Устройство для управления многофазным преобразователем

СОЮЭ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 3 1 жН Н 0 3 ВУуЦЗМЧаы%аш 9 ФФФФМИФЙ 3 ЛЬСТВУ ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ ИСАНИЕ ИЗОБР Н АВТОРСКОМУ С(71) Куйбышевский электротехнический институт связи(56) 1 Юрченко А.И., Шуваев Ю.Н. Основные структурные схемы управле.- ния многофазных импульсных стабилизаторов и преобразователей. - Вопро. ,сы 1 радиоэлектроники, 1981, Сер. обще- техническая, вып. 2, с, 128, рис, 7,2. Авторское свидетельство СССР 9855639, кл. Ь 05 Р 1/56,1981.(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ МНОГОФАЗННМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕИ, в каждой из Ф фаз которого содержится управляемый силовой ключ, а входы и выходы фаз соединены соответственно с источником питания и нагрузкой содержащее последовательно включенные генератор тактовых импульсов и распределитель импульсов, к выходу которого подключены управляющие вхо ды и формирователей ширины импуль- сов, выходы последних предназначены для подключения управляющих входов управляемых силовых ключей соответствующих фаз преобразойателя, источник опорных напряжений, подключенный к первому выходу источника . вспомогательных напряжений, делитель выходного напряжения, вход которого предназначен для подключения к нагрузке преобразователя, каждый формирователь ширины импульсов содер- . жит Р -триггер управления и формирователь импульса сброса, о т л ич а ю щ,е е с я тем, что,.с целью повышения точности, оно снабжено . формирователем коротких импульсовсинхронизации, интегратором напря- жения с ключом сброса блоком согла. сования уровней, компаратором, эле. 80;,. дщщщ А ЕНИЯ, д,:.", -:.,ментом ИЛИ на м входов, кроме того, каждый из и формирователей ширины импульсов снабжен элементом И-НЕ на два входа, элементом И-НЕ на три входа, двумя развязывающими диодами, Р-триггером готовности и элементом задержки, при этом один из входов элемента И-НЕ на два входа каждого из И формирователей ширины импульсов подключены к одному из м выходов распределителя импульсов, другой вход указанного элемента подключен к выходу общего для всех фаз формирователя коротких импульсов син. хронйзации, а выход непосредственно подключен к входу синхронизации Р-триггера управления и через развя- Е зывающий диод - к й -входу В -триггера управления, который указанным входом через другой развязывающий р диод подключен к выходу элемента И-НЕ на три входа, первый вход которого подключен к прямому выходу 0-триггера управления, второй вход - к выходу общего для всех фаз компаратора, третий вход через элемент задержки - к прямому выходу В -триггера готовности, и -вход которого подключен к выходу формирователя импульсов сброса, а вход синхрони" зации - к общей точке соединения инверсного выхода В -триггера управления и входа формирователя импульсов сброса предыдущего формирователя ширины импульсов, Р -входы В -триггеров управления и готовности всех М формирователей ширины импульсов подключены к второму выходу источника вспомогательных напряжений, выход формирователя импульсов сброса каждо го из и: формирователей ширины импульсов подключен к соответствующему входу элемента ИЛИ на Ю входов, выход которого через согласующий эле- . мент подключен к входу ключа сброса, один вход компаратора соединен с вы1066026 ходом интегратора, а другой - с первым выходом источника опорных напряжений, один вход интегратора соединен с выходом делителя выходного напряжения, а другой - с вторым вы 1Изобретение относится к электротехнике и может быть использованов устройствах электропитания радиоэлектронных приборов, систем автоматики, в частности, с многофазнымиимпульсными стабилизаторами, содержащими И выполненных по любой из известных схем импульсного преобразования и регулирования электрическойэнергии фаэ, входные и выходные цепи которых подключены параллельно или 10последовательно к источнику питания и нагрузке соответственно, Каждая фаза, содержит свои силовые коммутирующие элементы - управляемый ключ,дроссель Фильтра и обратный диод. 15Известно устройство для управления многофазным импульсным преобразователем, содержащее генератор синхроимпульсов, Формирователь импульсов синхронизации широтно-импульсного модулятора, И -разрядный ре-.гистр сдвига, источник опорного напряжения, схему сравнения 13 .Недостатками указанного устройства являются пониженная надежность, 25низкое быстродействие и малые удельно-:массовые показатели вследствие того,что равномерность распределения тока нагрузки между параллельнб работающими фазами увеличивается приувеличении числа й параллельноговключения Фаз,Наиболее близким к предлагаемомуявляется устройство для управлениямногофазных преобразователей, в каждой из Ю Фаз которого содержитсяуправляемый силовой ключ, а входыи выходы фаз соединены соответственно с источником питания и. нагрузкойпараллельно или последовательно, со-,держащее последовательно включенные 440генератор тактовых импульсов и распределитель импульсов, к выходу которого подключены управляющие входыформирователей ширины импульсов,выходы последних предназначены для 45подключения управляющих входовуправляемых. силовых ключей соответствующих фаз преобразователя, источник опорных напряжений подключенный к первому выходу источника вспомогательных напряжений, де.литель выходного напряжения, входкоторого предназначен для подклюходом источника опорных напряжений,цепй питания интегратора, компаратораи согласующего элемента подключенык первому выходу источника вспомогательных напряжений. 2чения к нагрузке преобразователя,каждый формирователь ширины импульсов содержит Р -триггер управленияи формирователь импульса сброса 121,Недостатками известного устройства являются низкая точность управления и изменение частоты преобразования при воздействии дестабилизирующих факторов,Цель .изобретения - поведение точности управления.Поставленная цель достигаетсятем, что устройство для управлениямногофазным преобразователем, в каждой из И Фаз которого содержитсяуправляемый силовой ключ, а входыи выходы Фаз соединены соответственно с источником питания и нагруэкойгсодержащее последовательно включенные генератор тактовых импульсови распределитель импульсов, к выходукоторого подключены управляющиевходы И формирователей ширины импульсов, выходы последних предназначены для подключения управляющих входов управляемых силовых ключей соответствующих фаз преобразователя,источник опорных напряжений,подключенный к первому выходу источникавспомогательных напряжений, делитель выходного напряжения, входкоторого подключен к нагрузке преобразоватеЛя, каждый Формировательширины импУльсов содержит В -триггер управления и формирователь импульса сброса, снабжено формирователем коротких импульсов синхронизации, интегратором напряжения с ключом сброса, блоком согласования уровней, компаратором, элементом ИЛИна Л/ входов, кроме того, каждый изЮ формирователей ширины импульсовснабжен элементом И-НЕ на два входа,элементом И-НЕ на три входа, двумяразвязывающими диодами, Р -триггером готовности и элементом задержки при этом один из входов элементаИ-НЕ на два входа каждого из И формирователей ширины импульсов подключен к одному из И выходов распределителя импульсов, другой вход указанного элемента подключен к выходу общего для всех фаз формирователякоротких импульсов синхронизацииа выход непосредственно подключенк входу синхронизации 0-триггера управления и через развязывающий диод - к Я -входу Р -триггера уп.равления, который указанным входом через другой развязывающий диод подключен к выходу элемента И-НЕ 5на три входа, первый вход которого подключен к прямому выходу Э -триггера управления, второй вход - к выходу общего для всех фаз компаратора, .третий вход через элемент задержки . 10к прямому выходу Э -триггера готовности, Я -вход которого подключенк выходу формирователя импульсовсброса а вход синхронизации - кобщей точке соединения инверсного 15выхода Э -триггера управления и входа формирователя импульсов сбросапредыдущего формирователя шириныимпульсов. Р -входы Р -триггеровуправления и готовности всех и формы рователей ширины импульсов подключены к второму выходу источника вспомогательных напряжений, выход Формирователя импульсов сброса каждогоиз Ю Формирователей ширины импульсов 25подключен к соответствующему входуэлемента ИЛИ на й входов, выход.которого через согласующий элемент подключен к входу ключа сброса одинвход компаратора соединен с выходоминтегратора, а другой . - с первымвыходом источника опорных напряжений,один вход интегратора соединен с.вы-.ходом делителя выходного напряжения,а другой - с вторым выходом источни- .ка опорных напряжений, цепи питанияинтегратора, компаратора и согласую-.щего элемента подключены к первому выходу источника вспомогательных напряжений.На фиг.1 приведена схема предлагаемого устройства, на фиг.2 - временные диаграммы напряжений.Многофазный импульсный преобразо- ватель содержит устройство 1 дляуправления 1 силовых преобразователей 45фаз 2, нагрузку 3.Устройство для управления содер- жит И Формирователей 4 ширины импульсов и общие для всех фаз генератор5 тактовых импульсов, Формирователь 5 О 6 коротких импульсов синхронизации, распределитель 7 импульсов с и выходами, элемент ИЛИ 8 с М входами,: компаратор 9, интегратор 10 напряжения, источник 11 опорных напряжений, согласующий элемент 12, ключ 13 сброса, источник 14 вспомогательных напряжений, делитель 15 выходного. напряжения, Каждый из И формирователей ширины импульсов содержит элемент И-НЕ 16 на два входа, элемент И-НЕ 17, на три входа, два развязывающих, диода 18 и 19 Р -триггер 20 управле-. . ния Р -триггер 21 готовности, Форми- рователь 22 импульсов сброса, элемент , 23 задержки, Многофазный импульсный ,65 преобразователь преобразует энергию первичного источника 24 питания.На временных диаграммах напряжений (фиг.2) обозначены а -внход генератора 5, б - выход формирователя 6 коротких импульсов синхронизации, в - первый выход распределителя 7 импульсовр г - второй выход распределителя 7 импульсов;.д - И выходраспределителя 7 импульсов; е - выход элемента И-НЕ 16 первого Формирователя 4 ширины импульсов; ж - выход логического элемента Й-НЕ 16 второго формирователя 4 ширины импульсов; з - выход логического элемента И-НЕ 16 й-го формирователя 4 ширины импульсов; и - прямой Э -выход триггера 20 управления первого формирователя 4 ширины импульсов;к - прямой выход.Р -триггера 20 управления,. второго формирователя 4 ширины импульсов; л - прямой выход Р -триггера 20 управленияй-го формирователя 4 ширины импульсов, м - прямой выход. Р -триггера 21 готовности первого формирователя 4 ширины импульсов; ив прямой .выход Э -триггера 21 готовности второго формирователя 4 ширины импульсов, о - прямой выход Р- триггера 21 готовности Й -го форми- рователя 4 ширины импульсову п - выход формирователя 22 импульсов сброса первого формирователя 4 ширины импульсов; р - выход фор"мирователя 22 импульсов сбросавторого формирователя 4 ширины импульсов; с - выход Формирователя 22 импульсов сброса И -го Формирователя 4 ширины импульсов;т - выход логического элемента ИЛИ 8; у - входы компаратора 9.Выходы первого, второго, й -го Формирователя ширины импульсов, прямые выходы Р -триггеров 20 управления подключены к управляющей цепи, первой, второйИ-й преобразовательной фазы 2 соответственно, В зависимости от предъявляемых нагрузкой требований преобразовательные фазы 2 могут быть выполненыпо любой известной схеме импульсного преобразования электрическойэнергии,При этом силовые цепи фаз 2 могут подключаться к первичномв источнику 24 питания и к нагрузке 3 как последовательно, так и параллельно, Каждая фаза 2 содержит силовые коммутирующие элементы: управляемый ключ, дроссель фильтра и обратный диод, управляющую цепь. Управляющая цепь фазы обеспечивает сопряжение выходных цепей формирователей 4.ширины импульсов с управляемыми силовыми ключами фаз 2 Выход . генератора 5 подключен к .входнойцепи формирователя 6 распределителя 7 импульсов. Выход формирователяб подключен к одному из входов элемента И-НЕ 16 каждогоиз формирователей 4. Другой вход указанного элемента И-НЕ 16 первого, второго,5 М-го формирователя подключен к первому, второмуИ "у выходу распределителя 7 импульсов соответственно,В каждом из формирователей 4 имеются следующие связи. Выход элементаИ-НЕ 16 подключен непосредственнок входу синхронизации С и через развязывающий диод 19 к Й -входу Р - триггера 20 управления, прямой выход которого подключен к входу фор мирователя 22 и к первому входу элемента И-НЕ 17. Второй вход элемента И-НЕ 17 подключен к выходу компаратора 9 и аналогичным входамэлементов И-НЕ 17 других Ф) фор О мирователей 4. Третий вход элементов И-НЕ 17 подключен через элемент 23.задержки кпрямому выходуЯ-триггера 21 управления Ц.-вход которогоподключенк выходу формирователя 22, Выход 25Формирователя 22 первого, второгоЦ-го Формирователя 4 подключен кпервому, второмуй-у входу элемента ИЛИ 8 соответственно, Вход синхронизации С Р-триггера 21 готовности каждого следующего. Формирователя 4 подключен к инверсному выходу Э -триггера 20 управления .предыдущего формирователя 4, т,е. второйк первомуу третий - к второму Й йк первому соответственно. Плюсоваяклемма одного из выходов 1 Е)источника14 вспомогательных напряжений подключена к Э входам Р -триггеров 20 управления и готовности 21 всех И формирователей 4. Указанный источник Е 4 4 О обеспечивает питание функциональных узлов всех У Формирователей 4. Источник питания Е 2 обеспечивает электропитанием компаратор 9, интегратор10 напряжения, источник 11 опорных" 45 и, порогового напряжений согласующий элемент 12, ключ 13 сброса. Выход элемента ИЛИ 8 подключен к входу согласующего элемента 12, выход которого подключен к входу ключа 50 13 сброса. Выходные цепи .ключа 13 сброса подключены параллельно время- задающему элементу интегратора 10 напряжения, одинвход которогоподклю-. чен к делителю 15 выходного напря-55 жения, а другой - к источнику 11 опорных напряжений, Выход интегратора 10 напряжения подключен к одному из"входов компаратора 9, другой .вход которого подключен к источнику 11 .опорных напряжений.Устройство работает следующим образомС выхода генератора 5 напряжение прямоугольной формы (эпюра а, фиг.2) поступает на вход формирователя б и на вход распределителя 7 импульсов, Формирователь б обеспечивает на одном из входов элементов И-НЕ 16 всех М Формирователей 4 импульсы большой скважности эпюра б, фиг.2), совпадающие с Фронтом О/1 выходного напря.жения генератора 5 эпюра а, фиг,2).При поступлении с выхода генератора 5 на вход распределителя 7 импульсов каждого очередного импульса, распре- делитель формирует последовательно на каждом из своих выходов импульс (эпюры в,г,д, Фиг.2, период Т следования которого в Ю раз больше периода Т = Т/М следования тактоивых импульсов. Одновременное присутствие высоких уровней напряжений на входах элементов И-НЕ 16 в каждом из Формирователей 4 обеспечивает последовательно на их выходах низкие уровни напряжений с периодом следования Т и длительностью, равной длительности й 1 рб выходного напряжения формирователя б (эпюры е,ж,з,фиг,2).,Воздействием указанных напряжений по входу синхронизации С 0-триггеров 20 управления в моменты временй, совпадающие с фрон том О/1, переключают также последовательно во времени 3 -триггеры 20 управления эпюры и,к,л, фиг,2/.При этом на их прямых выходах появляется высокий уровенЬ, так как по входу Э Р-триггеров 20 присутствует высокий уровень напряжения.Уровень напряжения на нагрузке 3 многофазного импульсного преобразователя определяется .величиной заданного источником 11 опорного напряжения Оо, конкретной величине.которого соответствует определенная величина длительности 1 импульса сигналов управления силовыми ключами фаз 2.В квазиустановившемся состоянии напряжения, подаваемые на входыинтегратора 10 напряжения с источника 11 опорного напряжения Ооаи делителя 15 выходного напряжения О равны, Для указанного режима работы постоянная времени интегрирования интегратора 10 напряжения выбирается из условия достижения его вольт-секундного напряжениями,заданного ВолО за время, равное Т/Ф, При безынерционных цепях управления и силовых ключах фаз моменту времени 1 (Фиг,2) соответствует появление на прямом выходе Э -триггера 20 управления 9-го формирователя 4 низкого уровня и выключение управляемого силового ключа Ю-й фазы 2. Соответственно в момент временина инверсном выходе Р -триггера 20 -го Формирователя 4 появится высокий уровень напряжения, который фронтом О/1 по входу синхронизации С переводит в состояние 1 прямой выход П-триггера 21 готовности первого Формирователя 4 (эпюра м, фиг.2) . Высокий уровень напряжения с прямого выхода Ь-триггера 21 через элемент 23 задержки поступает на третий вход элемента, И-НЕ 17, йа первом входе которого также присутствует высокий уровень напряжения, поступающий с прямого выхода б-триггера 20 управления (эпю ра и, фиг.2) . Однако на выходе элемента И-НЕ 17 первого формирователя 4 присутствует высокий уровень напряжения из-за воздействия на его второй вход низкого уровня напряжения, 15 поступающего с выхода компаратора 9, За интервал времени Т//4, начиная с момента времени ю, напряжение на вы-, ходе интегратора 10 напряжения, достигает в момент времени 1 напря жения Ц,2 заданного источником 11 опорного напряжения (,эпюра у, фиг.2). Это приводит к появлению на выходе компаратора 9 и втором входе элемента И-НЕ 17 высокогоуровня напряжения. Одновременное прйсутствие высоких уровней напряжения на входах элемента И-НЕ 17 первого формирователя 4 приводит к появлению на его выходе низкого уровня напряжения. Укаэанный низкий уровень напряжения поступает через развязывающий диод 19 на Йвход Р -триггера 20 управления и устанавливаетего по прямому выходу в состояние "0" и по инверсному выходу в "1"; Положительный перепад напряжения О/1 с инверсного выхода В-триггера 20 управления поступает .на формирователь 22. Сформированный с момента времени 1 импульс сброса (эпюра й, Фиг.2) поступает через:элемент ИЛИ 8 (эпюра т фиг,2) и согласующий элемент 12 на вход ключа 13 сброса обеспечивая его открытое состояние в течение длительности импульсасброса, достаточное для установки интег ратора 10 напряжения в исходное состояние (эпюра у, Фиг.2). Кроме того, в момент времени 1 сигнал с инверсного Р-триггера 20 управления первого формирователя 4 Фронтом О/1 по входу 50 синхронизации переключает в состояние "1" прямой выход Р -триггера 21 готовности второго формирователя 4 (эпюра н, фиг.2), так как по входу Р присутствует высокий уровень.55Таким образом, в момент времени 1 происходит появление низкого уровня напряжения на прямом выходе Э - триггера 20 управления первого форми. рователя 4 (соответственно и выклю чение управляемого силового ключа первой фазы 2), сброс интегратора 10 напряжения в исходное состояние, подготовка второго формирователя 4 к 1 формированию сигнала выключения уп равляемого силового ключа второй фазы 2. Последнее обеспечивается подачей через элемент 23 задержки на третий вход элемента И-НЕ 17 высокого уровня напряжения. Прохождение указанного высокого уровня на вход логического элемента И-НЕ 17 задерживается элементом 23 задержки на время, необходимое для прекращения переходного процесса переключения в предыдущем формирователе 4. Это исключает одновременное переключение 0-триггеров 20 управления в нескольких формирователях 4, Далее происходят аналогичные процессы во втором, третьем, И -м формирователе 4. При этом обеспечивается последовательно через интервал времени Т/И выключение управляемых силовых ключей второй, третьей, И-й фазы 12 в моменты времени , -з. ,н соответственно (эпюра у, фиг,2). Напряжение на выходе интегратора 10 напряжения Мин определяется выходным напряжением делителя 15 и вольт-секундным напряжением (с(эпюра у, фиг,2), При запуске многофазного импульсного преобразователя напряжение 00 п", задаваемое источником 11 опорного напряже- .ния превьзаает напряжение на выходе делителя 15 выходногонапряжения(Ур"-О).Это приводит к уменьшению напряжения на выходе интегратора 10 напряжения, как за счет уменьшения скоростиизменения вольт-секундного напряжения, так и за счет малой величины напряжения О на выходе делителя 15 выходного напряжения (эпюра у, фиг.2 пунктирная линия Уин 2)В результате напряжение на выходе интегратора 10 напряжения за интервал времени Т/М не успевает возрасти до величины напряжения Ооп, При этом низкий уровень .напряжения на выходе коипдратора 9 не изменяет состояний (высоких уровней напряжений) элементов И-НЕ 17 всех М Форми. рователей 4, Однако в каждом из й формирователей 4 равномерно сдви- нутые во времени сигналы на выходе элементов И-НЕ 16 (эпюры е,к,з) низ" ким уровнем через развязывающий диод 18 переключаются, формируя также равномерно сдвинутые во времени сигналы управления фаз 2 с длительностью 1 = Т- Ь 1 и коэффициенто заполнения, близким к единидЕ (эпюры,и,к,л, фиг.2 , пунктирные лйнии), На каждый положительный перепад О/1 напряжение на инверсных выходах Р -триггеров 20 управления Формирователи 22 последовательно во вре мени с интервалом Т/И формируют сигналы сбросаинтегратора 10 напряжения в исходное состояние эпюры п,р,с, т,у, фиг,2 , пунктирные линии), При увеличении напряжения на выходе мнонию напряжения на выходе делителя 15 выходногонапряжения к изменению скорости вольт-секундного напрягофазного преобразователя до требуемой величины, увеличится и напряжение на выходе интегратора 10 напря-жения, как за счетувеличения напряженид на выходе делителя 15 выходного на" пряжения, так и за счет увеличения скорости изменения вольт-секундного напряжения. При равенстве напряже ния на нагрузке 3 заданному напряжения на входе интегратора 10 напряжения будут равны, скорость вольтсекундйого напряжения будет .соответствовать заданной за время Т/Ю 5 напряжение на выходе интегратора 10 напряжения успевает увеличиться от исходного до порогового напряжения). Наличие возмущающего воздействия изменение напряжения. источника 24 питания, сопротивления нагрузки 3 и т,д.) приводит к изменению напряжения на выходе делителя 15 выходного напряжения, к изменению аиорости вольт-секундного напря 1 жения интегратора 10 напряжения и, как результат, этого, к изменению коэффициента заполнения импульсов на выходе формирователей 4, Кваэиустановившийся процесс наступит лишь при равенстве напряженийЯ-"И на входе интегратора 10 напряжения, т,е. при устайовлении напряжения на нагрузке 3 исходной величины.Таким образом, в предлагаемом устройстве достигается путем астатического регулирования теоретически нулевая установившаяся ошибка. Кроме того, благодаря сбросу интегратора в конце каждого интервала Т/И: при лабом режиме работы устройства управления, в нем не происходит накопления ошибки. При этом скорость контура отрицательной обратной связи предлагаемого устройства может быть в И раз увеличена по сравнению с известными, что позволяет увеличить точность процесса регулирования в переходном и установив. шемся режимах, повысить точность управления.1066026 е Составитель С. ЛузановВласенко Техред И.Тепер Корректор:а, Ференц Ред а В Патентф, г. Ужгород,.ул. Проектная, 4 Филиал 11057/58 .Тираж 67 ИИПИ Государственного комитетапо делам изобретений и откр 13035, Иосква,. Ж, Раушская ПодписноеСССРтийаб., д. 4/5е