Устройство для управления и защиты преобразователя

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 2 19) 011 Но 24 Н 02 Н 7/1 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТ ОМИТЕТ СССРИЙ И ОТКРЫТИЙ ПИСАНИЕ РЕТЕ Т инстиники при ованных меха и тронив,оэл ьни ство24,УПР ТОРСНОМУ СВИДЕТ(71) Научно-исследователтут автоматики и электроТомском институте автомасистем управления и ради (72) В.Н.Мишин, В.А,Пчел Г.А.Ракитин и А.С.Бикуло(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВЛЕНИЯ И ЗАЩИЧЪ 1 ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ(57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано вовторичных источниках питания со звеном повьппенной частоты. Целью изобретения является повышение надежностиустройства. Устройство для управления и защиты преобразователя содержитвходной выпрямитель 2, подключенныйчерез токоограничивающий дроссель33 и датчик тока 3 к входу инвертора 4, выход которого через выходной выпрямитель 5 и фильтр 6 соединен снагрузкой, усилитель 9 обратной связи, широтно-импульсный модулятор 12и усилитель мощности 7, а также двапороговых органа 8, 13, триггер защиты 16, элемент памяти 19, элементИЛИ 14, главный ключ защиты 20, блокзадержки включения 22 и два пороговых элемента 25 и 26. Осуществленазащита от снижения питания схемы управления, задержка включения инвертора 4 от момента включения в сеть домомента окончания переходных процессов во входном выпрямителе 2, защитапо максимальному току и токовая отсечка, причем на этапе бестоковой паузы функция защиты передается ключупаузы. Кроме того, устройство содержит диод 37 и элемент И 35 для устранения аварийного режима преобразователя при одновременном появлениидвух логических единиц на выходахтриггера Зб управления широтно-импульсного модулятора 12, что приводит к одновременному включению диагоналей инвертора 4. 5 ил.Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть испольэовано во вторичных источниках питания со звеном повышенной частоты. 5Целью изобретения является повышение надежности устройства.На фиг, 1 представлена функциональная схема устройства для управления и защиты преобразователя на 1 О фиг, 2 - пример построения порогового органа; на фиг. 3 - один из вариантов усилителя мощности; на фиг, 4 - пример выполнения схемы главного ключа защиты; на фиг. 5 - блок 15 задержки включенияУстройство для управления и защиты преобразователя (фиг. 1) содержит входом 1 подключенный к питающей сети входной выпрямитель 2, первый вы О ход которого через датчик 3 тока соединен с первым входом инвертора 4, вьмод которого через выходной выпрямитель 5 подключен к входу ЬС-фильтра 6, усилитель 7 мощности, выходом сое диненный с управляющим входом инвертора 4, первый пороговый орган 8, входом подключенный к выходу датчика 3 тока, и усилитель 9 обратной связи, первый вход которого соединен с 30 зажимом 10 для подключения источника опорного напряжения, а выход подключен к первому входу 11 широтно-импульсного модулятора 12. Устройство содержит также второй пороговый орган 13, входом соединенный с выходом датчика 3 тока, а выходом - с первым входом элемента ИЛИ 14 и анодом первого диода 15, триггер .16 защиты, установочный вход которого подключен 4 О к аноду второго диода 17 и выходу первого порогового органа 8, счетный вход - к синхрониэирующему выходу 18 широтно-импульсного модулятора 12, инвертирующий выход - через эле мент 19 памяти к первому входу главного ключа 20 защиты, а неинвертирующий выход соединен с катодом третьего диода 21, блок 22 задержки питания включения, вход которого подключен к зажиму 23 для подключения положительного источника питания, а выход соединен с вторым входом 24 широтно-импульсного модулятора 12, первый пороговый элемент 25, один вход которого подключен к зажиму 23 для подключения источника положительного напряжения, вьмод - к второму входу элемента ИЛИ 14, а второй вход соединен с выходом второго порогового элемента 26, входом подключенного к зажиму 27 для подключения отрицательного источника литания, причем выход фильтра 6 соединен с зажимом 28 для подключения нагрузки через датчик 29 выходного параметра, выход которого подключен к второму входу усилителя 9 обратной связи, выход 30 широтно-импульсного модулятора 12. подключен к третьему входу 31 широтно- импульсного модулятора 12, катодам первого 15 и второго 17 диодов и аноду четвертого диода 32, катодом соединенного с вторым входом главного ключа 20 защиты, третий вход которого подключен к выходу элемента ИЛИ 14, второй выход входного выпрямителя 2 соединен с токоограничивающим дросселем 33, зашунтированным пятым диодом 34, анод которого подключен к второму входу инвертора 4Входы элемента И 35 подключены к выходам триггера 36 управления широтно-импульсного модулятора 12, а его выход через диод 37 к внходам элемента ИЛИ 38 широтно-импульсного модулятора 12.Воротно-импульсный модулятор 12 моможет содержать (фиг. 1) задающий генератор 39, выходом подключенный к счетному входу триггера 36 управления и входу дифцепи 40, генератор 4 1 пилообразного напряжения, вход которого соединен с выходом дифцепи 40 и первым входом элемента ИЛИ 38, а выход - с первым входом компаратора 42обратной связи, второй вход которого является первым управляющим входом ключа 43 паузы, причем выходы триггера 36 управления через диоды 44 и 45 образуют выход 30 широтно-импульсного модулятора 12 и через диоды 46 и 47 соединены с вторым входом ключа 43 паузы, являющимся третий входом 3 1 широтно-импульсного модулятора 12, синхрониэирующим выходом 18 которого является выход задающего генератора 39.Пороговый орган 8 (13) содержит (фиг, 2) компаратор 48, на вход которого включен измерительный резисторный мост 49, в плечо которого включен датчик 3 тока, а выход компаратора 48 подключен к светодиоду оптодиодной пары 50, управляющей полевым транзистором 51, выход которого является выходом порогового органа 8 или 13.50 55 Усилитель 7 мощности для транзисторного инвертора 4, построенного,например, по мостовой схеме, включает в себя (фиг1) два идентичныхусилителя 52 и 53 мощности для управления силовыми транзисторами разныхдиагоналей моста, причем каждый изних может состоять (фиг, 3) из резистора 54, соединяющего зажим 23для подключения положительного источника питания с входом усилителя 52 и53 мощности и стабилитроном 55, иблока 56 для управления силовым транзисторным ключом, вход которого соединен с анодом стабилитрона 55, через диод 57 - с общей шиной схемы управления, а через резистор 58 - сзажимом 27 для подключения источни"ка питания отрицательного напряжения,причем выход блока 56 для управлениясиловым транзисторным ключом является выходом усилителя 52 или 53 мощности.Главный ключ 20 защиты содержит(фиг. 4) биполярный транзистор 59,базоэмиттерный переход которого через стабилитрон образует третий входглавного ключа 20 защиты, и гибридную полупроводниковую пару 60, эмиттер однопереходного транзистора которой является первым входом ключа20 защиты, а анод тиристора составляет второй вход главного ключа 20защиты,Блок 22 задержки включения представляет собой (фиг. 5) пороговыйэлемент с времязадающей цепью по входуеУстройство для управления и защиты преобразователя работает следующим образом,При подаче сетевого напряженияна вход 1 входного выпрямителя 2,в качестве которого может быть использован диодный мост с ЬС-фильтромна выходе, на его выходах возникаетпостоянное напряжение, поступающеечерез датчик 3 тока и токоограничивающий дроссель 33 на входь инвертора 4. Одновременно поступает напряжение на схему управления, и каналобразованный задающим генератором 39и триггером 36 управления, формируетимпульсы управления с коэффициентомзаполнения 3 = 0,5.При наличии на выходе триггера36 управления напряжения "1" диод44 или 45 закрыт и ток от положитель 5 10 15 20 25 30 35 40 45 ного источника (зажим 23), протекая через резистор 54, стабилитрон 55 и диод 57, запирает управляющий ключ блока 56 для управления силовым транзисторным ключом (фиг. 3). При этом силовой ключ инвертора открывается. При налчии на выходе триггера 36 управления напряжения "0" диод 44 или 45 открыт, ток положительного источника (зажим 23) протекает через него, диод 57 запирается, а управляющий ключ блока 56 отпирается током источника отрицательного напряжения (зажим 27) через резистор 58. При этом силовой ключ инвертора 4 закрывается. При наличии на выходах триггера 36 управления двух "1", которые одновременно поступают на входы элемента И 35, на выходе которого формируется напряжение "1", которая через диод 37 поступает на элемент ИПИ 38, отпирающий ключ 43 паузы, который через диоды 46 и 47 блокирует выходы триггера 36 управления и силовые транзисторы инвертора 4 остаются закрытыми, что позволяет избежать аварийного режима преобразователя.Выходные импульсы задающего генера" тора 39, продифференцированные дифцепью 40, через элемент ИЛИ 38 откры. вают ключ 43 паузы на время бестоковой паузы, перекрывающей по длительности, например, для мостового преобразователя суммарное время задержки канала управления и выключения силовых транзисторов инвертора, которое складывается из времени спада и времени рассасывания неосновных носителей.Ключ 43 паузы через диоды 46 и 47 отсекает от импульса управления на выходе триггера 36 временной интервал, равный длительности бестоковой паузы В момент пуска до истечения промежутка времени, достаточногодля окончания переходных процессов во входном выпрямителе 2 и в источнике питания схемы управления, на выходе блока 22 задержки включения присутствует положительное напряжение, через элемент ИЛИ 38 отпирающееключ 43 паузы, который через диоды46 и 47 блокирует выходы триггера 36 управления и силовые транзисторы инвертора 4 остаются закрытыми, По истечении времени задержки, определяемой блоком 22 задержки включения, наего выходе формируется напряжение, 1399866близкое к нулю, и с третьего входа элемента ИЛИ 38 снимается сигнал запрета. Импульсы управления с выхода 30 широтно-импульсного модулятора 125 усиливаются усилителем 7 мощности и поступают на базы силовых транзисторных ключей инвертора 4. Инвертор запускается, и его выходное напряжение, выпрямленное, например, двУх полупериодным выпрямителем 5 и отфильтрованное ЕС-фильтром 6, поступает через датчик 29 выходного параметра на зажим 28 для подключения нагрузки. 15С выхода датчика 29 выходного параметра напряжение обратной связи и опорное напряжение зажима 10 подаются на входы усилителя 9 обратной связи, с выхода которого их усиленная 20 разность поступает на второй вход компаратора 42 обратной связи. На первый вход компаратора 42 подается линейно нарастающее напряжение с выхода генератора 41 пилообраэ ного напряжения, синхронизируемого выходными импульсами дифце" пи 40, В случае возникновения ,разницы между напряжением обратной связи и опорным напряжением на 30 выходе компаратора 42 формируются положительные импульсы длительностью, пропорциональной величине указанной разницы, которые через элемент ИЛИ 38 открывают ключ 43 паузы, блокирую 35 щий выходы триггера 36 управления и тем самым иэменжот коэффициент за,полнения инвертора в сторону уменьшения или увеличения, в зависимости от знака возмущающего воздействия.При уменьшении напряжений питания схемы управления на зажимах 23 и 27 до недопустимой величины срабатывают пороговые элементы 25 и 26, которые могут быть построены по схеме тригге ра Шмидта и через элемент ИЛИ 14 и транзистор 59 на управляющий электрод тиристора гибридной пары 60 главного ключа 20 защиты поступает отпирающий импульс. Тиристор открывается, и через диод 32 и диоды 46 и 47 блоки 50 рует выходы триггера 36 управления, после чего преобразователь полностью отключается. Наличие этой защиты диктуется как необходимость поддержания нормальной работы схемы управ 55 ления, так и жесткими требованиями по обеспечению номинальной величины базового тока силовых транзисторных ключей, недостаточность которого примаксимальном токе коллектора можетпривести к перегреву силовых транзисторов и выходу их из строя,Пороговые органы 8 и 13 настроенына разные уровни тока, причем пороговый орган 8, настроенный на уровень,незначительно превышающий уровень номинального тока первичной обмоткисилового трансформатора, работает всистеме токовой отсечки, а пороговыйорган 13, настроенный на большую величину тока относительно пороговогооргана 8, через элемент ИЛИ 14 иглавный ключ 20 защиты полностью отключает преобразователь, Такое построение вызвано необходимостью повышения надежности преобразователя. Онопозволяет осуществить страховку системы токовой отсечки в случае ее сбоя.При увеличении тока нагрузки, коротком замыкании на выходе преобразователя, возникновении сквозного токав инверторе 4 или замагничивании сердечника силового трансформатора инвертора на интервале пуска выходнойток входного выпрямителя 2, представляющий собой сумму тока первичной обмотки силового трансформатора инвертора 4 и его тока намагничивания, возрастает, и при этом возрастает величина напряжения, снимаемого с датчика 3 тока на вход порогового органа8. При достижении пороговой величинынапряжение на выходе резисторного мос.та 49 (фиг. 2) меняет знак и компаратор 48 формирует на светодиоде оптопары 50 положительный импульс, после чего транзистор 51 запирается током фотодиода оптопары 50 и триггер16 защиты, ранее приведенный в исход"ное состояние по счетному входу импульсов задающего генератора 39, опрокидывается. На его неинвертирующемвыходе возникает напряжение "0", всвязи с чем выходы триггера 36 управления блокируются через диоды 46 и47 и диод 21, а силовые транзисторыинвертора 4 запираются. На инвертирующем выходе триггера 16 защиты появляется напряжение "1", которым за"ряжается конденсатор элемента 19 памяти до величины, пропорциональнойотсекаемому интервалу импульса управления. Следующий тактовый импульсзадающего генератора 39 возвращаеттриггер 16 защиты по счетному входув исходное состояние, и через сило 1399866вые ключи инвертора 4 снова протекает ток. При наличии устойчивой перегрузки триггер 16 многократно срабатывает отсекая по времени зону пеУ5 регрузки и уменьшая длительность импульсов инвертора, одновременно заряжая конденсатор элемента 19 памяти. По достижении на конденсаторе величины напряжения, достаточной для срабатывания однопереходного транзистора гибридной пары 60 (фиг.4) тиристор главного ключа 20 защиты отключает преобразователь в целом. Если перегрузка кратковременная, токовая отсечка защищает инвертор беэ отключения преобразователя. Постояннуювремени элемента 19 памяти выбирают иэ условия недопустимости перегрева силовых транзисторов. В связи с тем, что время эапирания силовых транзисторов инвертора 4 с момента выдачи команды на включение определяется его временами спада и рассасывания, то для ограничения тока в течение 25 этого промежутка времени в цепь питания инвертора 4 включен токоограничивающий дроссель с обратным диодом.Таким образом, повышается надежность устройства, так как иэбегается аварийный режим работы преобразователя при одновременном появлении двух "1" на выходах триггера управления, что приводит к одновременному включению диагоналей инвертора.формула и э о б р е т е н и яУстройство для управления и защиты преобразователя по авт. св, В 1336171, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности, оно снабжено диодом и элементом И, входы которого подключены к выходам триггера управления, а его выход - через диод к выходу элемента ИЛИ.1399866Составитель О.Мещерякова Редактор Т.Лазоренко Техред М.Ходанич Корректор Н;Король Заказ 2675/55 Тирах 665 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035) Москва, Ж) Раушская наб.) д, 4/5Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ухгород, ул, Проектная, 4