Устройство для управления широтно-импульсным преобразователем

 

Устройство предназначено для управления широтно-импульсным преобразователем , в частности мостовым автономным инвертором с широтно-им пyльcнojl модуляцией и принудительным выключением вентилей от внешних источников . Цель изобретения - расширение функциональных возможностей и повышение надежности. Устройство позволяет без применения датчиков тока и состояния вентилей исключить вероятность сбоев в работе инвертора при произвольном характере управляющего сигнала, С этой целью перед подачей на в ентили управляющих сигналов они подвергаются нормированию длительностей импульсов и пауз. Это достигается введением обратньк связей по запрету прохождения сигнала в кавдом канале управления, а также перекрестных цепей запрета между ними. Инвертор, выполненньй на тиристорах или транзисторах и управляемый устройством, выполняет функцию коммутационного усилителя, вырабатывающего ток в нагрузке , пропорциональной входному сигналу . 2 ил. i (О

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН юр а Н 02 И 7/12

Зм

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (21) 4184291/24-07 (22) 19.01.87 (46) 07.01 ° 89. Бюл. Р 1 (Z3) Казахский филиал Всесоюзного научно-HccnegosaTeasckoro института разведочной геофизики

Г (72) В.Б.Попов, А.ИЛерещенко, Й.Ю.Фефелов, В.И.Гришко и А.П.Копейкин (53) 621.316.727 (088.8) (56) Барский В.А. Раздельное управление реверсивными тиристорнымипреобразователями . M. Энергия, 1973, с.39.

Авторское свидетельство СССР

И 1288843, кл. Н 02 M 7/48, 1985. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ШИРОТНО-ИМПУЛЬСНЬК ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ (57) Устройство предназначено для управления широтно-импульсным преобразователем, в частности мостовым автономным инвертором с широтно-им„,ЯО„„1450055 Л1 пульсной модуляцией и принудительным выключением вентилей от внешних источников. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей и повышение надежности. Устройство позволяет 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 цепей запрета между ними. Инвертор, выполненный на тиристорах или транзисторах и управляемый устройством, выполняет функцию коммутационного усилителя, вырабатывающего ток в наг" рузке, пропорциональной входному сигналу. 2 ил.

i 450055

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в широтно-импульсных преобразователях, автономных инверторах с широтно"импульсной модуляцией, Коммутациойных . усилителях, Цель изобретения — расширение функциональных возможностей управления преобразователем и повышение на- 10 дежности преобразователя..

На фиг.1 пердставлена схема устройства для управления широтно-им пульсным преобразователем; на фиг.2— эпюры напряжений: а, б — на выходах (ШИИ; в, г - на выходах элементов ИЛИ;

,д, е — на выходах одновибраторов; ж, 1 з — на выходах элементов задержки

,спада импульса.

Устройство для управления широтно- 20 импульсным преобразователем (фиг.1) содержит задающий генератор .1, пер,вый и второй элементы 2 и 3 задержки ,,спада импульса, иннертирующий повто.,ритель 4 сигнала и два аналогичных го устройству канала управления.

1 Первый и второй каналы управления содержат широтно-импульсные модуля торы (ШИИ) 5 и 6, элементы 7 и 8 запрета, первые одновибраторы 9 и 10> ртогические элементы ИЛИ 11 и 12, инверторы 13 и 14, первые формирователи 1 и 16; вторые формирователи 17 и

18 и вторые одновибраторы 19 и 20.

Выход задающего генератора 1 под™ а ключен к синхронизирующим входам ШИМ

5 и 6 первого и второго каналов управления соответственно. Выход ШИИ 5 соединен с сигнальйым входом элемента 7 запрета, выход которого подключен к входу первого одновибратора

9 и первому входу элемента ИЛИ 11; выход которого соединен с входом инфертора 13 и входом второго формирователя 17. Выход инвертора 13 соедиНен с входом первого формирователя

13, а выход второго формирователя 17 ерез второй одновибратор 19 — с первым запрещающим входом 7 запрета.

Выход ШИИ 6 соединен с сигнальным входом элемента 8 запрета, выход которого подключен к входу первого од новибратора 10 и первому входу элемента или 12, выход которого соединен с входом инвертора 14 и входом второго формирователя l8. Выход инверто-55 ра 14 соединен с входом первого формирователя 16, а выход второго формит>ователя l8 через второй одновибратор 20 — с первым =-amp erqaeui> < входом элемента 8 запрета,.

Второй запрещающий вход элемента в

8 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 спадаимпульса соединенс выхсдом элемента KIH 12 второго канала управленйя. Третий запрещающий вход элемента 7 запрета первого канала управления соединен с выходом второго од" новибратора 20 второго канала управления„а третий запрещающий вход элемента 8 запрета второго канала управления — с выходом в гораго одновибратора 19 первого канала управления.

Вход устройства соединен с сигнальным входом EF„5 и через инвертирующий повторитель 4 сигнала - с сигнальным входом ШИМ 6.

Выходы. первого и второго формирователей 15 и 17 первого канала управления, а также выходы первого и второго формирователей 16 и t8 второго канала управления являются первым, вторым, третьим и четвертым выходами устройства соответственно.

Задающий генератор 1 служит для синхронизации ШИК 5 и 6. В его качестве может быть использован генератор пилообразного сигнала с размахом пилы от нуля до некоторого значения U»„„„ примерно соответствующего максимальному значению управляющего сигнала U „ . При этом в качестве

ШИИ 5 и 6 могут быть использованы компараторы напряжений.

Элементы 7 и 8 запрета представляют собой логические элементыИ с инверсными запрещающими входами. 0ни могут быть выполнены на. базе элемента 5И НЕ с подключением инверторов к его запрещающим входам и к выходу.

Одновибраторы 9, 10, 19.и 20 могут быть выполнены, например, на основе интегральных микросхем 155АГЗ.

Длительность импульсов i- формируемых на выходе одновибраторов 9 и

10, устанавливают меньшей, чем минимальное время с.„, необходимой дпя обеспечения устойчивого включения рабочих вентилей и окончания переходных процессов в узлах принудитель. ной коммутации преобразoíàòeëÿ, Длиз

145 тельность импульсов, формируемых одновибраторами t9 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 RC-интеграторы, резисторы которых зашунтированы прямо включенными диодами. Время задержки t. спада импульса устанавдивают I,не меньшим, чем время распространения сигнала через последовательно включенный формирователь 17 (18) и второй одновибратор 19 (20);

Формирователи. 15-18 импульсов выполены на основе ифференциаторов, работающих по спаду импульсов на .входе.

Инвертирующий повторитель 4 сигнала может быть выполнен на базе one. рационного усилителя, включенного по схеме с коэффициентом передачи

К 1 а

Устройство работает следующим образом.

При подаче питания на устройство задающий генератор 1 начинает вырабатывать опорное напряжение, поступающее на синхронизирующие входы широтно-импульсных модуляторов ШИМ 5 и б: На вход устройства подают управляющее напряжение 0 „, которое определяет закон изменейия выходного сигнала преобразователя, управляемого устройством. В зависимости от полярности U „„ ÈÈÌ 5 или б вырабатывает последовательность импульсов со скважностью, определяемой величиной

U „, Для обеспеспечения работоспособности преобразователя управляющий сигнал обоих каналов нормируется по длительности импульсов и пауз между ними как внутри пачек, ШИМ-последова тельностей, так и между ними.

Нормирование длительности импульсов и пауз внутри пачек ШИМ-последовательностей осуществляется каждым каналом управления в отдельности.

В случае, когда полярность U „ совпадает с полярностью опорного напряжения, ШИМ 6 находится в нерабочем режиме, не вырабатывая импульсной

„- последовательности, а ШИМ 5 — .в рабочем. Выходная последовательность импульсов IIIHM 5 поступает на сигнальный вход элемента 7 запрета, который в исходном состоянии открыт. По

4 переднему фронту каждого импульса на

его выходе срабатывает первый одновибратор 9, формирующий импульс длительностью С . Импульсы с выходов

5 . элементов 7 запрета и одновибратора 9 поступают на соответствующие входы элемента ИЛИ 11, который формирует на выходе импульс длительностью наибольшей из двух. Инвертор 13 инвертирует сигнал, а первый формирователь

15 формирует короткий импульс по его спаду. Этот импульс совпадающий с фронтом импульса на выходе элемента

t5 ИЛИ 11 через первый выход устройства поступает на цепи запуска рабочих вентилей преобразователя, включая ток через нагрузку. С выхода элемента

ИЛИ !1 сигнал поступает также на вто20 рой формирователь 17, который по его спаду вырабатывает импульс запускг коммутирующих вентилей преобразовате ля, поступающий на них через второй выход устройства и превьппающий ток

25 через нагрузку. Этот же импульс запускает одновибратор 19, формирующий импульс длительности с д . Выходной сигнал одновибратора 19 поступает. на первый запрещающий вход элемента

30 7 запр еч а и блокирует прохождение сигнала отШИМ 5 на время, равное с

Таким образом, первый одновибратор

9 совместно с элементом ИЛИ 11 осуществляет ограничение. по минимуму 35 длительности времени включенного состояния рабочих вентилей преобразователя, а второй одновибратор 19 совместно с элементом,7 запрета ограничивает минимальное значение времени

40 включенного состояния коммутирующих вентилей.

В случае, когда полярность U „I, противоположна полярности задающего генератора 1, QIHN 5 находится в не45 рабочем режиме, импульсы на .его выходе отсутствуют. Инвертирующий повторитель сигнала 4 меняет полярность сигнала U, без изменения его амплитутды и приводит в рабочий режим

5О ШИМ 6, заставляя его вырабатывать им" пульсную последовательность со скважностью, зависящей от величины U

Выходной сигнал ШИМ б поступает на вход элемента 8 запрета и далее на

55 элементы 10, 12, 14, 16, t8 и 20 второго канала управления.

Работа второго канала управления происходит в той же последователвности, как и описанная работа перв<.to

14500 канала управления. При этом на треть-, ем и четвертом выходах устройства вырабатываются нормированные по длительности импульсы управления второй

5 группой вентилей преобразователя, который вырабатывает в нагрузке ток соответствующий полярности. о

В момент смены полярности U происходит переход от работы одного ка-., .,нала к другому. В этом случае недопустимо как перекрытие управляющих импульсов двух каналов, так и отсутствие необходимого временного интервала между ними. Выполнение этих условий15 осуществляется перекрестными цепями запрета на запрещающие входы элементов 7 и 8 запрета. Например, при появл» и:. импульса иа выходе элемента, ИЛИ 11 он поступает на второй запре- 20

,щающцй вход элемента 8 запрета через элемент 2 задержки спада импульса и блокирует прохождение сигналов через. второй канал управления на все время его действия и время задержки спада 25

1 " импульса. По окончании этого импульса блокировка второго канала управления не снимается еще в течение времени 8г, задаваемого одновибрато,,ром 19. Эта блокировка осуществляется по цепи: выход элемента ИЛИ 1 1 формирователь 17 — одновибратор 19 третий запрещающий вход элемента 8 запрета.

Аналогично происходит блокировка работы первого канала управления при действии рабочих импульсов на выходе второго канала управления. При этом блокировка на время действия им» пульса с, и 1 перекрытия интервалов запрета происходит по цепи: вход элемента ИЛИ 12 — элемент 3 задержки спада импульса — второй запрещающий вход элемента 7 запрета, а блокировка на время паузы с — по цепи: г

45 выход элемента ИЛИ 12 — формирователь18 - одновибратор 20 — третий запрещающий вход элемента 7 запрета, На диаграмме (фиг.2) приведен случай, когда на выходах ИИМ 5 (фиг.2а) и ШИИ б (фиг.2б) действуют

50 импульсы 21 и 22, причем интервал между фронтами импульсов больше Г, но меньше, + t а длительность импульса 21 меньше . Такая импульс1 55 ная последовательность может появиться на выходах Н321 5 и б при действии на их входах импульсных помех со случайным распределением фаз. Если

55 6 бы такая импульсная последовательность попадала на выходы элементов

ИЛИ 11 и 12 без изменений, это вызвало бы сбой в работе преобразователя по следующим причинам. Во-первых, длительность импульса 21 меньше вре- мени ь,„,;„, минимально необходимого, для обеспечения устойчивого, включения рабочих вентилей и окончания переходных процессов в цепях принудительной коммутации преобразователя. Вовторых, интервал между импульсами меньше времени г,„";„, минимально необходимого для устойчи.вого выключения ранее включенных рабочих вентилей.

Кроме того, при нормировании длительности импульса 21 величиной ñ, а паузы — величиной Сг, как показано на диаграмме (фиг.2в) и при отсут" ствии при этом перекрытия интервалов запрета по второму и третьему запрещающим входам элемента" 8 запрета, сбой также произошел бы по цепям, управляемым вторым каналом управления. Это связано с запаздыванием на время t фронта сигнала запрета с второго одновибратора 19 (фиг. 2д) относительно спада импульса запрета на выходе элемента ИЛИ 11 (фиг.2в) °

Фронт второго импульса 22, попадая в промежуток gt при отсутствии перекрытия повторно запустил бы одновибратор 10 без необходимого интервала что вызвало бы сбой в работе преобразователя.

В устройстве есть все необходимые функциональные элементы для исключения сбоя преобразователя при рассмотренном соотношении длительностей импульсов и пауз между ними. Работая согласHo Hpиведенной диаграмме, устройство вводит нормирование импульсов и пауз, а также исключает вероятность сбоя при попадании фрон a импульса в про." межуток gt за счет задержки спада импульса (фиг.2ж) на величину . ht.

В результате на выходе элемента ИЛИ

11 формируется один импульс длительностью, (фиг. 2в), после которого следуе г пауза 7, в течение которой запрещено прохождение через второй канал любых запускающих импульсов.

Только по ее окончании разрешается прохождение импульса 22. Поскольку его длительность больше с., + аг оставшаяся его часть r.o окончании б интервала запрета г остается неизменной.

Ф ормул а

7 l 4500

Группы вентилей преобразователя, формирующие в нагрузке токи противоположных полярностей, работают последовательно в неперекрывающихся временных интервалах. Это исключает прохождение сквозных токов через -вертикали мостового преобразователя, а значит и сбои в его работе. Однако вследствие действия помех на входе устройства или из-за погрешностей в работе задающего генератора 1, HIHN

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.2б) и ШИМ 5 (фиг.2а), перед подачей на управляющие цепи преобразователя необходимо разнести по време- 2О ни. В течение времени действия импульса 22 и времени задержки спада импульса t> на выходе элемента 3 задержки спада импульса вырабатывается . запрещающий импульс: (фиг.2з), 25 блокирующий работу первого канала управления. После окончания импульса

22 запрет сохраняется еще в течение времени Г запрещающим импульсом с .выхода одновибратора 20 (фиг.2е), чем достигается нужный временной интервал в работе каналов. В результате перекрытие импульсов на выходах эле. ментов ИЛИ 11 (фиг.2в) и 12 (фиг.2r) уст» раняется и сбоя в работе преобразователя не наступает.

Вследствие симметричности схемы устройства и, при появлении импульсов 2t и 23 на выходе ШИМ 6, а импульса 22 - на выходе ШИМ 5 работа происходит аналогично описанной.

Преобразователь, управляемый устройством, сохраняет устойчивость в работе при всех возможных видах импульсных последовательностей на вы" ходах ШИМ 5 и 6.

По сравнению с известным предлагаемое устройство для управления широтно-импульсным преобразователем позволяет управлять преобразовате50 лем по произвольному закону изменения входного сигнала. Это дает возможность использовать управляемый им преобразователь в качестве парфазного усилителя мощности.

Устройство можно использовать для управления как тирис тор ными, так и транзисторными преобразователями.

При.управлении транзисторными преоб55 8 разователями оно служит для исключе ния перекрытия фронтов и спадов импульсов управлений вентилей, относящихся к одноименным вертикапям моста. Этим достигается исключение сквозных токов через вентили преобразователя, что ведет к увеличению их надежности и долговечности. изобретения

Устройство для управления широтноймпульсным преобразователем, содержащее задающий генератор и первый канал управления, включающий широтноимпульсный 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 второго формирователя, выход которого через второй одновибратор подключен к первому запрещающему входу элемента запрета, сигнальный вход широтноимпульсного 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 третьим запрещающими 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 HIM второго канала управления, третий запрещающий вход элемента запрета первого канала управления — с выходом второго одновибратора второго канала управления, третий запрещающий вход элемента запрета второго канала

Bbi@ 1

4(pnp управления - 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

450055 î второго канала управления, сиихронизирующий вход которого соединен с выходом задающего генератора, à выходы первого и второго формирователей ..

5 второго канала управления являются третьим и четвертым выходом устройства.! 450055

Составитель О.Парфенова

Редактор А.Ворович Техред И.Ходанич

Корр ектор М.МаксимипЖнед

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

Заказ 6973!52 .Тираж 666 Подпис но е

BHHHIIH Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5