Преобразователь напряжения

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 191 111) 11 4 Н 02 М 3/337 ИЗОБРЕТЕН ПИО 10 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИПРИ ГКНТ СССР(56) Авторское свидетельство СССРР 955434, кл. А 02 М 3/335, 1980,Патент США 9 4150424,кл, Н 02 М 3/335, 1975.Патент США У 3596165-;кл. Н 02 М 3/28, 1971(57) Изобретение относится к областиэлектротехники и может применятьсяпри создании преобразователей постоянного напряжения в переменное,работающих на индуктивно-емкостнуюнагрузку. Целью изобретения является повышение помехоустойчивости преобразователя. Преобразователь напряжения содержит инвертор 2, вход питания которого подключен к источнику1 постоянного напряжения, а силоваяцепь через датчик 3 тока - к индуктивно-емкостной нагрузке 4, пороговый элемент 5, подключенный входомк датчику тока и узел управления7, вход которого соединен с индуктивно-емкостной нагрузкой, а выход -с управляющим входом инвертора. Введенодновибратор 6, сигнал на выходекоторого не меняется в интервале времени Т, в результате чего происходит блокировка импульсов помех,возникающих на выходе датчика токав моменты переключения силовых элементов инвертора, и радиопомех, приводящих к срабатыванию пороговогоэлемента. 5 ил.31513564Изобретение относится к преобразовательной технике и может бытьиспользовано при разработке источников питания радиоэлектронной аппаратуры.Цель изобретения - повьюение помехоустойчивости преобразователя.На фиг.1 показана функциональнаясхема преобразователя; на фиг,2 - 10вариант построения узла управления;на фиг.З и 4 - соответственно принципиальная схема инвертора с токовымоуправлением и один иэ вариантов индуктивно-емкостной нагрузки; нафиг.5 - временные диаграммы напряжений и токов в различных блокахпреобразователя.Преобразователь содержит источникпостоянного напряжения, инвертор2, датчик 3 тока индуктивно-емкостную нагрузку 4, формирователь импульсов переключения, состоящий из порогового элемента 5, одновибратора б иузлаУправления,Узел 7 управления (Фиг,2) состоитиэ источника 8 опорного напряжениякомпаратора 9, инвертора 1 О компаратора 11, элемента 12 задержки., генератора 13 пилообразного напряжения,.триггера 14 и элементов И-НЕ 5 и 16.На принципиальной схеме (фиг,З)инвертора 2 изображены силовые транзисторы 1, рекуперативные диоды 18,импульсные трансформаторы 19 и управляющие транзисторы 20.На принципиальной схеме (фиг.4)индуктивно-емкостной нагрузки 4 изображены главный трансформатор 21,диодно-емкостной умножитель 22,. делитель 23 напряжения и активная нагрузка 24.На временных диаграммах (Фиг,5) показаны следующие сигналы: 25 - с датчика 3 тока, 26 - значение порога на пороговом элементе 5, 27 - на выходе порогового элемента 5 28 на выходе одновибратора 6 с внешнимсзапуском, 29 - на первом выходе элемента задержки (подключенном к входам элементов И-НЕ), 30 - на втором выходе элемента 12 задержки, 31, 32 - на выходах триггера 14, 33 - на выходе интегратора 10, 34 - на выходе генератора 13 пилообразного напряжения, 35 - на выходе компаратора 11, Зб, 37 - на выходах элементов И-НЕ 15 и 16, 38, 39 - диаграммы протекания тока через силовь; транзисторы и рекуперативные диоды инвертора 2, 40 - значение уставки напряжения на источнике 8, 41 - напряжение на выходе делителя 23 нагрузки 4.Преобразователь работает следующим образом.Источник 1 выпрямляет напряжение сети и заряжает Фильтр, входящий в его состав, до амплитудного значения напряжения сети.Инвертор 2 может быть выполнен по одной из известных схем (мостовой, полумостовой или со средней точкой трансформатора,Для ускорения процесса переключения силовь 1 х транзисторов 17 инвертор выполняется по схеме с токовым управлением с помощью импульсных трансформаторов 19, когда мощность на открывание силовых транзисторов 17 и удержание их в насыщенном состоянии берется из их коллекторных цепей с положительной обратной связью. Это обеспечивает быстрое переключение силовых транзисторов 17 их закрытого состояния в открытое и наоборот, что суще, ственно снижает нагрев транзисторов в переходных процессах и позволяет увеличить выходную мощность инвертора.После включения устройства в момент г, на одном из выходов триггера 14 устанавливается сигнал "1" (диаграмма 31, Фиг,5), а на другом - сигнал "0" (диаграмма 32), На первом выходе элемента 12 задержки присутствует сигнал "1" (диаграмма 29) и .на выходе второго компаратора1 также имеется сигнал и 1 (диаграмма 35). В результате на выходе одного из элементов И-НК, у которого на всех входах имеются сигналы "1", например элемента И-НБ 15, появляется сигналО , т,е. отрицательный перепад от "1" да "О" (диаграмма Зб), который приводит к открыванию силовых транзистороь 17 одного из плеч инвертора 2 и протеканию тока от источника 1 питания через это плечо и датчик 3 тока в нагрузку 4, Датчик 3 тока вырабатывает выпрямленный сигнал, пропорциональный мгновенному значению тока, протекающему через инвертор 2. Если преобразователь работает на индуктивно-емкостную нагрузку, та Форма тока определяется1513584 61 окончания импульса с элемента 12задержки, когда на его первом выходепоявляется снова .сигнал 1 п (диаграмма 29), и при наличии сигнала"1" на выходе компаратора 11 (диаграмма 35), а также сигнала "1" навыходе триггера 14 (диаграмма 32),на выходе элемента И-НЕ 6 появля 1 О ется сигнал 0 (диаграмма 37), который открывает второе плечо инвертора 2, и через главный трансформатор 21 начинает протекать так вдругом направлении (вторая выпрям 15 ленная полувална тока на диаграмме25). Далее процессы взаимодействиясигналов повторяются аналогично описанному.Импульс с второго выхода элемен 2 а та 12 задержки (диаграмма 30) поступает также на управляющий входгенератора 13 пилообразного напряжения и сбрасывает напряжение пилына время своего действия.(диаграм 25 ма 34).При увеличении мощности, отдаваемой в нагрузку, на переднем фронтеполуволнового сигнала с датчика3 тока в.мамент 1открывания силоЭО вых транзисторов 17 инвертора 2возникают выбросы напряжения, которые приводят к срабатыванию порого"- вого элемента 5 (диаграмма 27). Носрабатывания элемента 1 с задержки(диаграммы 29, 30) не происходит,поскольку сигнал на ега вход поступает с выхода генератора 6 с внешним запуском, который блокирует сигндл помехи в интервдле времени с40 1 по .+ Т, так кдк срабатываниегенератора 6 происходит па переднему фронту первого пришедшего сигнала с порогового элемента 5 (диаграммы 27, 28) и все последующие сигналы, вызванные помехами, не изменяют состояние на ега выходе в течениевремени Т.Тдк, например, когут быть устранены радиопомехи, обусловленные высокими скоростями включения тока в силовой цепи инвертара 2, которые приводят к ложным срабатываниям порогового элемента 5. резонансными свойствми нагрузки(диаграмма 25).Сигнал с выхода датчика 3 токапоступает на вход порогового элемента 5, на котором устанавливается эначение порога, близкое к нулевомузначению тока с датчика 3 (диаграмма 26), и в момент времени 1 на выходе порогового элемента 5 появляются прямоугольные импульсы (диаграмма27). Па переднему франту этих импульсов срабатывает генератор 6 свнешним запуском и элемент 12 задержки, который на своих выводахформирует инвертированные импульсы.Сигнал О с первого выхода (диаграмма 29) поступает на входы элементов И-НЕ и на выходе элементаИ-НЕ 15 появляется сигнал "0" (диаграмма 36), который вызывает закрывание силовых транзисторов 17 данного плеча инвертора. Сигнал "1" свторого выхода элемента 12 задержкисвоим передним фронтом перебрасывает триггер 14 в другое положение,когда сигнал "1" подается на входдругого элемента И-НЕ 16,Благодаря накопленной энергии виндуктивности главного трансформатора 21 в нем возникает ЭДС самоиндукции, под действием которой ток в инверторе не прекращается мгновенна,а продолжает протекать в том женаправлении через рекуперативные диоды18 другого плеча, постепенно уменьшаясь до нуля, При этом ЭДС самоиндукции превышает напряжение на источнике 1 питания и переходы коллекторэмиттер силовых транзисторов 17 вто-.рого плеча находятся пад обратнымнапряжением. Затем ЭДС самоиндукцииизменяет знак, рекуперативный так изменяет направление на обратное, протекает через рекуперативные диоды 18первого плеча а на переходах коллектор эмиттер силовых транзистороввторого плеча в этом время появляетсяпрямое напряжение, В течение этагаинтервала времени может быть подансигнал на открывание второго плечаи силовые транзисторы 17 второгоплеча могут открыться.Паэ ому на элементе 12 задержкиустанавливается такая длительностьзадержки Т, чта задний фронт импульс.; на ета выходе попадает вуказак.иый выше интервал времени дляоткрыдад ".я второго плеча. В момент Дительнасть Т импульсов нд Выходе генератора 6 выбирается из расчета обеспечения работы преобразователя в определенном диапазоне частотЭ т.е, должно соблюдаться условие153584 Т,(Т ( Т,где Т - интервал времени между моментами срабатывания порогового элемента 5 и переклю 5чением силовых транзисторовинвертора 17;Т - длительность полуволны сигнала на выхоче датчика тока(диаграмма 25).1 ОВ начале работы устройства напряжение на конденсаторах нагрузки 4равно нулю и в процессе работы по мере их заряда постепенно возрастает.Соответственно возрастает напряжениеобратной связи с выхода делителя 23нагрузки 4 (диаграмма 41). До техпор, пока напряжение обратной связи меньше напряжения уставки (диа.грамма 40) на источнике 8, на выходе компаратора 9 и интегратора10 присутствует максимальный сигнал(диаграмма 33) и пилообразное напряжение с выхода генератора 13 (диаграмма 34) не достигает его, а поэтому на выходе компаратора 11 присутствует сигнал "1" (диаграмма 35).Когда напряжение обратной связидостигнет уставки (диаграммы 40, 41),сигнал на выходе компаратора 9 стано вится равным нулю, а сигнал на выходе интегратора 10 начинает уменьшаться.В некоторый момент времени С у напряжение с выхода интегратора 1 О становится меньше напряжения пилы сгенератора 13 и на выходе компаратора 11 (диаграмма 35) появляетсясигнал 0, что приводит к появлениюсигнала 1 на выходе элементов 40И-НЕ и соответственно к закрыванию,силовых транзисторов 17 инвертора 2.Далее момент закрывания плеч инвертора а соответственно, длительность импульсов протекания тока определяется моментом появления сигнала "0" с компаратора 11,Таким образом, на конденсаторахнагрузки 4 устанавливается напряжение, заданное величиной сигнала уставки на источнике 8 опорного напряжения, При этом устройство находится в динамическом равновесиис заданным режимом, а именно приуменьшении напряжения на нагрузке554 ниже сигнала уставки на выходекомпаратора 9 появляется сигналвысокого уровня и увеличивается напряжение на выходе интегратора 10,что приводит к увеличению длительности, а значит, и амплитуды импульсов тока и соответственно к увеличению напряжения на нагрузке 4 и наоборот, т.е. автоматически осуществляется .стабилизация напряжения на активной нагрузке 24.На диаграммах 38 и 39 штриховкой показаны интервалы времени, в течение которых ток протекает через силовые транзисторы 17 инвертора 2, двойной штриховкой показаны интервалы времени, в течение которых ток протекает через рекуперативные диоды 18, без штриховки показаны интервапы времени, в течение которых ток через данное плечо ннвертора 2 не протекает. Из диаграммы видно, что во всех случаях происходит автоматическое формирование защитных интервалов между моментами закрывания транзисторов 17 одного плеча и открыванием транзисторов 17 другого плеча инвертора 2, что предотвращает образование сквозных токов в инверторе.Из диаграммы (фиг.4) видно, что преобразователь работает не на постоянной частоте следования импульсов, а осуществляется автоподстройка работы инвертора под резонансные характеристики индуктивно-емкостной нагрузки 4, инвертор работает на резонансной частоте нагрузки, т,е. преобразователь является самонастраивающимся, При этом происходит изменение кйк частоты следования импульсов (ЧИМ), так и длительности импульсов (ШИМ). Это обеспечивает возможность работы предложенного преобразователя с различными нагрузками и в широком диапазоне не потребляемой мощности без опасности образования сквозных токов в инверторе и выхода транзисторов инвертора иэ строя.Использование одновибратора 6 с внешним запуском позволяет повысить помехоустойчивость преобразователя напряжения, так как происходит блокировка импульсов помех, возникающих на выходе датчика тока в моменты переключения силовых элементов инвер тора, и радиопомех, приводящих к срабатыванию порогового элемента 5 в течение длительности Т, а также исключить автоколебания преобразователя в нерабочем диапазоне частот которые могут привести к перегреву силовых элементов инвертора 2 и вы"ходу их из строя, т,е. повысить на.дежность преобразователя.Формула изобретенияПреобразователь напряжения, содержащий силовой инвертор, управляющие входы которого подключены к выходам узла управления, выполненного на схеме с частотно-широтно-импульсным регулированием, при этом один из входов узла управления подключен к иидуктивно-емкостной нагрузке, вход синхронизации узла управления подключен к выходу формирователя импульсов переключения, состоящего из порогового элемента, вход которого подклюф 5чен к выходу датчика тока включенно-.го между выходом инвертора и входом индуктивно-емкостной нагрузки, резонансная частота которой близка к частоте инвертирования, о т л и ч а ю - щ и й с я тем, что, с целью повышения помехоустойчивости, в упомянутый формирователь импульсов введен одно- вибратор, вход которого подключен к выходу порогового элемента, а его выходы образуют выходы формирователя.1513584 маков акто ксимишин каэ б 096 8 одписно оизводственно-издательский комбинат "Патент", г,ужгород, ул. Гагарина,101 КИПИ Государственно 11303комит Иоскв оставитель И.Никитинехред Л,Олийнык Корректо по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССРЖ, Раушская наб д, 4/5