Силовой цифроаналоговый преобразователь

СОЮЗ СОВЕТСНИКСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 09) (И)Н 03 М 1 66 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН 40 ститут точной фроаналоговымеобразователям.М.: Радио и ство СС /66, 19 ма ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССС ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(56) Справочник по ции аналого-цифровым прПод ред. 0,Р.Гнатека.связь, 1982.Авторское свидетелУ 760437, кл. Н 03 М(54) С 1 ШОВОЙ ЦИФРОАНАЛОГОВЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ(57) Изобретение относится к автотике и может быть использовано в ре гуляторах напряжения, сиетемах злектропривода и следящих системах постоянного тока, Цель изобретения - повышение точности, надежности и расширение области применения за счет регулирования скважности импульсов тока в элементе нагрузки. Силовой цифроаналоговый преобразователь содержит блок 1 управления, преобразователь 2 код - ШИМ, задающий генератор 3 импульсов, триггер 4, силовой преобразователь 5, элемент 6 сравнения, усилитель 7, интегропропорциональный фильтр 8, измерительный преобразователь 9 код-напряжение, генератор 10 пилообразного напряжения, компаратор с 11, элемент 12 нагрузки, генератор 13 импульсов, коммутатор 14, источ1434544 нк 15 опорного напряжения, два ключа 16 и 17, резистивный делитель 18и дифференциальный усилитель 19. Силовой преобразователь 5 выполнен натрех источниках выпрямленного напряжения, трех силовых транзисторныхкЛючах, четырех диодах, дросселе иконденсаторе. Блок 1 управления выполнен на счетчике импульсов, генераторе счетных импульсов, многопоэицЬонном переключателе, двух резисторах, кнопке "Запись", кнопке "Обнуление" и источнике напряжения. Вве-Изобретение относится к автоматике и может быть использовано в регуляторах напряжения, системах электропривода и следящих системах постоянного тока.Цель изобретения " повышение точнЬсти, надежности и расширение област применения силового цифроаналогового преобразователя эа счет обеспечения возможности регулирования скважности выходных импульсов тока в элементе нагрузки,На фиг. 1 изображена функциональная схема силового цифроаналоговогопреобразователя; на фиг.2 - функцио"нальная схема силового преобразователя; на фиг.3 - функциональная схемаблока управления; на фиг.4 - временНые диаграммы, поясняющие работу си.-ю 1 ового цифроаналогового преобразователя,Силовой цифроаналоговый преобраэо",ватель содержит блок 1 управления,цреобразователь 2 код - ШИМ, задающий генератор 3 импульсов, триггер 4,силовой преобразователь 5, элемент 6сравнения, усилитель 7, интегропропорциональный фильтр 8, измерительный преобразователь 9 код - напряжение, генератор 10 пилообразного напряжения, компаратор 11, элемент 12нагрузки, генератор 13 импульсов,коммутатор 14,. источник 15 опорногонапряжения, два ключа 16 и 7, резистивный делитель 18 и дифференциальньй 35усилитель 19.Силовой преобразователь 5 выпол"нен на трех источниках 20"22 выпрямдение контура обратной связи, состоя щего из источника 15 опорного напряжения, ключа 17, резистивного делителя 18 и дифференциального усилителя 19, позволило повысить точностьпреобразования, расширение областиприменения достигается за счет введения генератора 13 импульсов, коммутатора 14 и ключа 16, а повышениенадежности - за счет импульсного ре"жима работы силовых транзисторныхключей старших разрядов. 2 э.п. фтлы,4 ил. ленного напряжения, трех силовых транзисторных ключах 23 - 25, четырех диодах 26-29, дросселе 30 и конденсаторе 31.Блок 1 управления выполнен на счетчике 32 импульсов, генераторе 33 счетных импульсов, многопозиционном переключателе 34, двух резисторах 35 и 36, кнопке 37 "Запись", кнопке 38 "Обнуление" и источнике 39 напряженияСиловой цифроаналоговьй преобразователь работает следующим образом.Блок 1 управления формирует,п-разрядный двоичный параллельный код, которьй преобразуется в измерительном преобразователе 9 код - напряжение с высокой точностью в эталонное напряжение Уг. Это напряжение через вто" рой ключ 16, управляемый от генератора 13 импульсов, поступает на второй вход элемента 6 сравнения, на первый вход которого поступает выходное напряжение Ун с элемента 12 нагрузки, Разность напряжений а 00 - 0 через усилитель 7 и интегропропорциональный фильтр 8 поступает на второй вход комларатора 11, где сравнивается с сигналом генератора 10 пилообразного напряжения.Старшие ш разряды двоичного кода, формируемые блоком 1 управления, поступают также на информационные входн коммутатора 14, а младшие (и-ш) разрядов кода подаются, на информационные входы. преобразователя 2 код - ШИИ.Работа контура управления, осуществляющего общую отрицательную об 3 1434544 4О ратную связь по напряжению, поясняется диаграммами ца Фиг,4. На втором выходе преобразователя 2 код - ШИМ длительность импульсов, вырабатываемых генератором 3 и следующих с час 5тотой коммутации, равной 1 = 1/Т , пропорциональна значению кода (и-ш) младших разрядов (Фиг.4,а). Сигнал на первом выходе преобразователя 2 код " ШИМ (Фиг. 4, б), соответствующий началу каждого импульса на втором выходе, поступает на первыйт вход триггера 4. В моменты окончания импульсов на втором выходе преобразователя 2 код - ШИМ запускается генератор 10 пилообразного напряжения фиг.4. в). В момент равенства выходного напряжения последнего и напряжения на выходе интегропропорциональцого фильтра 8 срабатывает компаратор 11 и переключает по второму входу (Фиг. 4, г) триггер 4 в состояние, обеспечивающее Формирование заднего Фронта импульса внутри периода коммутации (фиг. 4, д), Величина относительной продолжительности импульсов= Т, /Т, ца первом входе силового преобразотателя 5 определяется суммарной длительностью сигна 30 лов на входах компаратора 11. Изменениебудет происходить до тех пор, пока разность У 3 = Б -Б не станет равной нулю. Период следования импульсов на выходе преобразователя за" дается генератором 13 и равен Т, а длительность - Т (Фиг. 4, е), причем Т, Т (Т=1-100 мс, Т =50-100 мкс), Таким образом, ца первый вход силового преобразователя 5 поступает Пачка широтно-модулиро40 ванных импульсов (Фиг.4,ж) .Управление работой силового преобразователя 5 (на Фиг.2 представлена схема. силового преобразователя 5 сов- . местно с блоками 14, 17, 18 и 19 для случая, когда общее число разрядов кода и = 5, а число старших разрядов ш = 2) осуществляется по трем его входам. Подача напряжения в нагрузку осуществляется в момент прихода на 50 управляющий вход коммутатора 14 импульса с выхода генератора 13 импульсов (Фиг.4,е). Это происходит при любой,кодовой комбинации. Так, например, при нулевых состояниях тд старших 55 разрядов и при единичных состояниях определенных младших разрядов импульсное напряжение в нагрузку поступает только от источника 20 выпрямленного напряжения, так как транзисторные силовые ключи 24 и 25 закрыты, а на вход ключа 23 поступает "пачка широтно-модулированных импульсов,относитегтьцая длительность которыхТц/Т пропорциональна заданномузначению двоичного кода (Фиг.4,ж),Ток протекает по цепи: "+" источника20, 1.С-фильтр, состоящий из дросселя30 и конденсатора 31, элемент 12 нагрузки, шина нулевого потенциала,диоды 26 и 27, силовой транзисторныйключ 23, "-" источника 20. На нагрузке формируются импульсы напряжения,период следования которых равен Т,амплитуда П" = ",11; , а длительностьравна Тт (фиг,4,з), При наличии единицы в каком-либо из ш старших разрядот 5 тодключается сответствующийисточник (21 тццт 22) выпрямленногонатЦ 55 женияПри наличии единицы Вчетвертом разряде кода подключаетсяистогцик 21 выпрямленного напряжениячерез силовой тратзисторный ключ 24.11 ри велич нт единицы в старшем пятомразряде кода и подаче строб-импульсана вход коммутатора 14 на первый входдифферснцттальього усилителя 19 черезключ 17 поступает напряжение д и систочника 15 опорного напряжения, Навторой вход усилителя 19 поступаетсигнал через резистивный делитель 18с дополнительного выхода силовогопреобразователя 5 (с выхода самойвысоковольтной ступени источника 22).Усиленный сигнал рассогласования подается на базу силового транзисторного ключа 25, р"ботающего в активномрежиме. Таким образом, осуществляетсяимпульсная местная отрицательная обратная связь и стабилизация напряжения 11. данной ступени на требуемомуровне. При коде 11111 ток протекаетпо цепи; "+" источника 20, ЬС-Фильтр,нагрузка, шина нулевого потенциала,силовой транзисторный ключ 25,источника 22, "+" источника 22, силовой транзисторный ключ 24, "-" источника 21, "+" источника 21, силовой транзисторный ключ 23, "-" источника 20. На нагрузке Формируютсяимпульсы напряжения, амплитуда которьгх Бн=-П, +Б+Ц пропорциональна значению кода, причем Б =2Ут и Б=- 2ПЭСледует отметить, что все сигналыуправления (Фиг.4) отсчитываются от5 14345 нулевого потенциала, а необходимая гальваническая развязка в устройстве осуществляется в блоках силовых транзисторных ключей 23 - 25.Силовой преобразователь 5 состо"5 ит из источников 20 - 22 выпрямленного напряжения, выполненных по схе" ме Ларионова.Силовые транзисторные ключи 23 и 24 выполнены на базе самоэащищенных транзисторных ключей, имеющих в своем составе схемы управления с оптронной развязкой и мощные выходные транзИсторы. На входах схем управления силовыми транзисторными ключами 23 и 24 установлены импульсные оптроны К 249 ЛП 1, а на входе управления силовым ключом 25 - оптрон АОД.Для ручного наЬора необходимой кЬдовой комбинации используется многрпоэиционный переключатель 34 (например, типа ПП 10-Рв 5 х 8), который осуществляет Формирование двоичнодесятичного хода, поступающего на иИформационные входы счетчика 32, на в 1 сод записи которого подается сигнал лргического "О" (кнопка 37 "Запись" разомкнута). Для автоматического изменения кодовой комбинации с требуемой частотой используется генератор 33 счетных импульсов, импульсы с выхЬда которого подаются на счетный всод счетчика 32 импульсов. При этом кИонка 37 "Запись" замыкается, а хлюпка 38 "Обнуление" размыкается. Бйкодные сигналы старших ш разрядов кЬда подаются на информационный вход кЬммутатора 14, а.выходные сигналы младших (и-ш) разрядов кода поступают на информационные входы преобра 40 зователя 2 код - ШИМ. Обнуление счет" чИка 32 импульсов осуществляется эамЫканием кнопки 38 "Обнуление".Введение контура обратной связи (источник 15 опорного апряжения, ключ 17, делитель 18 и усилитель 19) повышает точность преобразования, введение генератора 13, коммутатора 14 и ключа 16, расширяет область применения, а повышение надежности обес печивается импульсным режимом работы силовых транзисторных ключей старших разрядов. Формула изобретения 1. Силовой цифроаналоговый преобразователь, содержащий блок управле 4 бния, выходы ш старших разрядов которого подключены к соответствующиминформационным входам старших разрядов измерительного преобразователякод - напряжение, а выходы (и-ш) младших разрядов соединены с соответствующими информационными входами младших разрядов измерительного преобразователя код - напряжение и информационными входами преобразователя код -широтно-импульсно-модулированный сигнал, тактовый вход которого подключен к выходу задающего генератора,первый и второй выходы преобразователя код - широтно-импульсно-модулированный сигнал соединены соответственно с первым входом триггера и входом генератора пилообразного напряжения, выход которого соединен с пер-.вым входом компаратора, вьйод которого. подключен к второму входу триггера, выход которогс соедин.н с первым входом силового преобразователя,первый выход которого. подключен кпервому выводу элемента нагрузки ипервому входу элемента сравнения, выход которого через последовательносоединенные усилитель и интегропропорциональный фильтр подключен к второму входу компаратора, второй выводэлемента нагрузки объединен с вторымвыходом силового преобразователя иподключен к шине нулевого потенциала,о т л и ч а и щ и й с я тем, что,с целью повышения надежности и точности и расШирения области примененияза счет обеспечения возможности регулирования скважности выходных импульсов тока, в него введены коммутатор,генератор импульсов, дифференциальный усилитель, резистивный делитель,первый и второй ключи и.источник опорного напряжения, выход которого черезпервый ключ подключен к первому входудифференциального усилителя, второйвход которого через резистнвный делитель соединен с дополнительным выходом силового преобразователя, а выход дифференциального усилителя подключен к второму входу силового пре-образователя, третьи входы которогосоединены с соответствующими выходами (ш) старших разрядов коммутатора, выход а-го старшего разряда которого соединен с управляющим входомпервого ключа, информационные входыкоммутатора соединены с соответствующими выходами ш старших разрядов7 14 блока управления, управляющий вход коммутатора объединен с управляющим входом второго ключа и подключен к выходу генератора импульсов, информационный вход второго ключа "соединен с выходом измерительного преобразователя код - напряжение, а выход подключен к второму входу элемента сравнения.2. Преобразователь по п. 1, о т - л и ч а ю щ и й с я тем, что силовой преобразователь выполнен на трех источниках выпрямленного напряжения, трех силовых транзисторных ключах, четырех диодах и фильтре, выполненном на дросселе и конденсаторе, коллектор первого силового транзисторного ключа соединен с первым выводом первого диода и подключен к шине нулевого потенциала, второй вывод первого диода объединен с первым выводом второго диода, с коллектором второго силового транзисторного ключа, соединен через первый источник выпрямленного напряжения с эмиттером первого силового транзисторного ключа и является дополнительным выходом силового преобразователя, второй вывод второго диода объединен с первыми выводами третьего, четвертого диодов и конденсатора, с коллектором третьего сило" вого транзисторного ключа и соединен через второй источник выпрямленного напряжения с эмиттером второго силового транзисторного ключа, эмиттер третьего силового транзисторного ключа через третий источник выпрямленного напряжения соединен с вторым 34544 8выводом четвертого диода и первымвыводом дросселя, второй вывод которого соединен с вторыми выводами конденсатора и третьего диода и является первым выходом силового преобразователя, базы первого, второго итретьего силовых транзисторных ключей являются соответственно вторым, 10 третьим и первым входами силовогопреобразователя.3. Преобразователь по п. 1, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что блокуправления выполнен на счетчике им пульсов, генераторе импульсов, многопозиционном переключателе, двух резисторах, кнопках "Запись" и "Обнуление" и источнике напряжения, выходкоторого подключен к первым выводам 20кнопок "Запись" и "Обнуление" и входу многопозиционного переключателя,выходы которого соединены с соответствующими информационными входамисчетчика импульсов, счетный вход 25 которого подключен к выходу генератора импульсов, вход записи соединен с первым выводом первого резистора и вторым выводом кнопки "Запись",вход обнуления счетчика импульсов З 0 соединен с первым выводом второгорезистора и вторым выводом кнопки."Обнуление", вторые выводы первогои второго резисторов соединены сшиной нулевого потенциала, младшие(и-ш) выходов счетчика импульсов 35являются выходами (и-ш) младших разрядов блока, старшие ш выходов счет,чика импульсов являются выходами шстарших разрядов блока.1434544а Ту г.Ф Составитель Н.Капитановор А.Ревин Техред М.Ходанич Корректор С.Шекм 564/5 9 П дписноета СССРытийб д, 4 ак ВНИИПИ Государственного комит по делам изобретений и отк