Регулируемый преобразователь постоянного напряжения

(504 Н 02 М 3 3 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ СВИДЕТЕЛЬСТ ВТОРСК(71) Куйбышевскиститут связи33 электротехнический инГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ(54) РЕГУЛИРУЕМЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯ ННОГО НАПРЯЖЕ НИЯ (57) Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при разработке источников вторичного электропитания. Цель изобретения - упрощение реализации симметрирования работы преобразователя. Преобразователь содержит силовой канал преобразования и регулирования и канал управления. Наличие одного канала управления обеспечивает симметрирование работы регулируемого конвертора в течение всего интервала действия перегрузки, исключает превышение тока в каждом из плеч коммутации инвертора. 2 ил.1Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при разработке источников электропитания.Цель изобретения - упрощение реализации симметрирования работы преобразователя.На фиг. 1 представлена функциональная схема регулируемого преобразователя; на фиг, 2 - временные диаграммы, поясняющие принцип.Регулируемый преобразователь содержит силовой канал 1 преобразования и регулирования электрической энергии и канал 2 управления. Силовой канал преобразования электрической энергии содержит первичный источник 3 электрической энергии, инвертор 4, выполненный из двухтактного усилителя 5 мощности и трансформатора 6, например, со средней точкой (в общем случае силовая часть инвертора может быть выполнена по любой из известных двухтактных схем), выпрямитель с фильтром 7, нагрузку 8,Канал 2 управления состоит из генератора 9 тактовых импульсов, формирователя 10 длительности паузы, генератора 11 пилообразного напряжения, широтно-импульсного модулятора 12, узла 13 регулирования, симметрируюшего Я 5-триггера 14, двух согласующих усилителей - первого 15 и второго 16, двух селекторов - первого 17 и второго 18, делителя 19 частоты на два, порогового элемента 20, Ю-триггера 21 зашиты, одновибратора 22, датчика 23 тока.Временные диаграммы напряжений и токов на соответствующих элементах регулируемого преобразователя показаны на фиг. 2: а - на выходе генератора 9 тактовых импульсов; б - на выходе формирователя 10 длительности паузы; в - на втором входе первого селектора 17; г - на входах широтно-импульсного модулятора 12; д - на выходе широтно-импульсного модулятора 12; е - на выходе порогового элемента 20; ж - на выходе триггера 21 защиты; з - на выходе одновибратора 22; и - на выходе симметрируюшего триггера 14; к - на выходе первого селектора 17; л - на выходе второго селектора 18; м - ток коллектора силового транзистора двухтактного усилителя 5 мощности, управляемого выходным сигналом первого селектора 17, - ток первого плеча инвертора; н - ток коллектора силового транзистора двухтактного усилителя 5 мощности, управляемого выходным сигналом второго селектора 18, - ток второго плеча инвертора; о - напряжение на выходе трансформатора 6.Генератор 9 тактовых импульсов выходом подключен к входу формирователя 10 длительности паузы, Выход указанного формирователя 10 подключен к входам делителя 19 частоты на двз и генератора 11 пилообразного напряжения, а также к первым входам первого 17 и второго 18 се 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 2лекторов, 5-входам триггеров - защиты 21 и симметрируюшего 14. У селекторов 17 и 18 пятые входы подключены к выходу симметрирующего триггера 14, третьи входы - к выходу широтно-импульсного модулятора 12, вторые входы - у первого селектора 17 - к одному, а у второго селектора 18 - к другому выходу делителя 19 частоты на два. Одновибратор 22 входом подключен к выходу триггера 21 защиты и к четвертым входам селекторов 17 и 18, а выходом - к Я-входу симметрируюшего триггера 14. Широтно-импульсный модулятор одним из выходов подключен к выходу генератора 11 пилообразного напряжения, а другим - к выходу узла 13 регулирования. Выходы селекторов 17 и 18 подключены соответственно через согласующие усилители 15 и 16 к управляемым входам двухтактного усилителя 5 мощности. Силовые цепи указанного усилителя 5 подключены к датчику 23 тока, выход которого подключен к входу порогового элемента 20, выход которого подключен к Я-входу триггера 21 защиты. При работе в режиме стабилизации выход нагрузки 8 подключен к узлу 13 регулирования.Регулируемый преобразователь работает следующим образом.Силовой канал 1 преобразует электрическую энергию первичного источника 3 электропитания из одного уровня (количества и качества) в другой, требуемый для функционирования нагрузки 8. Регулирование уровня поступаемой в нагрузку 8 электрической энергии осуществляется двухтактным инвертором 4 с использованием принципа широтно-импульсной модуляции. Сигнал управления указанным инвертором вырабатывается узлом 2 управления.Период работы (коммутации, преобразования) инвертора 4 определяется периодом выходного сигнала (фиг, 2 а) генератора 9. Формирователь 10 на фронт указанного сигнала вырабатывает импульсы длительностью т, (фиг. 2 б). На длительность тсокращается максимально возможное время 1- с открытого состояния силовых коммутирующих транзисторов усилителя 5, т. е. 1 м-.=Т(2 - т Воздействие выходного сигнала формирователя 10 на вход генератора 11 пилы обеспечивает на выходе последнего пилообразное напряжение 0(1) (фиг, 2 г). В общем случае форма пилообразного напряжения может быть и иной, например, равносторонней, при этом вход генератора 11 пилы подключается к выходу генератора 9, Выходные сигналы делителя 19 частоты на два противофазны (один из них показан на фиг. 2 в), их период равен двум периодам выходного сигнала генератора 9 (в качестве делителя 19 частоты на два может быть использован триггер в счетном режиме работы). Воздействие указанных противофазных сигналов на вторые вхо 336753ды селекторов 17 и 18 обеспечивает прохождение на их выходы (фиг. 2 к, л) широтно-модулированного сигнала (фиг. 2 д) модулятора 12 в интервале времени, соответствующего высоким уровням сигналов делителя 19 частоты на два.Высокий уровень выходного сигнала модулятора 12 соответствует (фиг. 2 д) превышению сигнала У(1) узла регулирования над сигналом (l, (1) генератора 11 пилы (фиг. 2 г). Высокие уровни выходных сигналов селекторов 17 и 18 соответствуют (фиг, 2 к, л соответственно) одновременному присутствию высоких уровней напряжений на всех входах селекторов.При отсутствии перегрузки по току на выходе порогового элемента 20 присутствует низкий уровень напряжений (фиг. 2 е). При этом состояние триггера 21 зашиты - высокий уровень выходного напряжения (фиг. 2 ж) - определяется воздействием (с периодом Т) выходного сигнала формирователя 10, а именно его срезом перепадом 1/О. Этот же сигнал (фиг. 2 б) определяет и высокий уровень напряжения на выходе симметрируюгцего триггера 14. Например, на выходе селектора 17 присутствует на интервале ю+Т положительный импульс (фиг, 2 к) длительностью 1=11 - т, в течение которого присутствуют одновременно высокие уровни на всех входах (фиг. 2 б, и, д, в, ж). Итак, при отсутствии перегрузки по току режим преобразования и регулирования электрической энергии определяется соотношением уровней сигналов узла 13 регулирования и генератора 11 пилы Б(1) (фиг. 2 г). При работе в режиме стабилизации (l(1) является функцией напряжения (тока) в цепи нагрузки 8 (на фиг. 1 этот режим показан пунктирной линией, связывающей нагрузку 8 и узел 13),В режиме перегрузки по току коммутации напряжение (абдт(1) на выходе датчика достигает напряжения Уоп (1) порогового элемента и на его выходе формируется высокий уровень напряжения, Предположим, что указанная ситуация произошла в момент времени ., (фиг, 2, эпюры н, е), На фронт выходного сигнала (фиг. 2 е) порогового элемента 20 триггер зашиты устанавливается в низкий уровень напряжения (фиг. 2 ж), который сохраняется до момента времени 1 юз, т. е. до воздействия (срезом) выходного сигнала формирователя О. 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 1,з=6 - 1 юз - т (при отсутствии перегрузки длительность сигнала управления определяется У(1) и 1.)в.(1) и ссютветствует (, - в (, - те -фиг. 2, л, о).На перепад 1/О выходного напряжения триггера 21 защиты одновибратор 22 фор 4мирует (фиг. 2 3) импульсы длительног 1 ю Т(2 (в качестве одновибратора может быть использован, например, ждуший мультинибратор). Срез выходного сигнала (фиг. 2 з) одновибратора 22 устанавливает выход имметрируюшего триггера 14 в низкий уровень напряжения, который сохраняется до момента времени 6 ю 1 (фиг. 2 и), т. е. до момент воздействия (срезом) выходного и гнала формироватепя 10 (фиг. 2 б). Наличие низ кого уровня напряжения на пятых входахселекторов 17 и 18 обеспечивает на интервале времени от 1 з+Т до 1 ю 1 низкие уровни напряжений и на их выходах (фиг. 2 к, л).В результате этого на обмотках трансформатора 6 обеспечиваются симметричныс, 15 смещенные на Тг, прямоугольные импульсы(фиг. 2 о) длительностью 1;,. Если в следующие периоды работы перегрузки по току не происходит, то на выходах триггеров 21 и 14 обеспечиваются высокие уровни на пряжений (фиг. 2, сплошные линии, соответственно, эпюр ж, и). При этом режим преобразования определяется (l и (I.(1).При возникновении перегрузки по току впервом плече инвертора (фиг. 2, эпюра м), например, в момент времени Ь (указан ному режиму работы соответствуют пунктирные линии временных диаграмм (фиг. 2), при этом полагаем, что данная перегрузка произошла повторно, с учетом перегрузки в момент времени 6 (фиг. 2, эпюра и), и одновибратор еше не закончил формирование положительного импульса (фиг. 2 з), то поскольку триггер 21 зашиты в момент времени 6 установлен (фиг. 2, эпюра ж) в высокий уровень выходного напряжения, фронт выходного сигнала порогового элемента в момент времени 1 юз перегрузки (фиг. 2, эпюра е) З 5 устанавливает триггер 21 в низкий уровень(фиг. 2 ж, пунктирная линия). Это в свою очередь устанавливает (сбрасывает) одно- вибратор 22 в момент времени б в состояlние, соответствующее моменту Ь, т. е. с мо мента 1 з одновибратор опять начинает формировать импульс длительностью Тг. В момент времени Т срез выходного сигнала одновибратора 22 (фиг. 2 з) устанавливает симметрируюший триггер 14 в низкий уровень напряжения, который сохраняется до 45 момента времени 1 юз (фиг. 2 и) воздействияна его первый вход среза сигнала формирователя 10 (фиг. 2 б). В результате этого на интервале времени от 1 з+Т до 1 юз исключается появление высоких уровней напряжений на выходах селекторов 17 и 18. Соответ ственно исключается прохождение электрической энергии от первичного источника 3 электропитания в нагрузку 8. При этом на обмотках трансформатора 6 инвертора 4 формируются смещенные на Т. прямоугольные 55 импульсы ровной длительности 1 з (эпюра о,фиг. 2).Таким образом, осушеств.пяется зашитаот перегрузки по току коммутации в каж 1336175дом из полупериодов коммутации. При этом обеспечивается симметрирование работы регулируемого конвертора в течение всего интервала действия перегрузки, исключается превышение тока в каждом из плеч коммутации инвертора.формула изобретенияРегулируемый преобразователь постоянного напряжения, содержащий выходной выпрямитель с фильтром, подключенный к выходному трансформатору двухтактного инвертора, управляющие входы которого через согласующие усилители подключены к выходам двух селекторов импульсов узла управления, состоящего из генератора тактовых импульсов, который через формирователь длительности паузы подключен к входу генератора пилоообразного напряжения, входу делителя частоты на два, 5-входам Я 5-триггеров защиты и симметрирования и первым входам селекторов импульсов, вторые входы которых соединены с соответствующими выходами делителя частоты, а третьи - с выходом широтно-импульсного модулятора, первым входом подключенным к выходу генератора пилообразного напряжения, а вторым - к выходу узла регулирования, при этом Я-вход триггера защиты через пороговый элемент подключен к датчику тока, а выход - к четвертому входу первого селектора и входу одновибратора, выход которого соединен с Я-входом триггера симметрирования, выходом подключенным к пятому входу первого селектора, отличающийся тем, что, с целью упрощения реализации симметрирования, четвертый вход второго селектора подключен к выходу триггера защиты, а пятый вход - к выходу триггера симметрирования.1336175 Тг Р,г ставитель И. Никиред И. Верес аж 659 та СССР по делам 35, Раушская н предприятие, г. У ица ТеТирударственного комит113035, Москва, Ж -венно-полиграфическо зв Редактор Н. ТупЗаказ 3812/53ВНИИПИ Гос тинКорректор А. ОбручПодписноеизобретений и открытийаб., д. 4/5жгород, ул. Проектная, 4