Устройство для защиты импульсного преобразователя мостового типа

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 19) 01) СУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ ИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ИСА ДЕТЕЛЬСТВ ТОР СМОМ(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ИМПУЛЬСНГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ МОСТОВОГО ТИПА(57) И автома быть и ловых частот Цель и облает может осится техник обретение от ики и электр пользовано п импульсных пр о-широтно-имп обретения и построении с образователей сигналов надеж сных овьппени(56) АвторскоеУ 881930, кл. НАвторское свВ 752603, кл. Н 1) 4 Н 02 Н 7/12, С 05 В 23/02 ности и расширение функциональныхвозможностей устройства. Устройствосодержит элементы НЕ 1 и 2, элементыЗАПРЕТ 3-6, защищаемый преобразователь в виде моста на ключах 7-10 сдатчиками 11-14 состояния ключей,нагрузку 15 и блок 16 защиты и диаг-ностирования. Датчики состояния ключей выходами подключены к входамблока 16 защиты и диагностирования,содержащего логические элементы иэлементы сигнализации, срабатывающиепри обнаружении пробоя ключей, Приэтом на выходе блока 16 появляютсясигналы, которые с помощью элементовЗАПРЕТ 3-6 исключап)т подачу управляю- дЯщих сигналов на ключи, а также посредством управляемого выключателя 27снимают питающее напряжение с мостапреобразователя. Устройство обеспечи- Ъеаввает сохранение защитных функций приряде собственных отказов, 6 ил,Изобретение относится к автоматике и электротехнике и может быть использовано при построении силовыхимпульсных преобразователей частотно-широтно-импульсных сигналов, 5Цель изобретения - повышение надежности и расширение функциональныхвозможностей устройства путем обеспечения диагностирования отказавшейпары ключей в мосте преобразователя.10На Фиг,1 изображена Функциональнаясхема устройства; на Фиг,2 - Функциональная схема блока защиты и диагностирования на фиг.З и 4 - временные15диаграммы работы устройства; наФиг,5 - вариант датчика состоянияключей для последовательного соединения с ключом; на Фиг,6 - то жедля параллельного соединения с20ключом,Ня схемах обозначены первый 1 ивторой 2 элементы НЕ, элементы ЗАПРЕТ3-6, ключи 7-10, датчики 11-14 состояния ключей, нагрузка 15, блок 16защиты и диагностирования, информационные входы 17-20 блока 16, выходы21-25 блока 16, блок 26 управления ключами, управляемый выклю-,чатель 27, первый-четвертый эле",менты 31 ЛЛЯ 28-31, первый-третий элементы 2 ИХП 1 32-34, первый 35 и второй36 триггеры, первьй-четвертый элементы 37-40 задержки, первый 41 ивторой 42 светодиодные индикаторы,35переключатель 43, первый 44 и второй 45 неподвижные контакты переключателя, импульсный трансформатор 46,первичная 47 и вторичная 48 обмоткитрансформатора, перемагничивающаяобмотка 49 трансформатора, резистор50, конденсатор 51, операционныйусилитель 52, транзистор 53 импульсный трансформатор 54, первичная55 и вторичная 56 обмотки трансформатора, выходная вторичная обмотка 57трансформатора, конденсатор 58, генератор 59 несущей частоты, выпрямитель60, конденсатор 61 и элемент НЕ 62,Кроме того, на диаграммах символовУ, У (Г) и т,д, обозначены выходные сигналы элементов 1, 2 и др.На фиг,1 обозначены также точкиА и Б в блоке 26 Формирования управляющих сигналов на открытие и закрытие соответствующей пары ключей.Датчики 11-14 состояния ключейформируют на выходе сигнал "Лог,1"при замыкании ключей 7-10 и сигнал Лог,О при их переходе в разомкнутоесостояние, Они могут быть реализованына оптодиодных парах либо по схемам,представленным на Фиг,5 и 6, и могутвключаться в плечи моста (к контролируемому ключу) как последовательно,так и параллельно,Устройство работает следующим образом,Нулевое значение сигналов У (С) иг (г.) в точках А и Б блока 26 обеспечивает сигнал "Лог,1" на выходеэлементов НЕ 1 и 2 (фиг,1).В дальнейшем полагаем, что ключи7-10 замыкаются при формировании наих управляющих входах сигнала "Лог.1"и переходят в разомкнутое состояниепри сигнале "Лог.О, управляемый выключатель 2 при подаче на его управляющий вход сигнала "Лог.1" размыкается.Если сигналы на выходах 21, 22,24 и 25 равны нулю, то элементы ЗАПРЕТ 3-6 работают в режиме повторителявходного сигнала.При оговоренных условиях ключи7 и 9 (фиг,1) находятся в разомкнутом состоянии, а ключи 8 и 10 замыкаются (сигналы на выходах 22 и 25блока 16 равны "0") и напряжение нанагрузке 15 равно нулю,Наличие сигнала управления г(г)в точке А блока 26 (Фиг.За), имеющего вид широтно-импульсной модуляции, приводит к Формированию на выходе элемента. НЕ 1 сигнала У,(фиг,Зб), который по амплитуде равен уровню "1" в интервалах паузымежду импульсами Уд (г;) (Фиг.За) .В результате замкнутое состояниеключа 9 (фиг,Зж) соответствует длительности импульса У (г) (фиг.За),а продолжительиость замкнутого состояния ключа 10 (фиг.Зз) равна ширинеимпульса У(Фиг.Зб).При этом сигнал управления г (г;)(Фиг,Зв) в точке Б блока 26 равенуровню 0, а на выходе элементаНЕ 2 соответствует уровню "1" (Фиг,Зг 7,Это приводит к тому, что ключ 8 постоянно находится в замкнутом состоянии (Фиг,Зд), а ключ 7 - в разомкнутом (Фиг,Зе),Таким образом, один из выводовнагрузки 15 преобразователя (фиг,1)постоянно через ключ 8 подключен кшине -П, а второй вывод нагрузки 15периодически подключается с помощьюключей 9 и 10 к дюнам +1,и -И. 11 риэтом одновременное замыкание ключей8 и 10 в паузах (подключение к обоимвыводам нагрузки 15 -П) обеспечивает непрерывное протекание тока при 5индуктивной нагрузке. Это приводитк формированию на нагрузке 15 однотактных (однополярных) импульсовУ (г.) с частотно-широтно-импульсноймодуляцией (фиг,Зи), т.е, на нагрузю 10ку подано определенное импульсноенапряжение, например, положительнойполярности.При изменении управляющих сигналов в точках А и Б (г,е. когда15Уд (С) равно 0 р а У 6(Й) широтноимпульсная модуляция) элементы 2,5 и 6 работают аналогичным образом,а элементы 1, 3 и 4 переходят в статическое состояние. В этом случае20ключ 9 постоянно разомкнут, а ключ10 находится в статически замкнутомположении. Напряжение на нагрузке 15формируется за счет периодическогопереключения ключей 7 и 8 и меняетполярность по отношению к исходной,Низкая надежность моста преобразователя обусловлена возможностью протекания через цепи ключей 7, 8 или 9,10 сквозных токов короткого замыкания(при пробое одного из ключей) илитем, что момент размыкания ключа 8(10) запаздывает по отношению к моменту времени включения ключа 7(9),Для устранения этого в схему уст 35ройства введен блок 16 защиты(фиг,2), который обеспечивает такжедиагностирование отказавшей пары последовательно соединенных ключеймоста,С помощью датчиков 11-14 состояния ключей 7-10 и блока 16 (фиг.2)осуществляется процесс диагностирования алгоритма работы мостового преобразователя, который сводится кследующему,Если замкнут ключ 8, то ключ 7 разомкнут, а ключи 9 и 10 находятся в. режиме противофазных переключений.При изменении сигналов управленияУ(С) на У (С) ключ 1 О переходит встатическое замкнутое положение, аключ 9 - в статическое разомкнутоеположение, т.е, в режим противофазной коммутации входят ключи 7 и 8.Недопустимым (аварийным) считается состояние, когда одна из парключей 7, 8 или 9, 10, а также обе пары одцовремгццо находятся в замкцутом состоянии.Предположим, что ключи усилителямощности устройства функционируютправильно, а вид входных управляющихсигналов 1 (С) и У (1) соответствуетдиаграммам на фиг,З, Тогда сигналУна выходе датчика 12 ключа 812соответствует уровню "1", которыйподается на вход Я триггера 35(фиг,2) и на вход элемента ЗИЛИ 28,.На клемме выхода 21 блока 16(фиг,1) формируется сигнал "Лог,1",что препятствует прохождению ложногоимпульса через элемент 6 в управляющую .цепь ключа 7, который функционирует в заданном статическом разомкнутом состоянии,Триггер 35 сохраняет свое нулевоесостояние, так как сигнал на входеэлемента 38 задержки и на выходеэлемента 2 ИЛИ 33 равен нулю.Ключи 9 и 10 находятся в режимепротивофазных переключений, когдана входы Б и С триггера 35 в противоАазе поступают сигналы "1" и 10 пТакой режим входных сигналов триггера 35 обеспечивает сохранение егонулевого состояния, Если ключ 10замкнут, то на выходной клемме 24блока 16 (на выходе блока ЗИЛИ 30)присутствует сигнал "Лог.1", которыйзапрещает прохождение сигнала черезэлемент 3, фиксируя тем самым ключ 9в разомкчутом состоянии,Когда ключ 9 замыкается, а ключ 10размыкается, на клемме 25 блока 16(на выходе элемента ЗИЛИ 31 появляется сигнал "1" запрета на прохождениеуправляющего импульса (или помехи)в цепь ключа 1 И.Тем самым, с помощью элементов3-6 и 16 дублируется алгоритм работытрактов А,1 и Б,2 блока 26 и повыша. -ется надежность работы преобразователя.Предположим, что ключ 8 находитсяв статически замкнутом состоянии и врезультате своей неработоспособностив замкнутое положение перешел ключ 7.В этом случае сигнал У (г) на выиходе датчика 11 .проводимости становится равным "1", что переводиттриггер 36 в единичное состояние. Приэтом на всех выходных клеммах формируется уровень напряжения "1", Поддействием сигналов на клеммах 21,22, 24 и 25 блока 16 элементы 3-6закрываются, при этом исключается возможность прохождения во входные цепи ключей 7-10 импульсов управления, Ключи 8-10 размыкаются, препятствуя тем самым возникновению в преобразователе "кратной" неисправности, т.е. последующему выходу из строя ключа 8.Под действме сигнала "Лог.1" на выходе 23 блока 16 срабатывает внеш ний элемент защиты устройства - управляемый выключатель 27, отключая источник силового напряжения от клеммы +7, Триггер 36 сохраняет свое единичное состояние, а индика ция с помощью светодиодного индикатора 42 указывает на неисправную левую пару ключей 7 и 8, В результате уменьшается время на поиск неисправности в схеме преобразователя, Отка зы в правой паре индицирует светодиод 4 1 после срабатывания триггера 35, При этом также блокируются цепи управления ключей 7-10 и преобразователь отключается внешним устройством защиты (выключателем 27) от источника силового напряжения.После устранения неисправности возврат триггеров 36 и 35 в нулевое состояние происходит путем замыка- ЗО ния нормально разомкнутого контакта переключателя 43, когда на входы С и К триггеров 35 и 36 подаются сигналы "1" (сигналы У (С) = У, (с) = У,э (С) = 7,= О), Схема блока 16 устанавливается в исходное (рабочее) состояние.Элементы 37"4 О задержки (фиг,2) введены в устройство по следующим причинам. 4 ОДатчики 11-13 проводимости (фиг.1) независимо от их конкретной реализацииобладают собственным порогом чувствительности С (фиг.4 а).При выключении, например, ключа 9 сигнал У, (г) "Лог.0" на выходе датчика 13 (фиг.4) формируется раньше, чем ключ 9 полностью разомкнется (фиг.4 а, з.ц - ток через ключ 9). Если в течение времени дс (фиг.4 а,б) включится ключ 10, то через ключи 9 и 10 протекает "сквозной" ток, т.е, ток короткого замыкания, что может неблагоприятно сказаться на режимах работы ключей и надежности преобразователя.С помощью элементов 37-40 (фиг.2), в частности эа счет блока 40, длительность сигнала У, (.) (фиг.4 б)увеличивается на времяв(фиг;4 в), В течение времени т принудительно блокируется цепь управления ключа 10, который включается(фиг,4 д) не синхронно с задним фронтом сигнала на выходе блока(фиг.4 г), а после окончания импульса У(фиг.48), когда ключ 94 аполностью перейдет в разомкнутоесостояние.Рассмотрим влияние неисправностиэлементов З-б. Предположим, что одиниз них (например элемент 6) самопроизвольно установился в состояние"1", Это воспринимается блоком 16как неисправность ключа 7, что приводит к формированию на выходе элементов 3-5 сигнала "0", ключи 8-10размыкаются, а внешняя защита отключает преобразователь от источникасилового напряжения,ОАналогично схема ведет себя присамопроизвольной установке на выходах элементов блока 16 сигналов "1",так как в процессе работы устройствасоздается ситуация, эквивалентнаяаварии режиму работы преобразователя,На схеме (фиг,5) в цепь ключа,например 9, включается первичнаяобмотка 47 импульсного трансформатора 46, Вторичная обмотка 48 соединена с входом регенеративного компаратора на операционном усилителе 52,на выходе которого включен транзистор 53, Дифференцирующая КС-цепь50, 51 предназначена для установкиусилителя 52 в исходное состояниепри включении схемы устройства, Обмотка 49 служит для перемагничиваниятрансформатора 46, При протеканииимпульса тока в обмотке 47 компаратор 52 срабатывает и на выходе появляется сигнал Лог.1,На фиг,1 представлен один из возможных вариантов реализации датчикапроводимости при его параллельномподключении к силовому ключу, гдепараллельно цепи ключа 9 через разделительный конденсатор 58 включается первичная обмотка 55 импульсного трансформатора 54. Вторичная обмотка 56 присоединена к генератору 59 высокой частоты Выходная вторичная обмотка 57 присоединена к выпрямитель- ному мосту 60, к выходу которого подключены фильтрующий конденсатор 61 и элемент НЕ 62.1; 95 10 При замыкании ключа амшипуда генерации либо резко падает, либо генерация срывается, и на выходе элемента НЕ 62 появляется сигнал "1",Прохождение управляющих сигналов блока 26 через элементы ЗАПРЕТ 3-6 возможно только при наличии на выходах 21, 22, 24 и 25 блока 16 сигналов "Лог.О". При сигнале "1" на выходах 21, 22, 24 н 25 блока 16 выходное напряжение элементов 3-6 равно нулю независимо от уровня сигнала на их входе, подключенном к блоку 26 управления. Логические схемы защиты и диагностики объединены в блок .15 16. Передний фронт сигнала на выходе элементов 37-40 задержки (фиг.2) формируется синхронно с началом переднего фронта импульса на входах 17- 20 блока 16, а формирование задНего 20 фронта запаздывает на времяпо отношению к заднему фронту сигнала от датчиков 11-14 состояния ключей.Переключение триггеров 35 и 36 в единичное состояние происходит при 25 нулевом значении сигнала на К-входе и единичном уровне воздействия на С- и Б-входах. Обратное переключение триггеров 35 и 36 происходит за счет подачи на К- и С-входы сигнала "Лог. 30 1", а на вход Б - сигнала "Лог,О", Отсутствие сигнала "Лог.1" на С-входе запрещает переключение триггеров 35 и 36, Элементы 41 и 42 предназначены для индикации единичного состояния триггеров 35 и 36 и локализации тем самым места неисправности в мосте преобразователя.Сигнал "Лог, 1" на выходе элементов 28-34 формируется при наличии 40 хотя бы на одном из их входов сигнала "Лог, 1". Переключатель 43 с источником опорного напряжения, подключаемым к неподвижному контакту 45 (сигнал Лог.1 ), служит для перево да триггеров 35 и 36 в нулевое состояние,. Выход 23 блока 16 служит для отключения источника питания усилителя с помощью управляемого выключателя 27.50 Формула изобретения Устройство для защиты импульсногопреобразователя мостового типа, со 7 5 8держащее чправляемъй выключатель в пепи питания, а также по числу ключей в мосте преобразователя датчикисостояния ключа и элементы ЗАПРЕТ,подключенные прямыми входами к соответствующим выходам блока управленияключами, а выходами - к управляющимвходам соответствующих ключей, ипервый элемент задержки, о т л и -ч а ю щ е е с я тем, что, с цельюповышения надежности и расширенияфункциональных возможностей устройства путем обеспечения диагностирования отказавшей пары ключей в мостепреобразователя, в него введены второй, третий и четвертый элементы задержки, три элемента 2 ИЛИ, четыреэлемента ЗИЛИ, два триггера, двасветодиодных индикатора и переключатель, первый неподвижный контакткоторого соединен с общей шиной, второй неподвижный контакт - с источником опорного напряжения, а подвижный контакт - с входами сброса триггеров и с первыми входами первого ивторого элементов 2 ИЛИ, вторые входыкоторых подключены к выходам соответственно второго и.четвертого элементов задержки, вход каждого элемента задержки подключен к выходусоответствующего датчика состоянияключа, выходы элементов задержкиподключены к первым входам соответствующего элемента ЗИЛИ, второй входкаждого из которых соединен с прямымвыходом первого триггера, с первымвходом третьего элемента 2 ИЛИ ипервым светодиодным индикатором, прямой выход второго триггера подключенк третьим входам элементов ЗИЛИ,второму входу третьего элемента 2 ИЛИи второму .светодиодному индикатору,выходы с первого по четвертый элементов ЗИЛИ подключены к инверснымвходам соответствующих элементовЗАПРЕТ, выход третьего элемента 2 ИЛИсоединен с управляющим входом управляемого выключателя, единичные входыпервого и второго триггеров подключены к выходам соответственно третьего и первого элементов задержки, авходы синхронизации - к выходам первого и второго элементов 2 ИЛИ соответственно,,Николайч акт Заказ 624 Тираж ВНИИПИ Государств по делам изобр 3035, Москва, Жб 19ного комитета СС одписн тении и открыти Раушская наб,ул, Проектная, 4 роизводственно-полиграфическое предприятие, г,уж