 28 дпя подключения нагрузки через датчик

29 выходного параметра, выход котОрО го подключен к второму входу усилителя 9 обратной связи, выход 30 mrr— ротно-импульсного модулятора 12 соединен с входом усилителя 7 мощности, анод третьего диода 21 подключен к третьему входу 3 r rarrporrro-импульсного модулятора 12, катодам гервого

15 и второго 17 диодов и аноду четвер того 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 токоограничиваюшим дрссселем 33, зашунтированным пятьгм циоцом 34, анод которого подключен ко второму входу инвертора 4, Устройство для управления и защиты преобразователя дополнительно включает в себя инвертирующий усилитель 35, цва входа которого соединены с выхоцом входного выпрямителя 2, а выход подключен к дсполнительггьгм входам первого 8 и второго 13 порогового органа, Широтно-импульсный модулятор 12 может содержать (фиг, ) задающий генератор 36, выходом подключенньгй Ic счетному входу триггер" 37 управления и к входу дифцепи 38, генератор 39 нилов образного напряжения, вход которого соединен с выходом дифцепи 38 и с первым входом элемента ИЛИ 40„ выход с первым входом компаратора 41 обратной связи, второй вход которого является первым входом 11 широтноимпульсного модулятора (2, а выход подключен к второму входу элемента

HEM 40, третий вход которо "о служит входом 24 широтно-импупьсного модулятора 12, а выход соединен с управляющим входом ключа 42 паузы, причем выходы триггера 37 управления через диоды 43 и 44 образуют выход 30 широтноимпульсного модулятора !2 и через диоды 45 и 46 соединены с силовым вхо1 2?345 дом ключа 42 паузы, являющимся третьим входом 31 ниротна-импульсного модулятоipa 12, синхронизирующим выходам 18 которого является выход генератора 36.

Пороговый орган 8 или 13 содержит (см, фиг, 2) компаратор 47, на входе которого включен измерительный резисторный мост 48, в плечо которого включен датчик 3 тока, а выход компарата- 10 ра 47 пацключен к светодиоду оптоциоднай пары 49, управляющей полевым транзистором 50, выход которого является выходом пороговога органа 8 или 13, Усилитель 7 мощности для транзистор-> ного инвертора Й, построенного например „ по мостовой схеме включает в се1 бя (фиг, ) два идентичных усилителя

51 и 52 мощности дчя управления силовыми транзисторами разных диагоналей 20 моста, причем каждый из них может состоять (см, фиг. 3) из резистора 53, соединяющего зажим 23 для подключения источника питания положительный напряжением с входом усилителя 51 и 52 мощ-25 ности и стабилитропам 54 и блока 55 для управления силовым транзисторным ключем, вход которого соединен с анодом стабилитрана 54, через диод 56— с общей шикай схемы управления, а че- 36 рез ре.зистор 57 с зажимом 27 для подключения источника питания отрицательным напряжением, Главный ключ 20 защиты содержит (фиг ° 4) биполярный транзистор 58, базоэмиттерный переход которого через стабилитрон образует третий вход главного ключа 29 защиты, и гибридную полу. проводниковую пару 59, эмиттер ацнопереходного транзистора которой являетсяЩ первым входом ключа 20, а анод тиристора составляет второй вход главного ключа 20 защиты„

Блок 22 задержки включения представляет собой (фиг. 5) пороговый элемент,gg с времязадающей цепью по входу, Инвертирующий усилитель .35 может содержать (фиг. Б) операционный усилитель 60, к входу которого подключены два делителя, состоящие из стабилитро-50 нов 61, 62 и резисторов 63, 64, На фиг. 7 представлен пример области 65 безопасной работы конкретного транзистора (КТЬ4ОА}, эона 66 безопасной работы, реализуемая пороговым ор- 55 ганом 13, имеющим постоянную величину опорного напряжения, и эона 67, реализуемая пороговым органом 13 с изменяемым опорным напряжением, Устройство для управления и защить преобразователя работает. следующим об- раз QM, При подаче сетевого напряжения на вход 1 входного выпрямителя 2, в качестве которого может быть использован днодиый мост с,С-фильтром на выходе, на его выходах ваэ никает ггос-, таяннае напряжение, поступающее через датчик "-.ток;а н такоограничива эщий црассель 33 на входы инвертара 4, Однавременно поступает напряжение на схему управления, и канал управления, образованный задающим генератором 36 и триггерам 37 управления, формирует импульсы управления с коэффициентом заполнения =0,5.

При наличие на выходе триггера

37 улр авл ения на пряже ни е ло гиче ской единицы диод 43 или 44 закрыт и ток от положительного источника 23, протекая через резистор 53, стабилитрон

54 и,циад 56, запирает управляющий кл эч блока 55 для управления силовым транзисторным ключом, При этом силовой ключ инвертора открывается, При наличии на выходе триггера 37 управлг ия напряжение логического нуля циад 43 или 44 открыт, ток положительного источника 23 протекает через нега, диод 56 запирается, а управля|сщий ключ 55 отпирается током отрицательного источника 27 через резистор

57, При этом силовой ключ инвертора закрывается, Выходные импульсы з адающега генератора 36 прс дифференцированные дифцепью 38, через элемент ИЛИ

40 открывает ключ 42 паузы на время бестаковой паузы, перекрывающей по длительности, например, для мостового преобразователя суммарное время канала управления и выключения силовых транзисторов инвертара, которое складывается из времени спада и времени рассасывания неосновных носите" . лей, Ключ 42 паузы через диады 45 и

46 отсекают ат импульса управления на выходе триггера 37 временной интервал, равный длительности бестоковой паузы. В момент пуска, до истечения промежутка времени, достаточного для окончания переходных процессов во входном выпрямителе 2 и в источни ке питания схемы управления, на выходе блока 22 задержки включения присутствует положительное напряжение, через элемент ЛЛК 40 атпирающее ключ

42 паузы, который через диоды 45 и

1522345 .46 блокирует выходы триггера 37 ун; равления и силовые транзисторы инвер тора 4 остаются закрытыми. По истечении времени задержки, определяемой

1 блоком 22 задержки включения, на его ,, выходе формируется. напряжение, близ; кое к нулю, и с третьего входа эле мента ИЛИ 40 снимается сигнал запрета, Импульсы управления с выхода 30 широтно-импульсного модулятора 12 усиливаются усилителем 7 мощности и поступают на базы силовых транзистор Hblic ключеи инвертора 4, Инвертор запускается, и его выходное напряжение, 15 .выпрямленное, например, двухполупериодным выпрямителем 5 и отфильтрован . ное LC-фильтром 6, поступает через датчик 29 выходного параметра на зажим 28 для подключения нагрузки. С 20 выхода датчика 29 выходного параметра напряжение обратной связи и опорное напряжение зажима 10 подается на выходы усилителя 9 обратной связи, с выхода которого их усиленная разность 25 поступаег на второй вход компаратора

41 обратной связи, На первый вход компаратора 41 подается линейно нарастающее напряжение с выхода генератора 39 пилообразного напряжения, синхронизи- 30

pyeMoro выходными импульсами дифцепи

38. Б случае возникновения разницы ! между напряжением обратной связи и

1 опорным напряжением на выходе компара1

35 тора 41 формируются положительные импульсы дпительностью, пропорциональной величине указанной разницы, которые через элемент ИЛИ 40 открывает ключ 42 r.àóçû, блокирующий выходы триггера 37 управления и тем самым изменяют коэффициент заполнения инвертора в сторону уменьшЕния или увеличения в зависимости от знака возмушающего воздействия.

При уменьшении напряжения питания 45 схемы управления на зажимах 23 и 27 до недопустимой величины срабатывают пороговые элементы 25 и 26, которйе могут быть построены по схеме триггера шмидта и через элемент ИЛ4

14 и транзистор 58 на управляющий электрод тиристора гибридной пары 59 глав.ного ключа 20 защиты поступает отпирающий импульс. Тиристор открывается и через диод 32 и диоды 45 и 46 блокирует выходы триггера 37 управления- после чего преобразователь полностью отключается, Наличие этой защиты диктуется как необ ходимость поддержания нормальнои работы схемы упр=вл..л так и жесткими требованиями по о.-".спечению номинальной величины базового тока силовых транзисторных ключей, недостаточность которого при макси--. мальном токе коллектора может привести к перегреву силовых транзисторов, к выходу их из строя, Пороговые органы 8 и 13 настроены на разные уровни тока, причем пороговый орган 8, настроенный на уровень, назначительно превышающий уровень номинального тока первичной обмотки силового трансформатора, работает в режиме токовой отсечки, и пороговый орган 13, настроенный на. большую величину тока относительно порогового органа 8, через элемент ЕЛИ 14 и главный ключ 20 защиты полностью отключают преобразователь, Такое построение вызвано необходимостью повышения надежности преобразователей. Оно прзволяет 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 замагничивания сердечника силового трансформатора инвертора 4 на интервале пуска выходной ток входного выпрямителя 2, представляющий собой сумму тока первичной обмотки силового трансформатора инвертора 4 и его тока намагничивания, возрастает, при этом возрастает величина напряжения, снимаемого с датчика 3 тока на вход порогового органа

8. При достижении пороговой величины напряжение на выходе резисторного моста 48 меняет знак и компаратор

47 формирует на светодиоде оптопары

49 положительный импульс, после чего транзистор 50 запирается током фотодиода оптопары 49 и триггер 16 защиты, ранее приведенный в исходное состояние по счетному входу импульсом задающего генератора 36, опрокидывается. На его неинвертирующем выходе возникает напряжение логического нуля, в связи с чем выходы триггера 37 управления блокируются через диоды

45 и 46 и диод 21, и силовые транзисторы инвертора 4 запираются, На инвертирующем выходе триггера 16 защиТы появляется напряжение логической единицы, которым заряжается конденсатор элемента 19 памяти до величины, пропорциональной отсекаемому интервалу

i5 работы, 3то явление приводит разработчика к расчетному завышению требуемых максимально допустимых параметров силовых транзисторных ключей, что в конечном итоге приводит к увеличению массы и габаритов преобразователя и его удорожанию. Для устранения этого недостатка в предлагаемом устройстве для yng вления и защиты преобраэорат : я введен инвертирукщий усилитель

35, позволяющий уменьшить вели::vну оп зрного напряжения пороговых органов

8 и 13 нри увеличении напряжения питающей, сети и наоборот, что способствует смещению зоны 67 безопасной работы, контролируемой защитой в сторону возрастания тока коллектора силовых транзисторных ключей инвертора при уменьшении напряжения питающей сети и наоборот в пределах конкретной об ласти безопасной работы 65. Инверти- рующий усилитель 35 реализует следу1 шую зависимость: U qq<,, = К (Ugz— где П вЂ” выходное напряжение onepaBbti 10 ционного усилителя 60;

К вЂ” коэффициент усиления операционного усилителя;

L<< — напряжение на стабилитроне 62, U — напряжение на резисторе 63.

Ограничение в сторону увеличения тока коллектора легко осуществляется самим операционным усилителем 60 при соответствующих K и минимальной вели" чине напряжения на резисторе 63, соответствующей минимуму сетевого напряже ния, С выхода усилителя 60 напряжение поступает на входы опорного напряжения пороговых органов 8 и 13, уменьшая ил увеличивая порог срабатывания их при увеличении или снижении напряжения, а следовательно, и напряжения на выходе входного выпрямителя 2, Таким образом, эона 66 безопасной работы силовых транзисторных ключей, обеспеченная базовой схемой сдвигается в сторону больших значений при снижении напряжения на выходе входного выпрямителя 2 и принимает вид 67.

Формула и э о б р е т е и и я

Устройство для управления и защиты преобразователя по авт, св, У 13361.71, отличающееся тем,что,с целью уменьшения массы и габаритов, оно снабжено инвертирующим усилителем, входные выводы которого подключены к выходу входного выпрямителя, а выход « к входам опорного напряжения первого и в з, .ого пороговых органов, 9 15223 l0 импульса управления. Следующий тактовый импульс задающего генератора 36 ,.возвращает триггер 16 защиты по счет1ному входу в исходное состояние, и че-. рез силовые ключи инвер тор а 4 снова протекает ток. При нали ии устойчивости перегрузки триггер 16 защиты многократно сра.батывает, отсекая по времени зону перегруз:cH и уменьшая длитель-10 ность импульса инвертора, одновременно заряжая конденсатор элемента 19 па .мяти, По достижении напряжением на конденсаторе величины, достаточной для срабатывания однопереходного тран-15 зистора гибридной пары 59, тиристор главного ключа 20 защиты отключает преобразователь в целом, Если перегрузка кратковременная, то токовая отсечка защищает интервал беэ отключе- 2О ния преобразователя, Постоянную времени элемента 19 памя;и выбирают из условия недопустимого перегрева силовых тра-:çèñòoðoâ, В связи с тем, что время эапирания силовых транзисторов инвертора 4 с момента выдачи команды на выключение определяется его временем спада и рассасывания, то для ограничения тока в течение этого времени в цепь питания инвертора 4 вклю- 3g чен токоограничивающий дроссель 33 с обратным диодом, При выборе уровня срабатывания мак. симальной защиты, функцию которой реализует пороговый орган 13, руководствуются обычно возможностью возник35 новения режима короткого замыкания нагрузки инвертора при максимальном напряжении питающей сети, Поэтому на графике области 65 безопасной работы 4О (см. фиг ° 7) конкретного транзистора (для соответствующих длительности и

: скважности импульсов ) определяется граничная точка, соответствующая максимально допустимому току силового транзисторного ключа при максимальном заданном напряжении на коллекторе, При работе преобразователя со стабилизацией ,уровня выходной мощности возникает условие, когда максимальному напряже- 5О нию питающей сети соответствует минимальный ток коллектора при номиналь- . ной нагрузке, а минимальному сетевому напряжению — максимальный коллекторныи ток, что приводит к недоиспользованию силового транзистора по току при наличии стабильного опорного напряжения пороговых органов 8 и 13 которые реализуют зону 86 безопасной

1иг. P

Фиг,Ф

Составитель О.Мещерякова

Техред .П.Сердюкова КОРР e l

Редактор М,Недолуженко

Заказ 6975/53 Тираж 608 Подписное

ВБИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патен-.", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101