Устройство для управления широтно-импульсным преобразователем

4 СОЮЗ СОВСОЦИАЛРЕСПУБ ЕТСНИХ ТИЧЕСН 500 а 4 Н 02 М 7/ ал Всесоюзно ского инстго тт ерещенко,яшко и А.П.Коп раз дельное упристор ныминергия,пре" 3, 4 ь ОСУДАРСТНЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯРИ ГННТ СССР(56) Барский В.А, Раление реверсивными тобразователями, М,;39 Авторское свидетельство СССР В 1288843, кл. Н 02 М 7/48, 1985.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ШИРОТНО-ИМПУЛЬСНЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ (57) Устройство предназначено для уп. равления широтно-импульсным преобразователем, в частности мостовым автономным инвертором с широтно-импульсной модуляцией и принудительным выключением вентилей от внешних источников. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей и повышение надежности. Устройство поз" валяет без применения датчиков тока и состояния вентилей исключить вероятность сбоев в работе инвертора при произвольном характере управляющего сигнала. С этой целью перед подачей на вентили управляющих сигналов они подвергаются нормированию длительностей импульсов и пауз, Это достигается введением обратных связей по запрету прохождения сигнала в каждом канале управления, а также перекрестных це- а пей запрета между ними. Инвертор, выполненный на тиристорах или транзисторах и управляемый устройством, выполняет функцию коммутационного С усилителя, вырабатывающего ток в наг" рузке, пропорциональной входному сиг- Е налу, 2 ил.ФейИзобретение относится к электротехнике и может быть использовано вширотно"импульсных преобразователях,автономных инверторах с широтно"импульсной модуляцией, Коммутациойных. усилителях,Цель иЗобретения - расширениефункциональных возможностей управления преобразователем и повышение надежности преобразователяНа фиг.1 пердставлена схема устройства для управления широтно-импульсным преобразователем; на фиг.2 -эпюры напряжений: а, б - на выходахШИМ; в, г - на выходах элементов ИЛИ;,д, е - на выходах одновибраторов; ж,з - на выходах элементов задержкиспада импульса.Устройство для управления широтноимпульсным преобразователем (фиг,1)содержит задающий генератор 1, пер,вый и второй элементы 2 и 3 задержкиспада импульса, иннертирующий повто.ритель 4 сигнала и два аналогичныхго устройству канала управления.Первый и второй каналы управлениясодержат широтно-импульсные модуляторы ИИМ) 5 и б, элементы 7 и 8 запрета, первые одновибраторы 9 и 10,рюгические элементы ИЛИ 11 и 12, инверторы 13 и 14, первые формирователи1" и 16; вторые Формирователи 17 и 118 и вторые одновибраторы 19 и 20.Выход задающего генератора 1 под4ключен к синхронизирующим входам ШИМ5 и б первого и второго каналов управления соответственно, Выход ШИМ 5соединен с сигнальйым входом элемента 7 запрета, выход которого подКлючен к входу первого одновибратораи первому входу элемента ИЛИ 11;выход которого соединен с входом инфертора 13 и входом второго формироРателя 17. Выход инвертора 13 соедиНен с входом первого формирователя13, а выход второго формирователя 17ерез второй одновибратор 19 - с первым запрещающим входом 7 запрета.Выход ШИМ б соединен с сигнальнымвходом элемента 8 запрета, выход которого подключен к входу первого одновибратора 10 и первому входу элемента или 12, выход которого соединенс входом инвертора 14 и входом второго формирователя 18. Выход инвертора 14 соединен с входом первого формирователя 16, а выход второго формирователя 18 через второй одновиб" ратор 20 - с первым запрещающимвходом элемента 8 запрета,.Второй запрещающий вход элементав8 запрета второго канала управления.через первый элемент 2 задержки спада импульса соединен с выходом элемента ИЛИ 11 первого канала управ-ления. Второй запрещающий вход элемента 7 запрета первого канала управления через второй элемент 3 задержки спадаимпульсасоединенс выхсдомэлемента ИЛИ 12 второго канала управленйя. Третий запрещающий вход элемента 7 запрета первого канала управ"ления соединен с выходом второго од"новибратора 20 второго канала управления а третий запрещающий входэлемента 8 запрета второго канала управления - с выходом второго одновибратора 19 первого канала управления,Вход устройства соединен с сигнальным входом ШИМ 5 и через инвертирующий повторитель 4 сигнала " с сигнальным входом ШИМ б,Выходы. первого и второго Формирователей 15 и 17 первого канала управления, а также выходы первого и второго формирователей 16 и 18 второгоканала управления являются первым,вторым, третьим и четвертым выходамиустройства соответственно.Задающий генератор 1 служит длясинхронизации ШИМ 5 и б. В его качестве может быть использован г"нератор пилообразного сигнала с разма"хом пилы от нуля до некоторого значения П примерно соответствующегомаксимальному значению управляющегосигнала Б, При этом в качествеШИИ 5 и б могут быть использованыкомпараторы напряжений.Элементы 7 и 8 запрета представ-ляют собой логические элементыИ с инверсными запрещающими входами. Онимогут быть выполнены на. базе элемента 5 И,НЕ с подключением инверторовк его запрещающим входам и к выходу,Одновибраторы 9, 10, 19.и 20 могут быть выполнены, например, на основе интегральных микросхем 155 АГЗ.Длительность импульсов .- Формируемых на выходе одновибраторов 9 и10, устанавливают меньшей, чем минимальное время с ., необходимоЕ дпяобеспечения устойчивого включениярабочих вентилей и окончания пере"ходных процессов в узлах принудительной коммутации преобразователя, Длиз 14 тельность импульсов с, формируемых одновибраторами 19 и 20, устанавливают .не меньшей, чем время восстановления управляющих свойств ранее включенных рабочих вентилей . В качестве элементов 2 и 3 задержки спада импульса могут быть использованы пассивные КС-интеграторы, резисторы которых зашунтированы прямо включенными диодами. Время задержки . спада импульса устанавдивают не меньшим, чем время распространения сиг" нала через последовательно включенный формирователь 17 (18) и второй одновибратор 19 (20); Формирователи. 15-18 импульсов выполены на основе чифференциаторов,работающих по спаду импульсов на,входе,Инвертирующий повторитель 4 сигнала может быть выполнен на базе опе. рационного усилителя, включенногопо схеме с коэффициентом передачиК 1 аУстройство работает следующим образом,При подаче питания на устройствозадающий генератор 1 начинает вырабатывать опорное напряжение, поступающее на синхронизирующие входы широтно-импульсных модуляторов ШИМ 5и б: На вход устройства подают управляющее напряжение 0, которое определяет закон изменейия выходного сигнала преобразователя, управляемогоустройством. В зависимости от полярности 0 ШИМ 5 или б вырабатываетпоследовательность импульсов соскважностью, определяемой величинойУ, Для обеспеспечения работоспос 3 бности преобразователя управляющийсигнал обоих каналов нормируется подлительности импульсов и пауз междуними как внутри пачек,ШИМ-последовательностей, так и между ними.Нормирование длительности импульсов и пауз внутри пачек 7 ИМ-последовательностей осуществляется каждымканалом управления в отдельности,В случае, когда полярность 0совпадает с полярностью опорного напряжения, ШИМ б находится в нерабочемрежиме, не вырабатывая импульснойпоследовательности, а ШИМ 5 в ,в рабочем, Выходная последовательность импульсов ШИМ 5 поступает на сигнальный вход элемента 7 запрета, который в исходном состоянии открыт. По 500554переднему фронту каждого импульса наего выходе срабатывает первый одновибратор 9, формирующий импульс длительностью С . Импульсы с выходов5элементов 7 запрета и одновибратора 9поступают на соответствующие входыэлемента ИЛИ 11, который формирует навыходе импульс длительностью наибольшей из двух, Инвертор 13 инвертирует сигнал, а первый формирователь15 формирует короткий импульс по егоспаду, Этот импульс, совпадающий сФронтом импульса на выходе элемента 15 ИЛИ 11, через первый выход устройства поступает на цепи запуска рабочихвентилей преобразователя, включая токчерез нагрузку, С выхода элементаИЛИ 1 сигнал поступает также на вто рой формирователь 17, который по егоспаду вырабатывает импульс запускткоммутирующих вентилей преобразователя, поступающий на них через второйвыход устройства и превьппающий ток 26 через нагрузку. Этот же импульс запускает одновибратор 19, формирующийимпульс длительности сд , Выходнойсигнал одновибратора 19 поступает.на первый запрещающий вход элемента З 0 7 запрета и блокирует прохождениесигнала отШИМ 5 на время, равное с1Таким образом, первый одновибратор9 совместно с элементом ИЛИ 11 осуществляет ограничение. по минимуму Зб длительности времени включенного состояния рабочих вентилей преобразователя, а второй одновибратор 19 совместно с элементом,7 запрета ограничивает минимальное значение времени 40 включенного состояния коммутирующихвентилей.В случае, когда полярность Бпротивоположна полярности задающегогенератора 1, ШИМ 5 находится в не рабочем режиме, импульсы на,его выходе отсутствуют. Инвертирующий повторитель сигнала 4 меняет полярностьсигнала Н без изменения его амплитутды и приводит в рабочий режим 5 О ШИМ 6, заставляя его вырабатывать им"пульсную последовательность со скважностью, зависящей от величины 0Выходной сигнал ШИМ б поступает навход элемента 8 запрета и далее на В 6 элементы 10, 12, 14, 16, 18 и 20 второго канала управления.Работа второго канала управленияпроисходит в той же последователвности, как и описанная работа первого14500канала управления. При этом на треть-,ем и четвертом выходах устройствавырабатываются нормированные по длительности импульсы управления второй5группой вентилей преобразователя, который вырабатывает в нагрузке ток соответствующий полярности,оВ момент смены полярности У происходит переход от работы одного ка-.,, нала к другому. В этом случае недопустимо как перекрытие управляющихимпульсов двух каналов, так и отсутствие необходимого временного интервала между ними. Выполнение этих условий 15осуществляется перекрестными цепямизапрета на запрещающие входы элементов 7 и 8 запрета. Например, при появлени: импульса па выходе элемента, ИЛИ 11 он поступает на второй запре щающнй вход элемента 8 запрета черезэлемент 2 задержки спада импульса иблокирует прохождение сигналов через,второй канал управления на все времяего действия и время задержки спада 25"импульса, По окончании этого импульса блокировка второго канала управления не снимается еще в течениевремени 8 г, задаваемого одновибрато, ,ром 19, Эта блокировка осуществляется по цепи: выход элемента ИЛИ 1 1Формирователь 17 - одновибратор 19 -третий запрещающий вход элемента 8запрета.Аналогично происходит блокировкаработы первого канала управления придействии рабочих импульсов на выходе второго канала управления. Приэтом блокировка на время действия импульса , и 1 перекрытия интерваловзапрета происходит по цепи: входэлемента ИЛИ 12 - элемент 3 задержки спада импульса - второй запрещающий вход элемента 7 запрета, а блокировка на время паузы с - по цепи:г45выход элемента ИЛИ 12 - Формирователь .18 - одновибратор 20 - третий запрещающий вход элемента 7 запрета.На диаграмме (фиг,2) приведенслучай, когда на выходах ИИМ 5(фиг.2 а) и ШИИ б (фиь.2 б) действуют50импульсы 21 и 22, причем интервалмежду фронтами импульсов больше Г,но меньше , + 1:, а длительностьимпульса 21 меньше. Такая импульс 1 55ная последовательность может появиться на выходах 3 П 21 5 и б при действиина их входах импульсных помех сослучайным распределением фаз. Если 55 6бы такая импульсная последовательность попадала на выходы элементовИЛИ 11 и 12 без изменений, это вызвало бы сбой в работе преобразователяпо следующим причинам, Во-первых,длительность импульса 21 меньше вре-мени ь;, минимально необходимого,для обеспечения устойчивого, включениярабочих вентилей и окончания переходных процессов в цепях принудительной коммутации преобразователя. Вовторых, интервал между импульсамименьше времени г,";, минимально необходимого для устойчивого выключенияранее включенных рабочих вентилей.Кроме того, при нормировании длительности импульса 21 величинойапаузы - величиной Сг, как показанона диаграмме (Фиь.2 в) и при отсут"ствии при этом перекрытия интерваловзапрета по второму и третьему запрещающим входам элемента" 8 запрета,сбой также произошел бы по цепям,управляемым вторым каналом управления, Это связано с запаздыванием навремя Ь 1 фронта сигнала запрета свторого одновибратора 19 (Фиг.2 д) относительно спада импульса запрета навыходе элемента ИЛИ 11 (Фиг.2 в)Фронт второго импульса 22, попадаяв промежуток Ь при отсутствии перекрытия повторно запустил бы одновибратор 10 без необходимого интервалачто вызвало бы сбой в работепреобразователя.В устройстве есть все необходимыефункциональные элементы для исключения сбоя преобразователя при рассмотренном соотношении длительностейимпульсов и пауз между ними. Работаясогласно приведенной диаграмме, устройство вводит нормирование импульсови пауз, а также исключает вероятностьсбоя при попадании фронта импульса в промежуток Ь за счет задержки спадаимпульса (Фиг,2 ж) на величину . Ь.В результате на выходе элемента ИЛИ1 1 формируется один импульс длительностью , (Фиг.2 в), после которогоследует пауза 7 , в течение которойзапрещено прохождение через второйканал любых запускающих импульсов.Только по ее окончании разрешаетсяпрохождение импульса 22. Посколькуего длительность больше с + ,гоставшаяся еьо часть по окончанииЛинтервала запретаостается неизменной,Ф ормул а 40 7 14500Группы вентилей преобразователя, Формирующие в нагрузке токи противоположных полярностей, работают последовательно в неперекрывающихся временных интервалах. Это исключает прохождение сквозных токов через:вертикалимостового преобразователя, а значит и сбои в его работе. Однако вследствие действия помех на входе устройства или из-за погрешностей в работе задающего генератора 1, ШРМ 5 и 6 и инвертирующего повторителя 4 сигнала возможно перекрытие управляющих импульсов соседнего канала. Так, импульсы 22 и 23, действующие соответсвенно на выходах ШИМ 6 (фиг.2 б) и ШИМ 5 (Фиг.2 а), перед подачей на управляющие цепи преобразователя необходимо разнести по времени. В течение времени действия импульса 22 и времени задержки спада импульса й на выходе элемента 3задержки спада импульса вырабатывается,запрещающий импульс (Фиг,2 з), 2 б блокирующий работу первого канала управления. После окончания импульса 22 запрет сохраняется еще в течение времени Г запрещающим импульсом с .выхода одновибратора 20 (фиг.2 е), чем достигается нужный временной интервал в работе каналов. В результате перекрытие импульсов на выходах эле ментов ИЛИ 11 (Фиг.2 в) и 12 (Фиг.2 г) уст раняется и сбоя в работе преобразователя не наступает.Вследствие симметричности схемы устройства и, при появлении импульсов 21 и 23 на выходе ШИМ б, а импульса 22 - на выходе ШЙМ 5 работа происходит аналогично описанной. Преобразователь, управляемый устрой" ством, сохраняет устойчивость в работе при всех возможных видах импульсных последовательностей на вы" ходах ШИМ 5 и 6.45По сравнению с известным предлагаемое устройство для управления широтно-импульсным преобразователем позволяет управлять преобразоватебО лем по произвольному закону изменения входного сигнала. Это дает возможность использовать управляемый им преобразователь в качестве парфазного усилителя мощности.ббУстройство можно использовать для управления как тиристорными, так и транзисторными преобразователями. При.управлении транзисторными преоб 55 8разователями оно служит для исключен.ния перекрытия фронтов и спадов импульсов управлений вентилей, относящихся к одноименным вертикапям моста. Этим достигается исключениесквозных токов через вентили преобразователя, что ведет к увеличению ихнадежности и долговечности. изобретения Устройство для управления широтноймпульсным преобразователем, содержащее задающий генератор и первый канал управления, включающий широтно- импульсный модулятор, синхронизирующий вход которого подключен к выходу задающего генератора, выход соединен с сигнальным входом элемента запрета, выход которого подключен к входу первого одновибратора и первому входу элемента :.ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом первого одновибратора, а выход - с входом инвертора, выход которого подключен к входу первого Формирователя, и с выходом вто" рого формирователя, выход которого через второй одновибратор подключен к первому запрещающему входу элемента запрета, сигнальный вход широтно- импульсного модулятора является вхо" дом устройства, а выходы первого и второго Формирователей - первым и вторым выходами устройства, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения Функциональных возможностей и повьппения надежности в него, введены второй канал управления, аналогичный первому, два элемента задержки спада импульса и инверти рующий повторитель сигнала, причем элементы запрета снабжены вторым и третьимзапрещающими входами, при этом второй запрещающий вход элемента запрета второго канала управления через первый элемент задержки спада импульса соединен с выходом элемента ИЛИ первого канала управления, втог рой запрещающий вход элемента запрета первого канала управления через второй элемент задержки спада импуль-, са соединен с выходом элемента ИЛИ второго канала управления, третий запрещающий вход элемента запрета первого канала управления - с выходом второго одновибратора второго канала управления, третий запрещающий вход элемента запрета второго каналауправления - с выходом второго одновибратора первого канала управления, сигнальный вход широтно- импульсного Модулятора первого канала управления через инвертирующий повторИтель сигнала подключен к сигнальному входу широтно-импульсного модулятора ДЗОО 55 1 Овторого канала управ, пения, сицхронизирующий вход которого соединец с выходом задающего генератора, а выходыпервого и второго формирователейбвторого канала управления являютсятретьим и четвертым выходом устройства.450055 Составитель О,ПарФеноваедактор А.Ворович Техред М.Ходанич Корректор М.Максимкцинец писноеытиям при ГКНТ СССР Производственно-полиграФическое предприятие, г, Ужгород, ул, Проектная,Заказ 697352 .Тираж 666 ВНИИПИ Государственного комитет 113035, Москва, по изобретениям и -35, Раушская наб.