Регулируемый конвертор

СОЮЗ СОВЕТСКСОЦИАЛ ИСТИЧЕРЕСПУБЛИК 151) 4 Н 02 М 3/335 С 1 573 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Куйбьппевский электротехнический институт связи(56) Авторское свидетельство СССР У 1095160, кл. С 05 Р 1/46, 1982.Авторское свидетельство СССР У 1248008, кл. Н 02 М 3/335, 1985. (54) РЕГУЛИРУЕМИЙ КОНВЕРТОР(57) Изобретение относится к электротехнике.в частности к источникам вторичного электропитания, Цель изобретения - повьшение технологичности и КПД путем увеличения точности симметрирования управляющих сигналов при перегрузке по току. Конвертор содержит канал 1 преобразования и канал 2 управления. Благодаря введению в последний датчика 19 тока, порогового элемента 20,триггера 21 защиты и элемента 2 И 22обеспечивается токовая защита в каждом из полупериодов коммутации. Приэтом имеет место симметрированиесигналов управления силовым инвертором 4 в течение всего интервала действия перегрузки с исключением превышения тока в каждом из его плеч. Поскольку разрядности делителей 14, 26частоты постоянны и отличаются наединицу, одновибратор 24 сохраняетдлительность формируемого сигналапри изменении частоты генератора 9синхроимпульсов. Этим устраняетсянеобходимость технологической подстройки длительности одновибратора 24и достигается некритичность к воздействию дестабилизирующих факторов.2 ил.13Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования при реализации вторичного электропитания вычислительной аппаратуры,а также систем автоматики, телемеханики и связи.Цель изобретения - повышение технологичности и КПД путем увеличенияточности симметрирования управляющихсигналов при перегрузке по току.На фиг.1 представлена функциональная схема предлагаемого регулируемогоконвертора; на Фиг.2 - временные диаграммы сигналов, иллюстрирующие работу конвертора.Конвертор содержит силовой канал 1преобразования и канал 2 управления,первичный источник 3 напряжения постоянного тока. Канал 1 преобразованиявключает управляемый силовой инвертор4 с двухтактным усилителем 5 мощностии трансформатор 6 со средним выводом,блок 7 выпрямления и Фильтрации. Питающий вход управляемого силового инвертора 4 соединен с выводами дляподключения первичного источника 3напряжения постоянного тока. Входблока 7 выпрямления и фильтрации соединен с выходом управляемого силовогоинвертора 4, а выход - с выводами дляподключения нагрузки 8,Канал 2 управления содержит генератор 9 синхроимпульсов, Формирователь 10 длительности паузы, формирователь 11 пилообразного напряжения,широтно-импульсный модулятор 12, блок13 управления, первый делитель 14частоты, первый 15 и второй 16 согласующие элементы, первый 17 и второй18 селекторы, датчик 19 тока, пороговый элемент 20, триггер 21 защиты,элемент 2 И 22, второй делитель 23частоты на два), одновибратор 24 споследовательно включенными формирователем 25 строб-импульсов, третьимделителем 26 частоты и инвертором 27,Выход генератора 9 синхроимпульсовчерез первый делитель 14 частоты подключен к входу Формирователя 1 О длительности паузы, Вход Формирователя11 пилообразного напряжения соединенс входом формирователя 10 длительности паузы, а выход - с первым входомширотно-импульсного модулятора 12,Выход блока 13 управления подключенк второму входу широтно-импульсногомодулятора 12. Выход второго делителя 23 частоты (на два) соединен с65290 2 вертым входам селекторов 17 и 18. Вхо.ды элемента 2 И 22 соединены с выходами формирователя 1 О длительностипаузы и триггера 21 защиты, а выходс входом формирователя 25 строб-импульсов, Пятый вход первого селектора 17 подключен к выходу инвертора27 одновибратора 24, а пнтый входвторого селектора 18 - к выходу широтно-импульсного модулятора 12,Конвертор работает следующим образом.Силовой канал 1 преобразует электрическую энергию первичного источника 3 напряжения постоянного тока. изодного уровня (количества и качества)в другой, требуемый для Функционирования нагрузки 8. Регулирование уровня поступаемой в нагрузку 8 электрической энергии осуществляется силовым инвертором 4 с использованиемпринципа широтно-импульсной модуляции, Сигнал управления инвертором 4вырабатывается каналом 2 управления,С выхода генератора 9 синхроимлульссв сигнал с периодом Т поступает на входы делителей 14 и 26 частоты. Выходное напряжение 11, (фиг.2 а)делителя 14 частоты с периодом Т, ис 5 10 20 25 30 выходом Формирователя 1 О длительности паузы. Вход третьего делителя 26 частоты подключен к выходу генератора 9 синхроимпульсов. Первый вход первого селектора 17 соединен с выходом формирователя 10 длительности паузы, второй вход - с выходом второго делителя 23 частоты, третий вход - с выходом широтно-импульсного модулятора 12, а выход через первый согласующий элемент 15 - с одним иэ управляющих входов управляемого силового инвертора 4Первый вход второго селектора 18 подключен к выходу Формирователя 10 длительности паузы, второй вход - к выходу инвертора 27 одновибратора 24, третий вхоц - к выходу второго делителя 23 (на два) а выход через второй согласующий элемент 16 - к другому управляющему входу силового инвертора 4, Датчик 19 тока включен к общую токовую цепь силового инвертора 4 и выходом соединен с входом порогового элемента 20. Один из входов триггера 21 защиты подключен к выходу формирователя 1 О длительности паузы, другой вход - к выходу порогового элемента 20, а выход - к чет35 3 13652 пользуется для синхронизации формирователя 10 длительности паузы. Последний на фронт (перепад О/1) указанного сигнала вырабатывает импульсы Бю (фиг.2 б) длительностью. Длительность с,о сокращается максимально возможное время 61открытого состояния силовых коммутирующих транзисторов усилителя 5, т.е.,= Т /2 10 - щ . Воздействие выходного сигнала 11, формирователя 10 на вход формирователя 11 обеспечивает на выходе последнего пилообразное напряжение П(Фиг,2 г), подлежащее сравнению в ши ротно-импульсном модуляторе 12 с напряжением У, , вырабатываемым блоком 13 управления. Выходные сигналы делителя 23 частоты (на два) противофазные(один иэ них Ппоказан нагзфиг.2 в), их период равен двум периодам Т, выходного сигнала У делителя 14 частоты (в качестве делителя 23 частоты может быть использован триггер в счетном режиме работы), 25 Воздействие противофазных сигналовйБ и Б на соответствующие входы селекторов 17 и 18 обеспечивает прохождение на их выходы широтно-модулированного сигнала У, (фиг.2) с вы хода модулятора 12 в интервалы времени, соответствующие высоким уровням сигналов делителя 23 частоты с образованием в итоге сигналов Би и Б (фиг.2 м,н).Высокий уровень выходного сигнала Бг модулятора 12 соответствует превышению сигнала 11 блока 13 управления над сигналом П формирователя 11, Высокие уровни выходных сигналов Уи Пш селекторов 17 и 18 соответствуют одновременному присутствию высоких уровней напряжений на четырех их входах,При отсутствии перегрузки по току 45 на выходе порогового элемента 20 присутствует низкий уровень напряжения (фиг,2 е). При этом состояние триггера 21 защиты - высокий уровень выходного напряжения Бг (Фиг.2 ж) - определяется воздействием (с периодом Т 4) выходного сигнала Б, формирователя 10, а именно, его фронтом - перепадом О/1. Состояние еще одних входов селекторов 17 и 18 определяет вы ходной сигнал инвертора 27. Формирователь 25 строб-импульсов формирует импульсы Пг (фиг.2 и) положительной полярности большой скважности на люяо4бой перепад 1 О выходного сигналя элемента 2 И 22 (фиг.2 з), Появление низкого уровня на выходе указанного элемента обеспечивается при наличии на любом из его двух входов низкого уровня напряжения, На первый вход элемента 2 И 22 воздействует выходной сигнал формирователя Пю . Импульсы Б, с низким уровнем напряжения повторяются с периодом Т, , Поэтому при наличии высокого уровня напряжения на выходе триггера 21 защиты (соответственно и на первом входе элемента 2 И 22)на выходе элемента 2 И 22 обеспечивается сигнал Пг (фиг,2 з), аналогичный сигналу Б, на выходе формирователя 10. На перепад 1/О выходного сигнала У элемента 2 И 22 формирователь 25 строб-импульсов обеспечивает строб-импульсы П,г (например, в моменты Тоор.о "о воб ф. фиг 2 и), которые сбрасывают (устанавливают в "0", фиг.2 к) воздействием на К вход делителя 26 частоты. Независимо от уровня его выходного сигнала в моменты сброса через интервал времени Т, на выходе делителя 26 частоты появляется высокий уровень напряжения. Для рассматриваемого режима работы, моменты появления укаэанных высоких уровней напряжения (фиг.2 к, ТС . Со, То, ,,) совпадают с фронтами импульсов формирователя 10 длительности паузы (фиг, 2 б), поэтому длительность этих высоких уровней напряжения стремится к нулю, Это обеспечивается соответствующим выбором разрядностей делителей 14 и 26 частоты, а именно, выбором разрядности делителя 26 на единицу выше разрядности делителя 14. В результате при отсутствии перегрузки по току выходной сигнал делителя 26 (с учетом инвертирования инвертором 27) является разрешающим для селекторов 1 и 18, Поэтому, например, на выходе селектора 17 присутствует на интервале С + Т 4 положительный импульс(фиг,2 м) длительностью 6 С,7 =г "о определяемый одновременным присутствием высоких уровней напряжения на всех пяти его входах, поступаемых на первый с выхода формирователя 10510 15 2 О 25 ЗО 35 40 45 50 55 5 136защиты (фиг,2 ж), на пятый - с выхода инвертора 27 (Фиг,2 л),Итак, при отсутствии .перегрузкипо току режим преобразования и регулирования электрической энергии определяется соотношением уровней сигналов П, и Уя блока 13 управления и Формирователя 11 (фиг,2 г). Приработе в режиме стабилизации Б является Функцией напряжения тока в цепи нагрузки 8 (на фиг.1 этот режимотражен пунктирной линией), связывающей нагрузку 8 и блок 13 управления,который в данном случае выполняетсякак усилитель сигнала рассогласования.В режиме перегрузки по току коммутации напряжение Уво на выходе датчика 19 тока достигает опорного напряжения П оо порогового элемента 20, ина выходе последнего формируется высокий уровень напряжения, Предполо.жим, что указанная ситуация произошлав момент времени(фиг. 2 е,п), Нафронт выходного сигнала Б (фиг.2 е)порогового элемента 20 триггер 21 защиты устанавливается в низкий уровеньнапряжения (фиг.2 ж), который сохраняется до момента времени 1 = о ++ло,о, т,е, до воздействия (срезомперепадом О/1) выходного сигнала БоФормирователя 10. Наличие на любом извходов селекторов 17 и 18 низкогоуровня обеспечивает низкий уровеньна их выходах. В результате на выходе селектора 18 длительность положительного импульса сокращается до" 6(п) =о - "о (при отсутствии перегрузки длительность сигнала управления определялась У,ц иБ Фиг,2 г, и соответствовала.бы18 =-- , , Фиг. 2 н) . Низкийуровень напряжения триггера 21 защиты (фиг.2 ж) проходит на выход элемента 2 И 22. 3 то обеспечивает в моментвремени 1 формирование 1 на перепадО/1) формирователем 25 положительного импульса 1 Г длительностью Ь 1,и сброс делителя 26 частоты, Разрядность последнего выбрана из условияобеспечения на его выходе положительного уровня напряжения после сбросачерез интервал времени Т, (Фиг,2 к),Высокий уровень напряжения на выходеделителя 26 частоты сохраняется домомента времени о 4В указанный момент времени формирователь 25 сбрасывает делитель 26 частоты положи 5290в тельным импульсом (фиг.2 и), формируемым на перепад 1/О выходного сигнала Б элемента 2 И 22, Отрицательный уровень напряжения формирователя10 на интервале времени о -(С +о,)не изменяет состояния выходного сигнала элемента 2 И 22, так как на еговтором выходе присутствует низкийуровень напряжения (фнг,2 з), поступающий с выхода триггера 21 защиты(фиг,2 ж),Поскольку формирователь 25 формирует положительные импульсы лишь наперепад 1/О выходного сигнала элемента 2 И 22, на указанном интервале состояние формирователя 25 не изменяется(на его выходе присутствует низкийуровень напряженйя, Фиг.2 и). В ре.зультате сброса делителя 26 частотыне происходит, до момента временион работает в режиме деления частоты сигнала, поступающего на входсинхронизации с выхода генератора 9,Низкий уровень напряжения на выходеинвертора 27 сохраняется до моментавремени(фиг,2 л), т.е, до момента воздействия перепадом О/1 выходного сигнала формирователя 10(Фиг,26),Наличие низкого уровня напряжения на пятом входе селектора 17 и втором входе селектора 18 обеспечивает на интеРвале вРемени ( + Т 1 ) - од низкие уровни напряжений на их выходах (Фиг.2 м,н), В результате этого на обмотках трансформатора б обеспечиваются симметричные, смещенные на Т прямоугольные импульсы (фиг,2 р) длительностью ао . Если в следующие периоды работы конвертора перегрузки по току не происходит, на выходах триггера 21 защиты и инвертора 27 обеспечивают высокие уровни напряжений (фиг2, сплошные линии соответственно диаграмм ж, л). При этом режим преобразования электрической энергии конвертора определяется П, и ГкПередний Фронт выходного сигнала Б,. Я ц ) селектора 18(17) смещен всегда на интервал времени Т 1 относительно переднего фронта выходного сигнала БЯ,з) селектора 17(18), поскольку они совпадают по времени с перепадом О/1 выходного сигнала У,о формирователя 10 (Фиг,.26,моменты временио + о,о + ",аюлЙО + (/О вввв в71365290Точность воспроизведения среза выходного сигнала П , (Ь 8 ) селектора 17(18) в режиме перегрузки по току зависит от длительности выходных сигналов: периода Т генератора 95 и строб-импульса Е формирователя 25, При заданных Т 4 и требуемой точности Е(в Х) воспроизведения среза выходного сигнала 13 (11, ) селектора 17(18), пренебрегая временем удержания делителя 26 частоты в состоянии "0" сигналов с выхода формирователя 25, для выбора периода Т выходного сигнала генератора 9 можно записать условие т О,021 ст,2 Т 4 11п=6 1 о9 Делители 14 и 26 частоты наиболеепросто реализуются на основе двоичныхсчетчиков, В этом случае разрядностьи делителя 26 частоты определяетсяв виде где Е Я - целая часть числа 1 оя (2 Т 1 /Т ) . При этом разрядность 11 делителя 24 частоты всегда на единицу меньше Ч=п.Рассматривают случай возникнове- ния перегрузки по току в первом плече силового инвертора 4 (фиг,2 о), например, в момент времени( указанному режиму работы соответствуют пунктирные линии временных диаграмм фиг.2). При этом полагают, что данная перегрузка произошла повторно (с учетом перегрузки в момент времени С, фиг.2 п) - одновибратор 24 (точнее делитель частоты 26) находится в режиме счета, Поскольку триггер 21 защиты в момент времени 1+ Гд установлен (фиг,2 ж) в высокий уровень выходного напряжения, фронт выходного сигнала 11; порогового элемента 20 в момент времениперегрузки(фиг,2 е), устанавливает триггер 21 защиты в низкий уровень (фиг,2 ж, пунктирная линия), Это устанавливает делитель 26 частоты в момент временив состояние, соответствующее моЪменту , т.е, с момента з инвертор 27 опять начинает формировать сигнал, запрещающий с момента времени С + Т 1 прохождение сигналов управления на выходе селекторов 17 и 10 15 20 25 30 35 40 18. Соответственно исключается и прохождение электрической энергии отпервичного источника 3 напряжения постоянного тока в нагрузку 8, При этомна обмотках трансформатора 6 инвертора 4 формируются смещенные на Т,прямоугольные импульсы равной длительности тц (фиг.2 о).Таким образом осуществляется защита от перегрузки по току коммутации в каждом из полупериодов коммутации, При этом обеспечивается и симметрирование работы регулируемогоконвертора в течение всего интерваладействия перегрузки, исключается превышение тока в каждом из плеч коммутации конвертора, В качестве датчика19 тока может быть использован резистор с разделительным трансформатором,например при мостовой или полумостовой схемах двухтактного усилителя 5мощности. При этом вторичная обмотка(со средним выводом) трансформируетсигнал, пропорциональный токам плечинвертора 4, Б предлагаемом конверторе вторичные полуобмотки через диодыподключаются на вход порогового элемента 20, и сигналы, пропорциональныекоммутируемым в плечах конверторатокам, воздействуют на его вход отдельно,В предлагаемом конверторе идентичность сигналов управления в обоих полупериодах обеспечивает высокую эффективность процесса преобразованияэлектрической энергии в двухтактныхпреобразователях электрической энергии, поскольку в режиме перегрузкипо тдку имеет место практически одинаковое время (фиг,2,р) открытого изакрытого состояний транзисторов двухтактного и закрытого состояний транзисторов двухтактного преобразователя в течение одного периода, чем исключается подмагничивание силового трансформатора и повышается КПД и надежность конвертора.Изменение частоты задающего генератора 9 приводит к изменению периода Т 4, однако одновибратор 24 сохраняет .длительность формируемого сигнала (с учетом изменения Т 1), поскольку разрядности делителей 14 и 26 частоты постоянны и отличаются на единицу. Этим исключается необходимость технологической подстройки длительности одновибратора 24 и достигается некритичность к воздействию раз 9 1 Зличных дестабилизирующих факторов.Формула изобретенияРегулируемый конвертор, содержащий силовой канал преобразования электрической .энергии, включающий управляемый силовой инвертор, питающий вход которого соединен с выводами для подключения первичного источника напряжения постоянного тока, и блок выпрямления и фильтрации, вход которого соединен с выходом управляемого силового инвертора, а выход - с выводами для подключения нагрузки, канал управления, включающий генератор синхроимпульсов, выход которого через первый делитель частоты подключен к входу формирователя длительности паузы, формирователь пилообразного напряжения, вход которого соединен с выходом формирователя длительности паузы, а выход - с первым входом широтно-импульсного модулято" ра, блок управления, выход которого подключен к второму входу широтно-импульсного модулятора, второй делитель частоты, вход которого соединен с выходом Формирователя длительности паузы, одновибратор с последовательно включенными Формирователем строб- импульсов, третьим делителем частоты, вхоц которого подключен к выходу генератора синхроимпульсов, и инвертором, первый селектор, первый вход которого соединен с выходом Формирователя длительности паузы, второй вход -б 5290 с выходом второго делителя частоты,третий входс выходом широтно-импульсного модулятора, а выход через5первый согласующий элемент - с однимиз управляющих входов управляемогосилового инвертора, второй селектор,первый вход которого подключен к выходу формирователя длительности паузы, второй вход - к выходу инвертораодновибратора, третий вход - к выходу второго делителя частоты, а выходчерез второй согласующий элемент -к другому управляющему входу управляемого силового инвертора, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения технологичности и КПД путем увеличения точности симметрирования управляющих сигналов при перегрузке по току, в него введены датчиктока, пороговый элемент, триггер защиты и элемент 2 И, причем датчик тока включен в общую токовую цепь силового инвертора и выходом соединен с25 входом порогового элемента, один извходов триггера защиты подключен квыходу формирователя длительности паузы, другой вход - к выходу порогового элемента, а выход - к четвертымЗо входам селекторов, входы элемента 2 Исоединены с выходами Формирователядлительности паузы и триггера защиты, а выход " с входом формирователястроб-.импульсов, пятый вход первогоселектора подключен к выходу инвертора одновибратора, а пятый вход второго селектора - к выходу широтно-импульсного модулятора,11365290 оставитель Л, Морозоваехред М.Дидык Корректор С, Шекма едактор И, Горн аказ 665 2 Тираж 66 НИИПИ Государственного по делам изобретений и 13035, Москва, ж, Ра изводственно-полиграфическое предприятие, г, УжгорПроектная ъо Ю0 80л,Ъг О(г Рои Подписноемитета СССРткрытийская наб д,4/5