Цифровое устройство для импульснофазового управления статическим преобразователем частоты

СОЮЗ СОВЕТСКСОЦИАЛИСТИЧЕРЕСПУБЛИК 4 9 02 М 5 2 ИСАН ЗОБРЕТЕНИ ЕЛЬСТВУ т-исследовтромеханильцов,тский а ь- ле и Микропроцес но-фазового - Электриче еИМПУЛЬС- . КИМ(54) ЦИФР НО-ФАЗОВ ПРЕОБРАЗ (57) Изо тротехни шение бы держит Ф ияза- с екповь-,ю сосинх олектро носи тся,к реобра быть ихфаз ным обретени ке, а им овательпольэов но к х й ехнике, и м татио для управл еским преобр я т ы ем част ова ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР Н АВТОРСНОИЮ Сни(71) Всесоюзный научнотельский институт элек(56) Быков Ю,М, и др.сорные системы импульсуправления вентилями.ство, 1985, М 12, с.40 ВОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ О УПРАВЛЕНИЯ СТАТИ АТЕЛЕМ ЧАСТОТЫ етение относится кЦель изобретения родействия. Устрой рмирователь сигнало Целью изобретения является повышение быстродействия устройства,На Фиг,1 и 2 представлена схема цифрового устройства.Цифровое устройство для импульсно. фазового управления статическим преобразователем частоты содержит формирователь 1 сигналов синхронизации, который может быть выполнен, например, на компараторах, и имеет входы 1 - 1, являющиеся входами устройства, и выходы 1 - 1, блок 2 прерыванизации, блок прерываний, блок кон роля выхода команд, блок формирова ния фазы, блок управления формиров нием фазы, блок задания угла управ ления, цифровой блок сравнения, вы ходной блок. Особенностью устройст является то, что блоки имеют модул ную структуру и модули содержат э менты, позволяющие обеспечить макс мальную степень независимости при обработке сигналов. Сигналы управл ния формируются при фиксации запус триггером, входящим в модуль блока контроля вывода команд, или при по ступлении сигнала от блока сравнен отражающим тот факт, что заданная держка еще не исчерпана. В итоге дл тельность цикла счета задержки мин мальна, быстродействие и частотный диапазон системы максимальны. 2 ил ний с входами 2 - 26 и выходами 22 1, блок 3 контроля вывода команд с,входами 3 - .3, первой группой вы- ;ходов 3- 3- и второй группой выходов 3 - Зо, блок 4 формирования Фазы с первой группой входов 4, - 4второй группой входов 4 , - 4 и третьей группой входов 4 т - 4 и выходом4 , блок 5 управления ФормированиемФазы с входами 5 ". 5 я, первым выходом 5 и вторыми выходами 5 - 5 В,блок 6 задания угла управления, цифровой блок 7 сравнения с управляющимвходом 7, , входами 7 и 7 данных ипервым и вторым выходами 7, и 7 з, выходной блок 8 с управляющим входом8, инФормационными входами 8 - 8.и выходами 8 - 87.Выходы 1 - 16 формирователя через входы 2, - 2 блока 2 соединены с Я-входами К - Б-триггеров 9 - 11 и входами 4- 4 блока 4. Входы 24 - 26 блока 2 соединены с соответствующими вд 3 - 3; бо 3, входами 4 - 4блока 4 и входами 5 " 54 блока 5 Выходы 2 - 2 соединены с соответствующими входами З - 34 блока 3, вход 3 блока 3 соединен с первым выходом /4 блока 7 и с входом 8 выходного блока 8. Выходы 3- 3, блока соединены с соответствующими информационными входами 8 8 выходного блока 8. Входы 44 -46 блока 4 соединены с соответствующими выходами 56 - 5 6 блока 5, Выход 4, блока 4 соединен с входом 7 блока 7. Выход блока 6 соединен с входом 7 блока 7, блок 3 содержит три идентичных модуля 12 - 14, первые входы 12 14, модулей соединены с соответствующими входами З - 34 блока 3. Второй 122 и третий 12 з входы первого модуля 12 соединены соответственно с первыми выходами 13 и 14двух дру гих модулей, второй и третий входы 13 и 13 з второго модуля 13 соединены соответственно с первыми выходами 12 и 14 первого и третьего модулей 14, второй и третий входы 14,2 и 14третьего модуля 14 соединены с первыми выходами 12и 13 первого 12 и второго 13 модулей четвертые35 входы 124. - 144. модулей являются входом 3, блока контроля, Выходы 12- 14 являются выводами первой группы выходов З - 3 блока 3, вторые выходы 126 - 146 модулей 12 - 14 являются выходами Зр - З,о второй группы блока 3. Блок 4 содержит генератор .15 тактовых импульсов и три идентичных модуля 16 - 18, первые входы 6- 18 которых являются входами первой группы входов 4 - 4 э блока 4, вторые входы 1 Ь - 18 модулеи 16 - 18 являются соответствующими входами второй группы входов 44 - 4 блока,50 Третьи входы 1 Ь з - 18 модулей 16 - 18 соединены с выходом генератора 15, а четвертые входы 16 - 18 модулей являются соответствующими входами третьей группы входов 4, - 4 блока 4. Выходы 1 Ь - 18 модулей 16 - 18 соединены и являются выходдм 41 о бло-, ка 4, Блок 5 содержит элеьент ИЛИ 19 и три идентичных модуля 20 - 22 с входами 20- 22 и 20 - 22 и выходами 20 1 - 22, входы 20 - 22 и выходы 20 - 22 соединены с соответствующими входами 5 - 54 и выходами 56 - 5 блока 5. Входы 20 22 модулей 20 - 22 соединены входом 5 блока 5. Выходы 20- 22 з соединены с входами элемента 19, выход которого является выходом 5 блока 5, Блок Ь может содержать узел 23 ввода задания угла управления и регистр 24 хранения задания, Выходной блок 8 содержит выходной регистр 25 и три идентичных модуля 26 - 28 хранения выводимых команд управления. Вход управления регистра 25 является входом 8, управления выходного блока 8. Информационные входы 8 - 84 выходного блока соединены с соответствующими входами управления модулей 26 - 28, выходы данных которых соединены с входом данных регистра 25, выходы регистра 25 являются выходами 8- 8 блока и устройства. Каждый модуль блока 3 содержит первый 29 и второй 30 элементы И, элемент И 1 И-НЕ 31, элемент 32 задержки, Б. - Я-триггер 33. Первый вход элемента 29 является первым входом модуля, второй и третий входы модуля являются входами элемента 31, выход которого связан с. вторым входом элемента 29, его выход связан с Б-входом триггера 33. Выход триггера 33 соединен с первым входом элемента 30, выход которого соединен с входом элемента 32, Выход элемента 32 соединен с К-входом триггера 33. Каждый модуль 1 Ь - 18 блока 4 содержит счетчик 34, регистр 35 памяти и коммутатор 36. Входы управления коммутатора 36, регистра 35, счетчика 34.являются соответственно первым, вторым и четвертым входами модуля. Тактовый вход счетчика 34 соединен с третьими входами 1 Ь- 18 э модулей. Выход счетчика 34 соединен с входом регистра 35, выход регистра 35 соединен через коммутатор 36 с выходами модулей 16 - 18 . Модули 20 - 22 блока 5 содержат первый и второй одновибраторы 37 и 38, элемент 39 И и эле.мент ИЛИ 40. Входы одновибраторов 37 и элементов 39 являются первыми входами 20- 22,модулей 20 - 22. Вторые входы элементов 39 являются вторыми входами 20 - 22 модулей 20 - 22. Выход элемента 39 соединен с входом второго одновибратора 38, выходы од5 1534 новибраторов 37 и 38 соединены с входами элемента 40, Выходы элементов 40 являются выходами 20- 22 з модулей 20 - 22 Выход 5 через эле 5 мент 41 задержки соединен с входом 7В работе устройства возможны два режима, отличающиеся величиной угла управления. 1 ОВ первом режиме к моменту формирования очередного сигнала синхронизации отсчет угла управления закончен, соответствующая команда управления вентилями преобразователя выве. дена и блоки устройства находятся в исходном состоянии, т.е. все триггеры сброшены, счетчики не работают, выходы регистров 35 в модулях блока 4 отключены коммутаторами 36 от вы хода 4,о, на всех выходах элементов 29, 30, 39 и 40 установлен уровень нуля, на выходах элементов 31 - уровеньединицы, Пусть на входе 1 мгновенное значение напряжения соответст вует порогу срабатывания компаратора формирователя 1, С выхода 1, Формирователя сигнал поступает на вход 2 блока 2 и вход 4третьей группы входов блока 4. С входа 4 сигнал че- З 0 рез четвертый вход 16 модуля 16 поступает на вход управления счетчика 34, устанавливает его в исходное положение и запускает его. С входа 2, блока 2 сигнал поступает на вход триггера 9 и устанавливает его в состояние "1" на выходе. Время переключения триггера 33 выбирается несколько большим длительности сигнала синхронизации для исключения од новременного появления сигналов на входах триггеров блока 2, С выхода триггера 9 через выход 2 блока 2 сигнал поступает на вход 3 блока 3, первый вход 12, первого модуля 12 и 45 первый вход элемента 29, На втором 12 и третьем 12 входах модуля 12 в это время поддерживаются сигналы, в ре- зультате чего на выходе элемента 31 вырабатывается сигнал "1", поступаю щий на второй вход элемента 29. С его выхода сигнал поступает на 8-вход триггера 33 и устанавливает его в состояние "1". Выходной сигнал триггера поступает на первый выход 12 первого модуля 12, вторые входы 13 и 14 модулей 13 и 14, блокируя восприятие возможных следующих прерываний до того момента, когда триггер 689 633 в первом модуле 12 будет сброшен в состояние "0". Сигнал с выхода триггера 33 через первый выход 12 первого модуля 12 и первый выход 3 первой группой выходов блока 3 поступает также на первый вход 4 первой группы входов блока 4 и первый вход 5 первой группы входов блока 5. В результате с входа 4 блока 4 через вход 16 модуля 16 сигнал поступает на вход управления коммутатора 36 и переводит его в открытое состояние. Подготовлен канал для вы" вода данных из регистра 35 в виде комбинации сигналов на втором входе 7 блока 7. Сигнал с входа 5 блока 5 поступает на вход одновибратора 37, он вырабатывает сигнал, который проходит через элемент 40, поступает на выход 20 э модуля 20, на выход 56 группы выходов блока 5. С выхода 5 блока 5 через вход 4 блока 4, вход 16 модуля 16 сигнал поступает на вход управления регистра 35 и обеспечивает запись кода текущего значения фазы, отсчитанного счетчиком 34. Полученный таким образом в регистре 35 код поступает на второй вход 7 з блока 7. Сигнал с выхода 20 з модуля 20, вызвавший запись данных в регистр 35, через элемент 19 поступает на выход 5 блока 5 и через элемент 41 на вход 7 блока 7. Величина задержки элемента 41 выбирается большей времени установления состояния в регистре 35, По сигналу на входе 7 блок 7 осуществляет сравнение данных, поступающих через первый 7 и второй 7 входы. В результате работы блока 7 схемы сравнения на одном из ее выходов - первом 7, или втором 7 з вырабатывается сигнал, причем сигнал на выходе 7 соответствует случаю, когда текущее значение фазы больше или равно заданному блоком 6 углу управления, сигнал на выходе 7 соответствует случаю, когда текущее значение фазы меньше заданного . Пусть имеет место последний случай. Сигнал с выхода 7 через вход 5 блока 5 поступает на вторые входы 20 - 22 модулей 20 - 22, но поскольку только в модуле 20 на первом входе 20 имеет место сигнал, то только там второй одновибратор 38 вырабатывает сигнал, который через элемент 40 поступает по упомянутой ранее цепи на вход управления регистра 35.иорганизует запись нового значения Фа. зы, которое, как и предыдущее, сравнивается с помощью блока 7 сравнения с заданием блока 6, Когда в очеред 5 ном цикле сравнения вырабатывается сигнал на выходе 7,он поступит на вход 31 блока 3 и на четвертые входы 12 - 14, модулей 12 - 14, а в модулях - на вторые входы вторых элеменО тов 30, но только в первом модуле 12 на втором входе элемента 30 поддерживается сигнал, обеспечивающий вывод через этот элемент сигнала на выход 12, и далее через выход 3 блока 3, на вход 8 блока 8, в результате чего формируется команда управления путем подключения одного из модулей 26, 27 или 28 блока 8 к входу регистра 25. Вывод команды осуществляется регистром 25 в соответствии с сигналом на его управляющем входе 8 . Сигнал с выхода элемента 30 модуля 12 поступает через элемент 32 задержки на К-вход триггера 33, в ре зультате чего он переходит .в исходное состояние и устройство готово к обработке очередного сигнала синхронизации, При формировании сигналов синхронизации на втором или третьем выходах 1 или 1 блока 1 работа происходит аналогично, только активные сигналы вырабатывают соответственно второй ипи третий триггеры 10 или 11 блока 2, вторые или третьи модули в35 блоках 3, 4, 5 и 8.Во втором режиме работы к моменту формирования очередного сигнала синхронизации - пусть это будет сигнал на выходе 1 блока 1 - фаза, отсчитанная счетчиком 34 и записанная в очередном цикле в регистры 35 меньше заданного в блоке Ь угла управления. Команда, соответствующая сигналу синхронизации с выхода 1 блока 1, еще не выведена, триггер 33 установлен в состояние "1" на выходе, Сигнал синхронизации с выхода 1 з через вход 4 блока 4 и вход 17 модуля 17 поступает на вход управления счетчика 34,50 устанавливает его в исходное положение и запускает его Начинается отсчет фазы во втором канапе. Сигнал синхронизации с выхода 1 через вход 2блока 2 поступает также на Б-вход триггера О, Он переходит в состоя 55 ние "1" на выходе, Этот сигнал с выхода 2 блока 2 через вход 3 блока8Ф3 и вход 13, модуля 13 поступает на один из входов элемента 29. На входе3 модуля 13 в это время поддержива 2ется сигнал ", поступающий с выхода2 модуля 2, На выходе элемента 31этому сигналу .соответствует сигнал0, который поступает на второй входэлемента 29 ., что препятствует дальнейшему прохождению сигнала, поступившего на первый вход. Между темпродолжаются циклы считывания текущих значений счетчика 34 в регистр35, вывод их через коммутатор 36 навторой вход блока 7 и сравнение их сзаданием, поступающим на первый входэтого блока. Очередной цикл начинается сразу же по окончании предыдущеговывода сигнала на выход 7 з блока 7,Этот сигнал поступает на вход 5 блока 5 и далее вызывает активные действия только в модуле 20, так как только у него на первом входе поддерживается сигнал "1", Последовательностьдействий аналогична описанной вышедля первого случая. После того, кактекущее значение Фазы достигнет заданной величины, будет выведен сигнал на выход 7 блока 7, аналогичноописанному ранее будет выведена команда на выход устройства и триггер33 в моцупе 12 переведен в состояние"О", В результате сигнал на входе13 модуля 13 принимает значение"0", снимает запрет на прохождениесигнала с входа 3 через элемент 29на установку триггера 33 в модуле13. Далее работа осуществляется аналогично описанному, но в ней участвуют триггер 10, модули 13, 17, 21и 27,Таким образом, работа устройствадля импульсно-фазового управленияпреобразователем основана на вертикальном принципе. Отсчет Фазового угла в каналах устройства ведется независимо параллельно. Общие элементыустройства используются только дляпериодического сравнения текущего изаданного значений фазы и угла управления и принятия решений о моментеФормирования сигналов управленийДлительность цикла измерения текущего значения фазы и сравнения его сзаданным не связана с тактовой частотой измерения Фазы и определяетсятолько временем, непосредственно необходимым дпя ввода сравниваемых значеьсий, выполнения операции сравненияк принятия решения по результатамсравнения, после чего начинается сле" дующий цикл, что обеспечивает высокое быстродействие. Это позволяет применять устройство в преобразователях высокой частоты. С другой сто 5 роны, при использовании на низких частотах устройство обеспечивает более высокую точность работы.1 ОФормула из об ре тения Цифровое, устройство для импульсно-фазового управления статическим преобразователем частоты, содержащее формирователь сигналов синхронизации, три входа которого являются входами устройства, цифровой лок сравнения, блок формирования фазы, содержащий три модуля и имеющий три группы входов по три входа в каждой и выход данных, блок управления формированием фазы, первый выход которого через элемент задержки связан с входом управления цифрового блока 25 сравнения, блок задания угла управления, выход данных которого связан с первым входом данных цифрового блока сравнения, выходной блок, содер" жащий три модуля хранения команд управления и выходной регистр, выходы которого являются выходами блока и. устройства, управляющий вход соединен с первым выходом цифрового блока сравнения, входы регистра соединены с выходами модулей хранения команд управления, входы которых являются информационными входами выходного блока, каждый модуль блока формирования фазы содержит коммутатор и регистр памяти, выход данных регистра памяти соединен с входом данных коммутатора, выходы данных всех коммутаторов являются выходом данных блока формирования фазы, входы управления коммутато ра и регистра памяти являются соответственно первым и вторым входами модуля и соответствующими входами первой и второй групп входов блока формирования фазы, выход данных блока формирования фазы соединен с вторым входом данных цифрового блока сравнения, входы второй группы входов блока формирования фазы соединены с соответствующими вторыми выходами блока управления формированием фазы, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повьппения быстродействия,оно ,снабжено блоком прерываний, содержащим три К - Я-триггера, блоком контроля вывода команд, содержащим тримодуля, каждый иэ которых содержитдва элемента И, элемент ИЛИ-НЕ, элемент задержки и К - Я-триггер, блокформирования фазы снабжен генератором тактовых импульсов, каждый модуль этого блока снабжен счетчиком,блок управления формированием фазысодержит элемент ИЛИ и три модуля,каждый из которых содержит два одновибратора, элемент И и элемент ИЛИ,причем Я-входы К - Я-триггеров блокапрерываний соединены с соответствующими выходами форйирователя сигналов синхронизации и с соответствую"щими входами третьей группы входовблока формирования фазы, в каждоммодуле которого вход управления счетчика является третьим входом модуляи соответствующим входом третьейгруппы входов блока формирования фазы, счетный вход счетчика каждого модуля соединен с выходом генераторатактовых импульсов, выходы счетчикав каждом модуле соединены с входамирегистра памяти, выходы К - Я-триггеров блока прерываний соединены ссоответствующими входами группы первых входов блока контроля, вывода команд, К-входы укаэанных К - Я-триггеров соединены с соответствующимивыходами первой группы выходов блокаконтроля вывода команд и входами первой группы входов блока формированияфазы и группы первых входов блока управления формированием фазы, выходывторой группы выходов блока контролясоединены с соответствующими информационными входами выходного блока,второй вход блока контроля вывода команд соединен с первым выходом цифрового блока сравнения, второй выходкоторого соединен с вторым входомблока управления формированием фазы,первые входы модулей блока контроля,вывода команд являются первыми входами блока, второй и третий входы каждого модуля соединены с первыми выходами двух других модулей, четвертыевходы модулей соединены и являютсявторым входом блока контроля выводакоманд, первые и вторые выходы модулей являются выходами соответственнопервой и второй групп выходов блокаконтроля вывода команд, и каждом модуле укаэанного блока, входы элемента ИЛИ-НЕ являются вторым и третьим11 35 входами модуля, выход элемента ИЛИ-КЕ соединен с первым входом первого элемента И, второй вход которого является первым входом модуля, выход элемента И соединен с Я-входом К - Б- триггера, выход которого является первым выходом модуля и соединен с первым входом, второго элемента И, второй вход которого является четвертым входом модуля, выход второго элемента И является вторым выходом модуля и соединен с входом элемента задержки, выход которого подключен к Я-входу КБ-триггера, первые входы модулей блока управления формированием фазы являются соответствующими первыми входами указанного блока,Зч 689 2вторые входы модулей соединены и являются вторым входом блока, выходымодулей являются вторыми выходами 5блока и соединены с входами элемента ИЛИ, выход элемента ИЛИ являетсяпервым выходом блока управления формированием фазы, вход первого одновибратора. является первым входом мо О дуля блока управления формированиемфазы и соединен с первым входом элемента И, второй вход которого является вторым входом укаэанного модуля,выход первого одновибратора соединен 15 с первым входом элемента ИЛИ, выходэлемента И через второй одновибраторподключен к второму входу элемента ИЛИ,выход которого является выходом модуля.1534689 У Редакт аз арен ям при ГКНТ СССР издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 10 изводственн Заказ 53ВНИИПИ Госуда нног3035 Фиа УСоставитель В.МироновТехред М,Ходанич Корректор М.Шаро Подписное изобретениям и откры Раушская наб., д.