Устройство для заряда емкостного накопителя

 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в импульсных источниках питания. Цель изобретения - повышение стабильности работы устройства достигается за счет введения отрицательной обратной связи как в контуре регулирования угла отпирания тиристоров преобразователя ,, так и в контуре стабилизации заданного уровня напряжения. Устройство содержит управляемый преобразователь 1, блок 2 фазоимпульсного управления , токоограничивающий элемент 3, накопительный элемент 4, датчик 5 напря сения, блок 6 стабилизации заданного уровня напряжения, дифференциальный усилитель 7, пороговый элемент 8, формирователь 9 задающего напряжения, шину 10 управления. Блок 22 состоит из формирователя 11 импульсов управления, схемь 12 сравнения, сумматора 13 напряжений, схемы 14 синхронизации с напряжением питающей сети, формирователя 15 пилообразного напряжения. ДифференциальньШ усилитель 7 состоит из операционного усилителя 16 и резисторов 17-20. Пороговый элемент состоит из операционного усилителя (ОУ) 21 и резисторов 22-26. Формирователь 9 содержит ОУ 27 транзисторы 28,29, конденсатор 30, резисторы 31-43.. Блок 6 выполнен из ОУ 44 и резисторов 45-49. 2 ил. а « (Л ND Ol сх CD

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СО(ЩИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCKOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4103148/21 21 (22). 04.08 ° 86 (46) 23.09,88. Был. II 35 (7I) Истринское отделение Всесоизно« го электротехнического института им. В.И.Ленина (72) В.Н.Елисеев, В.Ф.Кондаков, Н.А.Иванов и К.И.Васильченко (53) 621.314 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 884060, кл. Н 02 И 9/24, 1979.

Авторское свидетельство СССР

Р 693505, кл. Н 02 J 7/04, 1976. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАРЯДА ЕМКОСТНО»

ГО НАКОПИТЕЛЯ (57) Изобретение относится к импульс» ной технике и может быть использовано в импульсных источниках питания, Цель изобретения - повышение стабильности работы устройства достигается за счет введения отрицательной обрат.ной связи как в контуре регулирования угла отпирания тиристоров преобразователя, так и в контуре стабилизации цц 4 Н 03 К 3/53 Н 02 J 7/04 заданного уровня напряжения. Устрой ство содержит управляемый преобразо ватель 1, блок 2 фазоимпульсного уп равления, токоограничивавщий элемент

3, накопительный элемент 4, датчик 5 напряжения, блок 6 стабилизации заданного уровня напряжения, дифферен циальный усилитель 7, пороговый эле мент 8, формирователь 9 задающего напряжения, шину 10 управления. Блок

22 состоит из формирователя 11 импуль сов управления, схемы 12 сравнения, сумматора 13 напряжений, схемы 14 синхронизации с напряжением питаю» щей сети, формирователя 15 пилообраз ного напряжения. Дифференциальный усилитель 7 состоит из операционного усилителя 16 и рез:асторов 17-20, По» роговый элемент состоит нз операцион ного усилителя (ОУ) 21 и резисторов

22-?6. Формирователь 9 содержит ОУ

27, транэисторы 28,29 ° конденсатор

30, резисторы 31-43 ° . Блок 6 выполнен из ОУ 44 и резисторов 45 49 ° 2 ил.

1425816

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в импульсных источниках питания.

Цель изобретения - повышение ста бильности работы устройства за счет введения отрицательной обратной связи как в контуре регулирования угла ,, отпирания тиристоров преобразователя, так и s контуре стабилизации заданно- 10 . го уровня напряжения.

На фиг.l приведена структурная электрическая схема устройства; на фиг.2 - эпюры, поясняющие eI î работу.

Устройство для заряда емкостного, :накопителя содержит управляемый преI

, образователь 1, управляющий вход которого соединен с выходом блока 2 фаэоимпульсного управления, а выход

: соединен через токоограничиваиший, 20 элемент 3 с накопительным элементом

4 и датчиком 5 напряжения, блок 6 стабилизации заданного уровня напряжения, дифференциальный усилитель 7, порпговый элемент 8, формирователь 9 25 задающего напряжения, причем первый вход дифференциального усилителя 7 соединен с выходом датчика 5 напряже:ния и с первым входом блока ? фаэо\ импульсного управления, выход диФ 30 ференциального усилителя 7 соединен с вторым входом блока 2 фазоимпульсного управления и входом порогового элемента 8, выход которого подключен к первому входу формирователя 9 задающего напряжения, второй вход которого соединен с шиной 10 управления и третьим входом блока 2 фазоимпульсного управления, третий вход - с выходом блока 6 стабилизации заданного 40 уровня, выход - с входом блока 6 стабилизации заданного уровня и вто рым входом дифференциального усилителя 7.

Блок ? фазоимпульсного управления состоит иэ формирователя 11 импульсов управления, схемы 12 сравнения напряжений, сумматора 13 напряжений, схемы 14 синхронизации с напряжением питающей сети и формирователя 15 пи

50 лообразного напряжения. Дифференциальный усилитель 7 состоит иэ операци онного усилителя 16 и резисторов 17

20 ° Пороговый элемент 8 состоит из операционного усилителя 21 и реэисто ров 22 26. Формирователь 9 задающе- 55 го напряжения содержит операционный усилитель 27, транзисторы 28 и 29, конденсатор 30 и резисторы 31 - 43.

Блок 6 стабилизации заданного напряжения состоит иэ операционного усилителя 44 и резисторов 45 - 49.

Управляемый преобразователь 1 выполнен в виде последовательного сое динения встречно-параллельно включенных тиристоров и первичной обмотки высоковольтного трансформатора, на выходе которой включен выпрямитель.

Устройство работает следующим образом, В блоке 2 фазоимпульсного управления схема 14 синхронизации с напряжением питающей сети в моменты перехода напряжения сети через нулевые значения формирует импульсы прямоугольной формы с длительностью около

10 мкс (фиг.2а), которые управляют работой формирователя 15 пилообразного напряжения блока 2. При подаче разрешающего сигнала управления низкого логического уровня (фиг.2б) с шинн 10 на блок 2 фазоимпульсного о управления и формирователь 9 задаищего, напряжения на выходе формирователя 15 пилообразного напряжения воз» никают импульсы (фиг.2в), а на выходе формирователя 9 - напряжение (фиг.?.е), близкое к линейному. Ско рость изменения этого напряжения во много раз меньше, чем скорость изме нения пилообразного напряжения на . выходе формирователя 15 блока 2.

Формирователь 9 задающего напряжения представляет собой интегратор с заземленной eMKocTbN (конденсатор 30).

Наклон возникающего на его выходе линейно изменяющегося напряжения (фиг.2е), который определяет среднее значение зарядного тока емкостного накопителя 4, регулируется с помощью резистора 33.

Пилообразное напряжение (фиг.2в) с выхода формирователя 15 блока 2 вместе с напряжениями с выходов датчика 5 и дифференциального усилителя 7 поступает на сумматор 13 блока 2 фазоимпульсного управления ° На выходе сумматора появляется напряжение (фиг.2г), равное сумме этих напряже« ний, т.е. дат > где П вЂ” напряжение на выходе dip пмл рователя 15;

UAö» напряжение на выходе датчика 5;

3 14258 !

J>> напряжение на выходе дифференциального усилителя 7а

Напряжение с выхода сумматора 13 блока 2 фазоимпульсного управления подается на один из входов схемы 12 сравнения напряжений, на другой вход которой подается напряжение уставки

U) (на фиг,2 в и r изображено пунктир ной линией). Значение напряжения 10 уставки П выбирается таким, чтобы в начале процесса заряда накопительного .элемента 4 на выходе схемы 12 сравнения напряжений формировались импульсы (фиг.2 д, первый импульс), 15 соответствующие углу отпирания тиристоров в блоке управляемого преобразователя 1 порядка 170

Импульсы напряжения с выхода схемы 12 сравнения блока 2 фазоимпульс- 2р ного управления поступают на вход формирователя 11 импульсов управления этого же блока. Под воздействием этих импульсов происходит отпирание тиристоров управляемого преобразователя 1,, 25 и начинается заряд емкостного накопителя (элемента 4) током, максималь» ное значение которого ограничено элементом 3 ° Напряжение на накопителе начинает расти (фиг.2ж). Напряжение с .30 выхода-датчика 5, пропорциональное напряжению на накопительном элементе

4, поступает на инвертируиций вход дифференциального усилителя 7 и на первый вход блока ? фазоимпульсного управления (один из входов сумматора

13 напряжений). На инвертирующий вход дифференциального усилителя 7 подается напряжение.с выхода формирователя 9 задающего напряжения. Вы» 40 ходное напряжение дифференциального усилителя 7, представляющее усиленную разность напряжений с датчика 5 (11,„,.) и формирователя 9 (Пом ) т.е, 45

П у К ®<Ро Рм П4схт ° p где К - коэффициент усиления дифференциального усилителя;

ЦТ1М- напряжение на выходе фор- 50 мирователя 9, поступает на второй вход блока 2. фаэоимпульсноГО управления (Один из входов сумматора 13). В соответствии с выражением (1) напряжение на выходе сумматора 13 П, „увеличивается в основном за счет изменений напряжения с датчика 5 (подъем пилообраз ного напряжения на фиг.2 г) .Напэяже

16 ние носит переменный характер, так как непрерывно осуществляется сравнение дифференциальным усилителем 7 напряжений У „„и П . Передний фронт прямоугольных импульсов на выходе схемы 12 сравнения блока 2 начинает смещаться влево к началу полупериодов питающей сети (фиг.?p),è угол отпирания тиристоров управляемого преобразователя 1 уменьшается, Последнее вызывает увеличение напряжения на накопителе и, соответственно, с дач чика 5 °

Максимальное значение напряжений на вы соде формирователя 9 и датчика

5 выбираются не более 5В ° Наличие дифференциального усилителя 7 обеспечивает стабилизацию зарядного тока накопителю. Если в процессе заряда накопителя напряжение с датчика 5 превышает напряжение формирователя 9, то при этом в соответствии с выражением (1) напряжение на выходе сумматора 13 блока 2 фазоимпульсного управления уменьшается за счет того, что составляющая K(U+, — UA ) с Оа

Последнее вызывает смещение угла отпирания тиристоров управляемого преобразователя 1 к концу полупериодов питающей сети, Нарастание напряжения на накопителе замедляется, составляющая K(U+, — U»T ) переходит через нулевое значение и приращения выходного напряжения на выхрде сумматора 13 блока 2 становятся положительными, При этом угол отпирания тиристоров управляемого преобразователя 1 уменьшается, что вызывает увеличение среднего значения зарядного тока и, следовательно, увеличение напряжения на накопителе б. Если происходит только увеличение напряжения формирователя 9, то выходное напряжение дифференциального усилителя 7 резко увеличивается до порогового уровня (фиг.2з) порогового элемента 8. На фиг.?з показано нараст ание напряжения U для случая разряда накопителя, когда разность UqpM

U*at = tJq p и поэтому П

Йапряжение П„ выбирается несколь» ко больше, чем максимальные значения изменений напряжения дифференциального усилителя 7 при нормальном процес« се заряда, На выходе порогового эле мента 8 появляется импульс напряжения (фиг.2н), который воздействует на первый вход формирователя 9 задающего

5 142 напряжения таким образом, что на его выходе напряжение U „ снижается до нулевого значения (фиг.2е). При этом угол отпирания тиристоров управляе мого преобразователя 1 смещается к концу полупериодов питающей сети, и напряжение на накопителе далее не нарастает. Сигнал на выходе диффе ренциального усилителя 7 может достичь порогового уровня элемента 8, i случаях, если имеет место пропа дание напряжения на выходе датчика 5, при разряде (управляемом или самопроизвольном) накопителя на нагрузку, при высокой скорости изменения напряжения на выходе формирователя 9.

Не прои ходит нарастания напряжения на накопителе н при отсутствии при ращений напряжения на выходе формирователя 9, что имеет место, например, при стабилизации заданного уровня зарядного напряжения, так как из менения в сторону увеличения напряже

:иия на накопителе вызывают уменьшения напряжения U > дифференциального уси лителя 7, а это приводит к смещению угла отпирания тиристоров управляемо

ro преобразователя 1 к концу полупериодов питающей сети.

Таким образом, в процессе заряда накопителя дифференциальный усилитель

7 позволяет регудировать скорость заряда так, что эта скорость находится в соответствии с изменениями напряже» ния на выходе формирователя 9 задаю» щего напряжения ° Поэтому, меняя нак лон линейно изменяющегося напряжения

Аормирователя .9, возможно в опреде денных пределах изменять скорость нарастания напряжения на накопителе а следовательно, и среднее значение зарядного тока.

Ограничение зарядного напряжения на накопителе на любом необходимом уровне осуществляется блоком 6 ста билизации заданного напряжения, представляющего собой схему сравнения на операционном усилителе 44..Пере менным резистором 48 блока 6 уста навливается опорное напряжение на втором входе операционного усилителя

44, а на первый вход подается напря жение с выхода формирователя 9 зада ющего напряжения. При достижении напряжением Аормирователя 9 значения опорного напряжения операционный усилитель 44 изменяет cocTQRHHe на

58!6 б авоем выходе и воздействует при этом на второй вход формирователя 9 задающего напряжения, уменьшая напряжение на его выходе. Снижение напряжения формирователя 9 до опорного значения приводит к возвращению усилителя 44 в исходное состояние, Напряжение Аормироватепя .9 снова увеличивается, и

1п далее процесс повторяется. В результате этого напряжение на выходе Аормирователя 9 стабилизируется (фиг.2е, горизонтальный участок).

Степень стабилизации зависит от

15 выбора постоянной времени разряда " конденсатора 30 и резистора 38 Аормирователя 9 задающего напряжения. При этом на входе дифференциального усилителя 7 присутствует сигнал U< „,ко2О торый не изменяется во времени. Тог . да разность напряжений Ucpop„ - UAeT при Uä T > U принимает значения (О, а это йрйводит к уменьшению согласно выражениям (l) и (2) напря

>Б жения U, на выходе сумматор@ 13 напряжений блока 2 фазового управле ния и, следовательно, смещению угла отпирания тиристоров в блоке управля емого преобразователя 1 к концу по О лупериодов питающей сети, При этом напряжение на накопителе также стаби лизируется (фиг,2ж, горизонатальный участок).

Таким образом, устройство ддя заря

ЗБ да емкостного накопителя обладает устойчивостью в работе из-за нали чия отрицательных обратных связей по напряжению В контуре регулирования угда отпирания тиристоров управляемо40. го преобразователя l и в контуре стабилизации заданного уровня напряжения на накопителе 6. Процесс регули рования среднего значения зарядного тока осуществляется изменением нак45 . лона линейно изменяющегося во времени напряжения формирователя 9 при помо щи резистора 33.

Формула изобретения. устройство для заряда емкостного накопителя, содержащее управляемый преобразователь, управляющий вход которого соединен с выходом блока фа эоимпульсного управления, а выход соединен через токоограничивающий эле.

55 мент с накопит,ль,ым элементом и датчиками напряжения, блок стабилизации заданного уровня напряжения, о т д и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью

7 14 повыиения стабильности работы устройства, в него дополнительно введены дифференциальный усилитель, пороговый элемент, формирователь задающего напряжения, причем первый вход дифференциального усилителя соединен с выходом датчика напряжения и с первым входом блока фазоимпульсного управле ния, выход дифференциального усилителя соединен с вторым входом блока фазоимпульсного управления и входом

258)6 порогового элемента, выход которого подкличен к первому входу формирователя задавшего напряжения, второй

5 вход которого соединен с инной управления и третьим входом блока фазоимпульсного управления, третий входс выходом блока стабилизации заданного уровня, выход - с входом блока стабилизации заданного уровня и вто-. рым входом дифференциального усилителя.

Р П щПи Заказ 4782/54 . ТиРаж 928 Подписное

Произв.-полигр. пр-тие, r, Ужгород, ул. Проектная, 4