Силовой цифроаналоговый преобразователь

 

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано в регуляторах напряжения, системах электропривода и следящих системах постоянного тока. Цель изобретения - повышение точности, надежности и расширение области применения за счет регулирования скважности импульсов тока в элементе нагрузки. Силовой цифроаналоговьш 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 шшообразного напряжения, компаратор 11, элемент 12 нагрузки, генератор 13 импульсов, коммутатор 14, источс (/

СОЮЗ СОВЕТСНИК

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (И) 1б1) Н 03 М 1 66

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

fl0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21),230504/24-24 (22) 15.04.87 (46) 30,10.88. Бюл. У 40 (71) Ленинградский институт точной механики и оптики (72) Г.С.Эздрин (53) 68 1.325 (088.8) (56) Справочник по цифроаналоговым и аналого-цифровым преобразователям.

Под ред. E0.P.Ãíàòåêà. М.: Радио и связь, 1982.

Авторское свидетельство СССР

И 760437, кл. Н 03 М 1/66, 1976. (54) 01ШОВОЙ ЦИФРОАНАЛОГОВЫЙ ПРЕОБРАЗОВ ДЕЛБ (57) Изобретение относится к автоматике и может быть использовано в регуляторах 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

11, элемент 12 нагрузки, генератор

13 импульсов, коммутатор 14, источ1434544 н к 15 опорного напряжения, два ключа 16 и 17, резистивный делитель 18 и дифференциальный усилитель 19. Силовой преобразователь 5 выполнен на трех источниках выпрямленного напряжения, трех силовых транзисторных кЛючах, четырех .диодах, дросселе и конденсаторе. Блок 1 управления выполнен на счетчике импульсов, генер аторе счетных импульсов, многопоэиц ионном переключателе, двух реэистор вх, 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 цифроаналогоsoro преобразователя sa счет обеспечения возможности регулирования скважности выходных импульсов тока в элементе нагрузки.

На фиг. 1 изображена функциональная схема силового цифроаналогового

1 преобразователя; на фиг.2 — функцио" нальная схема силового преобразователя; на фиг.3 - функциональная схема блока управления; на фиг.4 - временНые диаграммы, поясняющие работу cu.-..ztoaoro цифроаналогового преобразователя.

Силовой цифроаналоговый преобраэо" ,ватель содержит блок 1 управления, цреобразователь 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 11, элемент 12 нагрузки, генератор 13 импульсов, коммутатор 14,. источник 15 опорного напряжения, два ключа 16 и !7, резистивный делитель 18 и дифференциальньй 35 усилитель 19.

Силовой преобразователь 5 выполнен на трех источниках 20"22 выпрямФ дение контура обратной связи, состоя-щего из источника 15 опорного напряжения, ключа 17, резистивного делителя 18 и дифференциального усилителя 19, позволило повысить точность преобразования, расширение области применения достигается за счет введения генератора 13 импульсов, коммутатора 14 и ключа 16, а повышение надежности — sa счет импульсного ре" жима работы силовых транзисторных ключей старших разрядов. 2 s.ï. 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", кнбпке 38

"Обнуление" и источнике 39 напряжения °

Силовой цифроаналоговьй преобразователь работает следующим образом.

Блок 1 управления формирует,n-pasрядный двоичный параллельный код, которьй преобразуется в измерительном преобразователе 9 код — напряжение с высокой точностью в эталонное напряжение Уэг. 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 0н с элемента 12 нагрузки, Разность напряжений hU " "Uýò — 0н через усилитель 7 и интегропропорциональный фильтр 8 поступает на второй вход комларатора 11, где сравнивается с сигналом генератора 10 пилообразного напряжения.

Старшие m разряды двоичного кода, формируемые блоком 1 управления, поступают также на информационные входы коммутатора 14, а младшие (n-m) разрядов кода подаются. на информационные входы. преобразователя 2 код - ШИИ.

Работа контура управления, осуществляющего общую отрицательную об3 1434544 4!

О ратную связь по напряжению, поясняется диаграммами на фиг.4. На втором выходе преобразователя 2 код — ШИМ длительность импульсов, вырабатываемых генератором 3 и следующих с час5 тотой коммутации, равной f» = 1/Т ц, пропорциональна значению кода (и-m) младших разрядов (фиг.4,a). Сигнал на первом выходе преобразователя 2 код - IIIHM (фиг. 4, б), соответствующий началу каждого импульса на втором выходе, поступает на первый вход триггера 4. В моменты окончания импульсов на втором выходе преобразователя 2 код — ШИ11 запускается генератор 10 пилообразного напряжения (фиг.4. в). В момент равенства выходного напряжения последнего и на-! пряжения! на выходе интегропропорционального фильтра 8 срабатывает компаратор 11 и переключает по второму входу (фиг. 4, г) триггер 4 в состояние, обеспечивающее формирование заднего фронта импульса внутри IIeриода коммутации (фиг. 4, д). Beпичина относительной продолжительности импульсов = Т, /Т„, на первом входе силового преобразо!!атсля 5 определяется суммарной длительностью сигна30 лов на входах компаратора 11. Изменение (будет происходить до тех пор, пока разность 5U = U -U не станет равной нулю. Период следования импульсов на выходе преобразователя задается генератором 13 и равен Т, а длительность — Т„ (фиг. 4, е), причем Т! >) Т1 (Т 1 100 мср Т

50-100 мкс), Таким образом, на первый вход силового преобразователя 5 поступает Пачка широтно-модулироi! iI .40 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

m = 2) осуществляется по трем его входам. Подача напряжения в нагрузку осуществляется в момент прихода на 5О управляющий вход коммутатора 14 импульса с выхода генератора 13 импульсов (фиг.4,е). Это происходит при любой.кодовой комбинации. Так, например, при нулевых состояниях m 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 "пач-!! ка широтно-модулированных импульсов, относительная длительность которых

Тц/Т пропорциональна заданному значению двоичного кода (фиг.4,ж) .

Ток протекает по цепи: !!+" Источника

20, LC-<рильтр, состоящий из дросселя

30 и конденсатора 31, элемент 12 нагрузки, шина нулевого потенциала, диоды 26 и 27, силовой транзисторный ключ 23, "-" источника 20. На нагрузке формируются импульсы напряжения, период следования которых равен Т, амплитуда О!!" = 6 0;,, а длительность равна Т! (фи".4,з) . При наличии единицы в каком-либо из m старших разрядов гадключается соответствующий

HC I OiI IIIII (2 1 IIIIII 22) выпрямленного

HQIIj)5:;KeIiII5I При наличии единицы В четвертом разряде кода подключается ист-о!шик 21 выпрямленного напряжения через силовой транзисторный ключ 24.

При наличии ед1111ицы в старшем пятом разряде кода и подаче строб-импульса на вход коммутатора 14 на первый вход дифференциального усилителя 19 через ключ 17 поступает напряжение U и с источника 15 опорного напряжения. На второй вход усилителя 19 поступает сигнал через резистивный делитель 18 с дополнительного выхода силового преобразователя 5 (с выхода самой высоковольтной ступени источника 22).

Усиленный сигнал рассогласования подается на базу силового транзисторного ключа 25, p"áîòàæùåão в активном режиме. Таким образом, осуществляется импульсная местная отрицательная обратная связь и стабилизация напряжения U данной ступени на требуемом уровне. При коде 1 1111 ток протекает по цепи: "+" источника 20, LC-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, "-" исто шика 20. На нагрузке формируются импульсы напряжения, амплитуда которьгх Ug=-UI+Ug+U) пропорциональна значению кода, причем Б =2 ° Н „и Uз = — 2 ° U

Следует отметить, что все сигналы управления (фиг. 4) отсчитываются от

5 14345 нулевого потенциала, а необходимая гальваническая развязка в устройстве осуществляется в блоках силовых транзисторных ключей 23 — 25.

Силовой преобразователь 5 состо5 ит из источников 20 — 22 выпрямленного напряжения, выполненных по схеме 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

К249ЛП1, а на входе управления силовым ключом 25 — оптрон АОД-101.

Для ручного набора необходимой кЬдовой комбинации используется многрпоэиционный переключатель 34 (например, типа ПП10-Рв 5 х 8), который осуществляет формирование двоичнод сятичного хода, поступающего на информационные входы счетчика 32, на в1сод 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 в сод счетчика 32 импульсов. При этом к1 онка 37 "Запись" замыкается, а хлюпка 38 "Обнуление" размыкается..

Ийкодные сигналы старших m разрядов крда подаются на информационный вход кЬммутатора 14, а.выходные сигналы младших (и-m) разрядов кода поступают на информационные входы преобра40 зОвателя 2 код — ШИМ. Обнуление счет" чИка 32 импульсов осуществляется замыканием кнопки 38 "Обнуление".

Введение контура обратной связи (источник 15 опорного напряжения, 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- 50 печивается импульсным режимом работы силоам транзисторных ключей старших разрядов. формула изобретения 55

1. Силовой цифроаналоговый преобразователь, содержащий блок управле 4 б ния, выходы m старших разрядов которого подключены к соответствующим информационным входам старших разрядов измерительного преобразователя код — напряжение, а выходы (и-m) 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 к первому выводу элемента нагрузки и первому входу элемента сравнения, выход котороro через последовательно соединенные усилитель и интегропропорциональный фильтр подключен к второму входу компаратора, второй вывод элемента нагрузки объединен с вторым выходом силового преобразователя и подключен к шине нулевого потенциала, о т л и ч а и шийся тем, что, с целью повышения надежности и точности и расШирения области применения за 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 через первый ключ подключен к первому входу дифференциального усилителя, второй вход которого через резистнвный делитель соединен с дополнительным выходом силового преобразователя, а выход дифференциального усилителя подключен к второму входу силового пре- образователя, третьи входы которого соединены с соответствующими выходами (ш-1) старших разрядов коммутато.-. ра, выход m-ro старшего разряда которого соединен с управляющим входом первого ключа, информационные входы коммутатора соединены с соответствующими выходами т старших разрядов

7 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 преобразовате ля код — напряжение, а выход подключен к второму входу элемента срав:нения.

2. Преобразователь по п. 1, о т— л и ч а ю шийся 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 пер вого 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 8 выводом четвертого диода и первым выводом дросселя, второй вывод которого соединен с вторыми выводами конденсатора и третьего диода и являет5 ся первым выходом силового преобразователя, базы первого, второго и третьего силовых транзисторных ключей являются соответственно вторым, 10 третьим и первым входами силового преобразователя.

3. Преобразователь по п. 1, о тл и ч а ю шийся тем, что блок управления выполнен на счетчике им15 пульсов, генераторе импульсов, многопозиционном переключателе, двух резисторах, кнопках "Запись" и "Обнуление" и источнике напряжения, выход которого подключен к первым выводам

20 кнопок "Запись" и "Обнуление" и входу многопозиционного переключателя, выходы которого соединены с соответствующими информационными входами счетчика импульсов, счетный вход

25 которого подключен к выходу генератора импульсов, вход записи соединен с первым выводом первого резистора и вторым выводом кнопки "Зались", вход обнуления счетчика импульсов

З0 соединен с первым выводом второго резистора и вторым выводом кнопки ."Обнуление", вторые выводы первого и второго резисторов соединены с шиной нулевого потенциала, младшие (n-m) выходов счетчика импульсов

35 являются выходами (и-ш} младших разрядов блока, старшие ш выходов счет,чика импульсов являются выходами m старших разрядов блока.

1434544

1434544 е

Ж

T t

Уиг.4

Составитель Н.Капитанов ,Редактор А.Ревин Техред М.Ходанич Корректор С.Шекмар .

Тираж 929 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий.ll3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 5564/56

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4