Устройство управления первой ступенью электронной нерассеивающей нагрузки



Устройство управления первой ступенью электронной нерассеивающей нагрузки
Устройство управления первой ступенью электронной нерассеивающей нагрузки
G01R1/40 - Измерение электрических и магнитных величин (измерение физических величин любого вида путем преобразования их в электрические величины см. примечание 4 к кл. G01; измерение диффузии ионов в электрическом поле, например электрофорез, электроосмос G01N; исследование неэлектрических и немагнитных свойств материалов с помощью электрических и магнитных методов G01N; индикация точности настройки резонансных контуров H03J 3/12; контроль электрических счетчиков H03K 21/40; контроль работы системы связи H04)

Владельцы патента RU 2394247:

Закрытое акционерное общество "Связь инжиниринг" (RU)

Изобретение относится к области преобразовательной техники, в частности к устройствам, позволяющим нагружать различные преобразователи с выходом на постоянном токе при проведении различных видов испытаний. В двухступенчатой структуре предложенной ЭНН первая ступень (DC-DC преобразователь) выполнена на основе трансформатора с дросселем на входе, а для повышения надежности работы ключей первой ступени и всего ЭНН в целом работа ведется в двух режимах. Этими режимами являются пусковой, когда напряжение на выходном конденсаторе первой ступени повышается до заданного уровня, и рабочий, когда энергия от выхода испытываемого преобразователя (ИП) поступает через ЭНН на его вход. Техническим результатом, на достижение которого направлено данное изобретение, является обеспечение работы ключей первой ступени как режиме запуска, так и в рабочем режиме. Техническими средствами, обеспечивающими работу ЭНН как в пусковом режиме, так и в рабочем, являются микроконтроллер, программная логическая интегральная схема (ПЛИС) и аналоговый ШИМ-контроллер, которые взаимодействуют между собой, выполняя работу первой ступени. Работа ЭНН происходит в двух основных режимах: - режим запуска; - рабочий режим. Пусковой режим реализуется плавным расширением импульсов, подаваемых на затворы транзисторного моста первой ступени. В пусковом режиме ШИМ-контроллер первой ступени выключен, микроконтроллером формируются тактовые импульсы, которые являются управляющими для каждой диагонали мостового каскада первой ступени. Импульсы микроконтроллера плавно расширяются с заданной скоростью, а ПЛИС с помощью управляющих импульсов формирует импульсы, поступающие на драйверы силовой части. На этапе запуска происходит выключение транзисторов первой ступени на время около 20 мс, после чего управление силовыми ключами первой ступени перестраивается в ПЛИС на работу в режиме перекрытия. Пуск продолжается, и напряжение на накопительном конденсаторе продолжает повышаться. Как только оно достигает заранее установленного значения (360 В), происходит переключение в рабочий режим. Теперь ключи первой ступени работают с очень малым перекрытием, поддерживая напряжение на накопительном конденсаторе. В рабочем режиме от вторичной стороны управления в микроконтроллер поступают импульсы, в результате действия которых от первичной стороны управления на вторичную сторону поступает сформированный микроконтроллером опорный синусоидальный токовый сигнал для работы инвертора, находящегося в силовой части второй ступени. Поэтому теперь первая ступень может передавать энергию через инвертор к ИП. В рабочем режиме микроконтроллер передает в ПЛИС два коротких импульса с частотой, в четыре раза превышающей частоту работы силового трансформатора. Кроме того, получая от микроконтроллера указанные импульсы, ПЛИС формирует промежуточные тактовые импульсы (ТИП). Фронт импульсов ТИП формирует фронт импульсов силовых ключей моста, а спад импульсов «Сигнал ШИМ» от ШИМ-контроллера - спад управляющих импульсов ключей моста первой ступени. Коэффициент заполнения сигнала "Сигнал ШИМ" может быть равен нулю и поэтому для формирования спада управляющих импульсов сигналы ТИП и "Сигнал ШИМ" проходят через ячейку ИЛИ. Тем самым гарантируется, что длительность сигналов управляющих импульсов для ключей моста в рабочем режиме будет изменяться от минимальной до максимально разрешенной. 2 ил.

 

Изобретение относится к области преобразовательной техники, в частности к устройствам, позволяющим нагружать различные преобразователи с выходом на постоянном токе, аккумуляторные батареи, генераторы постоянного тока при проведении различных видов испытаний, включая ресурсные.

Продолжительные испытания источников электроэнергии связаны с большим расходом электроэнергии и финансовыми потерями для предприятия, выпускающего подобную продукцию. Электронные нерассеивающие нагрузки (ЭНН) позволяют существенно (в 4…6 раза) сократить расход электроэнергии при испытаниях [1, 2].

Наиболее близким к предлагаемому изобретению техническим решением, которое известно авторам по совокупности признаков, является ЭНН, описание которой приводится в [2]. Недостатками этого устройства являются трехступенчатая структура и связанная с этим невозможность получения высокого КПД, а также сложность схемы управления из-за необходимости управления несколькими силовыми блоками одновременно.

Высокий КПД обязателен для ЭНН, поскольку экономия электроэнергии при испытаниях - это главное, ради чего ЭНН применяется. Поэтому двухступенчатая структура энергетически явно выгоднее возможной трехступенчатой. Кроме того, в двухступенчатой структуре появляется возможность выполнить устройство управления достаточно простыми средствами, что повышает надежность всего изделия. Именно поэтому двухступенчатая структура, содержащая DC-DC преобразователь, управляемый током (первая ступень), и высокочастотный инвертор, передающий ток на выход ЭНН (вторая ступень), используется в данной заявке. Между первой и второй ступенями включается накопительный конденсатор.

В двухступенчатой структуре, где первая ступень (DC-DC преобразователь) выполнена на основе трансформатора с дросселем на входе, для повышения надежности работы ключей первой ступени и всего ЭНН в целом работа ведется в двух режимах. Этими режимами являются пусковой, когда напряжение на выходном конденсаторе первой ступени повышается до заданного уровня, и рабочий, когда энергия от выхода испытуемого преобразователя (ИП) поступает через ЭНН на его вход.

Простыми техническими средствами, которые обеспечивают работу ЭНН как в пусковом режиме, так и в рабочем, являются микроконтроллер, программная логическая интегральная схема (ПЛИС) и аналоговый ШИМ-контроллер, которые взаимодействуют между собой, выполняя работу первой ступени.

В заявке содержится графический материал, содержащий две фигуры. На фиг.1 представлена структурная схема ЭНН, а на фиг.2 - диаграммы сигналов управления первой ступенью (трансформаторным преобразователем с дросселем на входе) в рабочем режиме.

После подачи входного постоянного напряжения на силовую часть первой ступени 1 (фиг.1) и сети переменного тока на силовую часть второй ступени появляется напряжение на промежуточной шине 3 в результате заряда накопительного конденсатора, образующего промежуточную шину, через обратные диоды IGBT транзисторов, входящих в состав высокочастотного инвертора. Напряжение на накопительном конденсаторе достигает амплитудного значения напряжения сети. Силовая часть первой ступени выполнена таким образом, что напряжение на промежуточной шине после достижения на ней напряжения, равного амплитуде сетевого, должно увеличиваться плавно, а инвертор второй ступени при этом не должен работать и передавать ток в испытуемый источник (ИП). В противном случае потребуется чрезмерно большой ток от первой ступени, а ее силовые ключи могут выйти из строя. Именно поэтому работа ЭНН происходит в двух основных режимах:

- режим запуска;

- рабочий режим.

Каждый из режимов зависит от трехбитового сигнала «Переключение режимов» 4, подаваемого от микроконтроллера 5, причем нулевому состоянию этого сигнала соответствует выключенное состояние первой ступени.

Пусковой режим реализуется плавным переключением импульсов, подаваемых на затворы транзисторного моста первой ступени. В пусковом режиме ШИМ-контроллер первой ступени 6 выключен, тактовые импульсы ТИ1 (7) и ТИ2 (8) формируются микроконтроллером и являются управляющими для каждой диагонали мостового каскада первой ступени. Импульсы микроконтроллера плавно расширяются с заданной скоростью, а ПЛИС 9 с помощью управляющих импульсов 10 формирует импульсы, поступающие на драйверы 11 силовой части. На этапе запуска происходит выключение транзисторов первой ступени на время около 20 мс, после чего управление силовыми ключами первой ступени перестраивается в ПЛИС на работу в режиме перекрытия. Пуск продолжается, и напряжение на накопительном конденсаторе продолжает повышаться. Как только оно достигает заранее установленного значения (360 В), происходит переключение в рабочий режим. Теперь ключи первой ступени работают с очень малым перекрытием, поддерживая напряжение на накопительном конденсаторе. В рабочем режиме по «Сигналу нулевой фазы» 12 от вторичной стороны управления 13 в микроконтроллер 5 поступают импульсы, в результате действия которых от первичной стороны управления на вторичную сторону 13 поступает сформированный микроконтроллером 5 опорный синусоидальный токовый сигнал 14 для работы инвертора, находящегося в силовой части второй ступени. Поэтому теперь первая ступень может передавать энергию через инвертор к ИП.

Работа в рабочем режиме поясняется с помощью диаграмм на фиг.2. Микроконтроллер передает в ПЛИС в этом режиме два коротких импульса с частотой, в четыре раза превышающей частоту работы силового трансформатора - тактовые импульсы 1 (ТИ1) и тактовые импульсы 2 (ТИ2) (две верхние диаграммы на фиг.2).

Оба сигнала синфазные по фронту, длительность ТИ1 около 300 нс, длительность ТИ2 - около 600 нс. Импульсы ТИ1 формируют частоту ШИМ-контроллера, а также необходимы для формирования управляющих импульсов ключей 1-й ступени. Частота ШИМ-контроллера образуется делением на два частоты импульсов ТИ1 с последующим их поступлением на транзистор, участвующий в получении пилообразного напряжения ШИМ-контроллера. Если ШИМ-контроллер получает от микроконтроллера разрешающий сигнал “Управление ШИМ” 15, происходит формирование последовательности импульсов с коэффициентом заполнения, определяемым обратной связью. Указанная последовательность образует “Сигнал ШИМ” 16, поступающий в ПЛИС. В свою очередь логика ПЛИС формирует несколько сигналов, которые управляют ключами силовой части в последовательности, необходимой для рабочего режима (режим с перекрытием ключей).

“Сигнал ШИМ”, вырабатываемый ШИМ-контроллером, имеет задержку около 100…150 нс относительно импульсов ТИ1. Микросхема ПЛИС не может правильно вырабатывать выходные сигналы при наличии такой задержки. Поэтому решение заключается в создании импульсов ТИ2, имеющих в рабочее режиме большую длительность, чем ТИ1 и гарантированно перекрывающих задержку импульсов ШИМ-контроллера. Получая от микроконтроллера импульсы ТИ1 и ТИ2, ПЛИС формирует промежуточные тактовые импульсы (ТИП) 17 - третья диаграмма, фиг.2. Тогда фронт импульсов ТИП формирует фронт импульсов силовых ключей моста, а спад импульсов “Сигнал ШИМ”, четвертая диаграмма, фиг.2 - соответственно спад управляющих импульсов ключей моста первой ступени.

В процессе работы коэффициент заполнения сигнала “Сигнал ШИМ” может потребоваться равным нулю и поэтому для формирования спада сигнала “Управляющие импульсы” сигналы ТИП и “Сигнал ШИМ” проходят через ячейку ИЛИ (пятая диаграмма, фиг.2). Тем самым гарантируется, что длительность сигналов “Управляющие импульсы” для ключей моста в рабочем режиме будет изменяться от минимальной (близкой к Т/2, что соответствует длительности импульсов ТИП) до максимально разрешенной.

При не слишком коротком импульсе «Сигнал ШИМ» сигнал на выходе ячейки ИЛИ имеет вид, показанный на шестой диаграмме, фиг.2. Максимальное значение коэффициента заполнения D импульсов, поступающих на входы ключей моста, также ограничивается с помощью ПЛИС. Это выполняется делением частоты ТИ1 до 2f (f - частота работы трансформатора) и логическим умножением полученного сигнала на “Сигнал ШИМ”, пришедший от ШИМ-контроллера. Последние две диаграммы на фиг.2 поясняют сказанное.

Задание входного тока ЭНН (то есть выходного тока ИП) осуществляется сигналом 18, поступающим в ШИМ-контроллер 6 первой ступени управления. Токовый сигнал 19 от датчика, находящегося в силовой части первой ступени, поступает в ШИМ-контроллер 6 для стабилизации заданного входного тока, а также в компаратор 20, который вырабатывает сигнал защиты 21, поступающий в ПЛИС и выключающий силовые ключи первой ступени. Вторичная сторона управления 13 получает несколько входных сигналов и передает на первичную сторону управления несколько сигналов.

Напряжение сети 22 необходимо для работы второй ступени, кроме того, по этому сигналу обеспечивается срабатывание защит по минимальному и максимальному напряжению сети. Токовый сигнал 23 от датчика тока, установленного в высокочастотном инверторе второй ступени, вызывает срабатывание схемы защиты на вторичной стороне управления при превышении током заданного уровня. При этом с помощью сигналов управления ключами 24 выключаются силовые транзисторы высокочастотного инвертора, и одновременно передается сигнал защиты 25 в микроконтроллер 5 для выключения ключей первичной стороны.

Цитируемая литература

1. Р.П.Рудзенскас, М.М.Танаев, В.И.Мелешин. «Принципы построения электронной нерассеивающей нагрузки», Электротехника, №3, 1998, стр.28-32.

2. В.И.Мелешин. «Транзисторная преобразовательная техника», изд-во «Техносфера», 2005, 632 с.

Электронная нерассеивающая нагрузка (ЭНН), силовая часть которой состоит из трансформаторного DC-DC преобразователя с дросселем на входе, являющегося первой ступенью, накопительного конденсатора на выходе первой ступени, инвертора, подключенного своим входом к накопительному конденсатору и являющегося второй ступенью ЭНН, устройства управления, состоящего из схем управления первой и второй ступенями и содержащего контроллер и ШИМ-контроллер, находящиеся в схеме управления первой ступенью, отличающаяся тем, что с целью обеспечения работы ключей первой ступени в режиме запуска и в рабочем режиме, устройство снабжено программной логической интегральной схемой (ПЛИС), установленной на первичной стороне управления и обеспечивающей совместно с контроллером и ШИМ-контроллером плавное расширение импульсов, управляющих работой каждой диагонали мостового каскада первой ступени в пусковом режиме без перекрытия, затем в этом же режиме прекращение работы ключей мостового каскада первой ступени на некоторое время и перестроение управления ключами первой ступени на работу с перекрытием в том же режиме запуска, а затем переход в рабочий режим с очень малым перекрытием силовых ключей, необходимом для поддержания установленного напряжения на накопительном конденсаторе, в рабочем режиме ПЛИС обеспечивает работу первой ступени как при нулевом коэффициенте заполнения сигнала от ШИМ-контроллера, так и при произвольном коэффициенте заполнения и при задержке импульсов, поступающих от ШИМ-контроллера, необходимые защитные функции в ЭНН обеспечиваются сигналами выключения от датчиков тока и напряжения, находящихся в первой и второй ступенях ЭНН и поступающих от контроллера через ПЛИС и драйверы к силовым ключам моста первой ступени.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к электрической схеме декады сопротивлений, применяемой в многозначных мерах электрического сопротивления и измерительных мостах.

Изобретение относится к электротехнике, в частности, к демпфирующим устройствам индукционного типа, работающим на принципе торможения вихревыми токами, и может быть использовано для демпфирования движения, например колебаний в механических системах.

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано в приборах, работающих в условиях механических воздействий. .

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для использования при эталонных измерениях в широком диапазоне измеряемых напряжений и частот.

Изобретение относится к электронной технике, а именно к устройствам для испытания планарных элементов интегральных схем на полупроводниковых пластинах. .

Изобретение относится к электронной технике, а именно к устройствам для измерения электрических характеристик планарных элементов интегральных схем на полупроводниковых или диэлектрических пластинах.

Изобретение относится к ядерной технике, а более конкретно к устройствам для контроля геометрических параметров технологических каналов ядерных реакторов типа РБМК.

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для имитации приращения сопротивления тензорезисторов. .

Изобретение относится к области электрических измерений. .

Изобретение относится к области электрических измерений. .

Изобретение относится к области электронной техники, а именно к устройствам для измерения электрических характеристик планарных элементов интегральных схем на полупроводниковых или диэлектрических пластинах

Изобретение относится к средствам защиты электроизмерительной техники от влияния низкочастотных магнитных полей и может быть использовано для экранирования приборов, расположенных вблизи с высоковольтным оборудованием

Изобретение относится к области магнитобиологии, в частности к научным исследованиям

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к технике контроля и защиты приборов учета электроэнергии

Изобретение относится к области методологии измерения параметров внутренних электромагнитных импульсов (ВЭМИ), формируемых в корпусах аппаратуры, при действии ионизирующих излучений (ИИ) и может быть использовано при исследованиях механизмов образования электромагнитных наводок в цепях радиоэлектронной аппаратуры. Способ основан на выделении соответствующих составляющих сигнала, формируемого в одновитковой рамочной антенне. При этом рамочная антенна не имеет прямой гальванической связи с корпусом облучаемого объекта, начало и конец антенны замыкают через согласующие нагрузки осциллографа, регистрацию сигналов с выводов антенны производят но независимым каналам, а выделение магнитной и зарядовой составляющих сигнала производят путем вычитания либо сложения (соответственно) сигналов с начала и конца рамочной антенны. Технический результат заключается в повышении достоверности экспериментальных исследований ВЭМИ за счет получения количественных данных о физических эффектах, обуславливающих формирование регистрируемого сигнала, и минимизации количества экспериментов. 1 ил.

Изобретение относится к области испытания компьютерной техники и может быть использовано для проверки, тестирования и анализа компьютерных блоков питания (далее БП) на предмет соответствия их нагрузочных характеристик заявленным производителем, а также спецификации ATX. Система функционального тестирования блоков питания включает измерительный блок (мультиметр), который состоит из вольтметра, амперметра и ваттметра, реализованных с помощью микроконтроллера фирмы Microchip PIC 16F886. При этом с помощью встроенного 10-канального, 10-битного АЦП производятся измерения напряжения и силы тока тестируемого компьютерного блока питания. Ваттметр реализован программно, путем перемножения показателей вольтметра и амперметра. В состав системы входит также силовой блок, который предоставляет динамическую нагрузку для основных каналов тестируемого блока питания (12B, 5B, 3,3B), статическую нагрузку для дежурного питания тестируемого блока питания, индикацию сигнала Power Good и схему включения тестируемого блока питания. Технический результат заявленного изобретения заключается в увеличении функциональных возможностей, обеспечении полного непрерывного функционального контроля блоков питания, сокращении времени испытаний. 4 ил.

Изобретение относится к области измерений в электроэнергетике и может быть использовано для определения расстояния до мест повреждения при двойных замыканиях на землю на одной линии электропередачи распределительной сети 6-35 кВ. Технический результат: повышение точности определения. Сущность: способ заключается в измерении активной и реактивной составляющей фазного тока и напряжения в аварийной режиме и последующем расчете индуктивного сопротивления до каждого места замыкания, пропорционального расстоянию до мест повреждения. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и представляет собой систему магнитного экранирования аппарата литографии пучками заряженных частиц. Система содержит первую камеру, вторую камеру и набор из двух катушек. Стенки первой и второй камер содержат магнитный экранирующий материал. Вторая камера заключает в себе первую камеру, набор из двух катушек, имеющих общую ось и расположенных на противоположных сторонах от первой камеры, подвижную опору для подложкодержателя, как минимум один датчик магнитного поля в пределах второй камеры, систему управления токами в катушках на основании данных датчика. Первая камера по меньшей мере частично заключает в себе аппарат литографии и имеет отверстие на стороне, обращённой к подложкодержателю.3 н. и 26 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к декадам сопротивлений, применяемым в многозначных мерах электрического сопротивления и измерительных мостах. Декада сопротивлений содержит переключатель 1, имеющего всего две платы, цепочку последовательно соединенных резисторов 2, соединенных соответствующим образом с контактами первой, второй плат и зажимами 3 и 4 декады. Технический результат заключается в упрощении конструкции за счет применения известного двухплатного переключателя, коммутирующего резисторы для получения значений сопротивлений на выходных зажимах декады с весовыми коэффициентами 0,1,2…10. 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, представляет собой устройство для сканирования ближнего электрического или магнитного поля источников электромагнитного излучения и может быть использовано при автоматическом измерении напряженности полей для решения задач обеспечения электромагнитной совместимости при проектировании, диагностике, тестировании и испытании как отдельных печатных узлов, так электронных устройств и приборов в целом. Заявленный сканер ближнего электромагнитного поля для двухсторонних и многослойных печатных плат содержит корпус, систему позиционирования, пробник ближнего поля, при этом сканер снабжен держателем, который оснащен механизмом пространственного вращения относительно пробника ближнего поля, расположен внутри корпуса с возможностью вертикального перемещения относительно пробника ближнего поля, при этом сам пробник ближнего поля установлен внутри системы позиционирования с возможностью перемещения в горизонтальной плоскости, а последняя неподвижно закреплена внутри корпуса. Технический результат заключается в обеспечении ускорения процесса тестирования и повышении степени воспроизводимости результатов измерений при решении задач электромагнитной совместимости. 3 ил.
© Патентный поиск, поиск патентов на изобретения - FindPatent.RU 2012-2024
Политика конфиденциальности 2010-07-10 2013-03-20T19:33:54
Наверх