Преобразователь напряжения

 

Изобретение относится к области электротехники и может применяться при создании преобразователей постоянного напряжения в переменное, работающих на индуктивно-емкостную нагрузку. Целью изобретения является повышение помехоустойчивости преобразователя. Преобразователь напряжения содержит инвертор 2, вход питания которого подключен к источнику 1 постоянного напряжения, а силовая цепь через датчик 3 тока - к индуктивно-емкостной нагрузке 4, пороговый элемент 5, подключенный входом к датчику тока, и узел управления 7, вход которого соединен с индуктивно - емкостной нагрузкой, а выход - с управляющим входом инвертора. Введен одновибратор 6, сигнал на выходе которого не меняется в интервале времени Т, в результате чего происходит блокировка импульсов помех, возникающих на выходе датчика тока в моменты переключения силовых элементов инвертора и радиопомех, приводящих к срабатыванию порогового элемента. 5 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) А1 1) 4 Н 02 1 1 3/337

ГОСУДАРСТНЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 . (21) 4162283/24-07 (22) 17.12.86 (46) 07.10.89. Бюл. У 37 (71) Научно-исследовательский институт интроскопии (72) А.И.Лисицын, Н.А.Филиппов и И.С.Бочаров (53) 621.314.57(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 955434, кл. А 02 И 3/335, 1980, Патент США 11 4150424, кл. Н 02 M 3/335, 1975, Патент США 11 3596165-; кл. Н 02 М 3/28, 1971 ° (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к области электротехники и может применяться при создании преобразователей постоянного напряжения в переменное, работающих на индуктивно-емкостную нагрузку. Целью изобретения является

2 повышение помехоустойчивости преобразователя. Преобразователь напряжения содержит инвертор 2, вход питания которого подключен к источнику

1 постоянного напряжения, а силовая цепь через датчик 3 тока — к индуктивно-емкостной нагрузке 4, пороговый элемент 5, подключенный входом к датчику тока„ и узел управления

7, вход которого соединен с индуктивно-емкостной нагрузкой, а выход— с управляющим входом инвертора. Введен одновибратор 6, сигнал на выходе которого не меняется в интервале времени Т, в результате чего происходит блокировка импульсов помех, возникающих на выходе датчика тока в моменты переключения силовых элементов инвертора, и радиопомех, приводящих к срабатыванию порогового элемента. 5 ил.

На временных диаграммах (фиг.5) показаны следующие сигналы: 25 — с датчика 3 тока, 26 — значение пороr a на пороговом элементе 5, 27 — на выходе порогового элемента 5„ 28 на выходе одновибратора 6 с внешним с запуском, 29 — на первом выходе элемента задержки (подключенном к входам элементов И-НЕ), 30 — на втором выходе элемента 12 задержки, 31, 32 — на выходах триггера 14, 33— на выходе интегратора 10, 34 — на выходе генератора 13 пилообразного напряжения, 35 — на выходе компаратора 11 36, 37 - на выходах элементов И-НЕ 15 и 16, 38, 39 — диаграм3

15135Я4

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при разработке источников питания радиоэлектронной аппаратуры.

Цель изобретения — повьш ение помехоустойчивости преобразователя.

На фиг.1 показана функциональная схема преобразователя; на фиг,2 — !О ! вариант построения узла управления; на фиг.3 и 4 — соответственно принципиальная схема инвертора с токовым о управлением и один иэ вариантов индуктивно-емкостной нагрузки; на фиг.5 — временные диаграммы напряжений и токов в различных блоках преобразователя.

Преобразователь содержит источник постоянного напряжения, инвертор

2, датчик 3 тока индуктивно-емкостную нагрузку 4, формирователь импульсов переключения, состоящий из порогового элемента 5, одновибратора 6 и узла 7 управления, Узел 7 управления (фиг,2) состоит иэ источника 8 опорного напряжения„ компаратора 9, инвертора 10„ компаратора 11, элемента 12 задер."";;ки., генератора 13 пилообразного напряжения, триггера 14 и элементов И-НЕ 15 и 16.

На принципиальной схеме (фиг,3) инвертора 2 изображены силовые транзисторы 17, рекуперативные диоды !8, импульсные трансформаторы 19 и управ- 35 ляющие транзисторы 20.

На принципиальной схеме (фиг.4) индуктивно-емкостной нагрузки 4 изображены главный трансформатор 21, диодно-емкостной умножитель 22,. де- 40 литель 23 напряжения и активная нагрузка 24. мы протекания тока через силовьтранзисторы и рекуперативные диоды инвертора 2, 40 — значение уставки напряжения на источнике 8, 41 — напряжение на выходе делителя 23 нагрузки 4.

Преобразователь работает следующим образом.

Источник 1 выпрямляет напряжение сети и заряжает фильтр, входящий в его состав, до амплитудного значения напряжения сети.

Инвертор 2 может быть выполнен по одной из известных схем (мостовой, полумостовой или со средней точкой трансформаторе);

Для ускорения процесса переключения силовых транзисторов 17 инвертор выполняется по схеме с токовым управлением с помощью импульсных трансформаторов 19, когда мощность на открывание силовых транзисторов 17 и удержание их в насыщенном состоянии берется из их коллекторных цепей с положительной обратной связью . Это обеспечивает быстрое переключение силовых транзисторов 17 их закрытого состояния в открытое и наоборот, что суще, ственна снижает нагрев транзисторов в переходных процессах и позволяет увеличить выходную мощность инвертора.

После включения устройства в момент t- на одном из выходов триггера 1 устанавливается сигнал "1" (диаграмма 31, фиг.5), а на другом —. сигнал "0" (диаграмма 32). На первом выходе элемента 12 задержки присутствует сигнал "1" (диаграмма

29) и .на выходе второго компаратора !

11 также имеется сигнал "1" (диаграмма

35). Б результате на выходе одного из элементов И-НК, у которого на всех входах имеются сигналы "1", например элемента И-HH 15, появляется сигнал 0, т.е. QTpNIraòåëüíûé перепад от "1" да "0" (диаграмма 36), который приводит к открыванию силовых транзистороь 17 одного из плеч инвертора 2 и протеканию тока от источника 1 питания через это плечо и датчик 3 тока в нагрузку 4, Датчик

3 тока вырабатывает выпрямленный сигнал, пропорциональный мгновенному значению тока, протекающему через инвертор 2. Если преобразователь работает на индуктивно-емкостную нагрузку, то форма тока определяется

1513584 6

1 окончания импульса с элемента 12 задержки, когда на его первом выходе появляется снова .сигнал "I" (диаграмма 29), и при наличии сигнала

"1" на выходе компаратора 11 (диаграмма 35), а также сигнала "1" на выходе триггера 14 (диаграмма 32), на выходе элемента И-HE 16 появля)0 ется сигнал "0" (диаграмма 37), который открывает второе плечо инвертора 2, и через главный трансформатор 21 начинает протекать ток в другом направлении (вторая выпрям!

5 ленная полувална тока на диаграмме

25). Далее процессы взаимодействия сигналов повторяются аналогично описанному.

Импульс с второго выхода элемен20 та 12 задержки (диаграмма 30) поступает также на управляющий вход генератора 13 пилообразного напряжения и сбрасывает напряжение пилы на время своего действия.(диаграм25 ма 34).

При увеличении мощности, отдаваемой в нагрузку, на переднем фронте полуволнового сигнала с датчика

3 тока в.момент t > открывания сило30 вых транзис 17 2 возникают выбросы напряжения, которые гривадят к срабатыванию порого-.вого элемента 5 (диаграмма 27). Но срабатывания элемента 1с задержки (диаграммы 29, 30) не происходит, поскольку сигнал на ега вход поступает с выхода генератора 6 с внешним запуском, который блокирует сигнал помехи в интервале времени с

-4О 1 по . + Т, так как срабатывание генератора 6 происходит па переднему фронту первого пришедшего сигнала с порогового элемента 5 (диаграммы 27, 281 и все последующие сигналы, вызванные помехами, не изменяют состояние на его выходе в течение времени Т.

Так, например, могут быть устранены радиопомехи, обусловленные высокими скоростями включения тока в силовой цепи инвертора 2, которые приводят к ложным срабатываниям порогового элемента 5. резонансными свойствми нагрузки (диаграмма 25).

Сигнал с выхода датчика 3 тока поступает на вход порогового элемента 5, на котором устанавливается эна чение порога, близкое к нулевому значению тока с датчика 3 (диаграмма 26), и в момент времени 1! на выходе порогового элемента 5 появляются прямоугольные импульсы (диаграмма

27). По переднему фронту этих импульсов срабатывает генератор 6 с внешним запуском и элемент 12 задержки, который на своих выводах формирует инвертированные импульсы.

Сигнал !О" с первого выхода (диаграмма 29) поступает на входы элементов И-НЕ и на выходе элемента

И-НЕ 15 появляется сигнал "0" (диаграмма 36), который вызывает закрывание силовых транзисторов 17 данного плеча инвертора. Сигнал "1" с второго выхода элемента 12 задержки своим передним фронтом перебрасывает триггер 14 в другое положение, когда сигнал "1" подается на вход другого элемента И-НЕ 16, Благодаря накопленной энергии в индуктивности главного трансформатора 21 в нем возникает ЭДС самаиндукции, под действием которой ток в инверторе не прекращается мгновенна, а продолжает протекать в том же направлении через рекуперативные диоды

18 другого плеча, постепенно уменьшаясь до нуля, При этом ЭДС самоиндукции превышает напряжение на источнике 1 питания и переходы коллектор эмиттер силовых транзисторов 17 вто.— . рого плеча находятся под обратным напряжением. Затем ЭДС самоиндукции изменяет знак, рекуперативный так изменяет направление на обратное, проте кает через рекуперативные диоды 18 первого плеча„ а на переходах коллектор--- эмит;ер силовых транзисторов второго плеча в =òîì время появляется прямое напряжение, В течение этого интервала времени может быть подан сигнал на открывание второго плеча и силовые транзисторы 17 второго плеча могут открыться. Па". ому на элементе 12 задержки устанавливается такая длительность задержки Т>, чта задний фронт импульс.: на ето выхаде попадает в указак.иый выше интервал времени для откры 1а †;".я второго плеча. В момент

55 Д||ительность Т импульсов нд выхо де генератора 6 выбирается из расчета обеспечения работы преобразователя в определенном диапазоне частот

Э т. е, должно соблюдаться условие

1513584

Т, Т Т„ где Т вЂ” интервал времени между моI ментами срабатывания порогового элемента 5 и переклю5 чением силовых транзисторов инвертора 17;

Т вЂ” длительность полуволны сиг2 нала на выхоче датчика тока (диаграмма 25).

° 1О

В начале работы устройства напряжение на конденсаторах нагрузки 4 равно нулю и в процессе работы по мере их заряда постепенно возрастает..

Соответственно возрастает напряжение обратной связи с выхода делителя 23 нагрузки 4 (диаграмма 41). До тех пор, пока напряжение обратной связи меньше напряжения уставки (диаграмма 40) на источнике 8, на выходе компаратора 9 и интегратора

10 присутствует максимальный сигнал (диаграмма 33) и пилообразное напряжение с выхода генератора 13 (диаграмма 34) не достигает его, a поэ- 25 тому на выходе компаратора ll присутствует сигнал "1" (диаграмма 35).

Когда напряжение обратной связи достигнет уставки (диаграммы 40, 41), сигнал на выходе компаратора 9 стано-30 вится равным нулю, а сигнал на выходе интегратора 10 начинает уменьшаться.

В некоторый момент времени t y напряжение с выхода интегратора 10 становится меньше напряжения пилы с генератора 13 и на выходе компаратора 11 (диаграмма 35) появляется сигнал "0", что приводит к появлению сигнала "ln на выходе элементов 40

И-НЕ и соответственно к закрыванию .силовых транзисторов 17 инвертора 2.

Далее момент закрывания плеч инвертора,, а соответственно, длительность импульсов протекания тока определяется моментом появления сигнала "0" с компаратора 11, Таким образом, на конденсаторах нагрузки 4 устанавливается напряжение, заданное величиной сигнала уставки на источнике 8 опорного напряжения, При этом устройство находится в динамическом равновесии с заданным режимом, а именно при уменьшении напряжения на нагрузке

4 ниже сигнала уставки на выходе компаратора 9 появляется сигнал высокого уровня и увеличивается напряжение на выходе интегратора 10, что приводит к увеличению длительности, а значит, и амплитуды импульсов тока и соответственно к увеличению напряжения на нагрузке

4 и наоборот, т.е. автоматически осуществляется .стабилизация напряжения на активной нагрузке 24.

На диаграммах 38 и 39 штриховкой показаны интервалы времени, в течение которых ток протекает через силовые транзисторы 17 инвертора 2, двойной штриховкой показаны интервалы времени, в течение которых ток протекает через рекуперативные диоды 18, без штриховки показаны интервапы времени, в течение которых ток через данное плечо ннвертора 2 не протекает. Из диаграммы видно, что во всех случаях происходит автоматическое формирование защитных интервалов между моментами закрывания транзисторов 17 одного плеча и открыванием транзисторов 17 другого плеча инвертора 2, что предотвращает образование сквозных токов в инверторе.

Из диаграммы (фиг.4) видно, что преобразователь работает не на постоянной частоте следования импульсов, а осуществляется автоподстройка работы инвертора под резонансные характеристики индуктивно-емкостной нагрузки 4, инвертор работает на резонансной частоте нагрузки, т.е. преобразователь является самонастраивающимся. При этом происходит изменение кйк частоты следования импульсов (ЧИМ), так и длительности импульсоВ (ШИМ). Это обеспечивает возможность работы предложенного преобразователя с различными нагрузками и в широком диапазоне не потребляемой мощности без опасности образования сквозных токов в инверторе и выхода транзисторов инвертора иэ строя.

Использование одновибратора 6 с внешним запуском позволяет повысить помехоустойчивость преобразователя напряжения, так как происходит блокировка импульсов помех, возникающих на выходе датчика тока в моменты переключения силовых элементов инвер. тора, и радиопомех, приводящих к срабатыванию порогового элемента 5 в течение длительности Т, а также исключить автоколебания преобразователя в нерабочем диапазоне частот которые могут привести к перегреву силовых элементов инвертора 2 и вы.1513584

1О ходу их из строя, т.е. повысить на..дежность преобразователя. формула изобретения

Преобразователь напряжения, содержащий силовой инвертор, управляющие входы которого подключены к выходам узла управления, выполненного на схеме с частотно-широтно-импульсным регулированием, при этом один из входов узла управления подключен к индуктивно-емкостной нагрузке, вход синхронизации узла управления подключен к выходу формирователя импульсов переключения, состоящего из порогового элемента, вход которого подклю чен к выходу датчика тока, включенно-. го между выходом инвертора и входом индуктивно-емкостной нагрузки, резонансная частота которой близка к частоте инвертирования, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости, в упомянутый формирователь импульсов введен одновибратор, вход которого подключен к выходу порогового элемента, à его выходы образуют выходы формирователя.

1513584

lPgz 5

Составитель И.Никитин

Техред Д.Олийнык Корректор ИЛаксимишинец

Редактор И.Шмакова

Заказ 6096/55

Тираж 648

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101