Устройство для управления и защиты стабилизированного преобразователя постоянного напряжения

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах электропитания радиоэлектронной аппаратуры. Цель изобретения - повышение качества выходного напряжения и расширение области его использования - достигается благодаря введению в устройство для управления и защиты стабилизированного преобразователя постоянного напряжения формирователя импульсов паузы и управляемого ключа, шунтирующего один из входов компаратора широтно-импульсного модулятора, в результате чего в выходном напряжении широтно-импульсного модулятора формируются паузы с нулевым напряжением и исключается режим сквозных токов в работе силовых ключей преобразователя. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

1511 4 Н 02 Н 7 12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4319431/24-07 (22) 22, 10, 87 (46) 07, 11,89, Бюл. 11- 41 (72) В,А, Больинов, И, И, Яньшин и В,Г,Веселовский (53) б21,316 ° 925,4(088,8} (5б) Авторское свидетельство СССР

Р 836720, кл, Н 02 Н 7/12, 1979, Авторское свидетельство СССР

9 1089733, кл, Н 02 Н 7/12, 1983, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ И ЗАЩИТЫ СТАБИЛИЗИРОВАННОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах электропитания радиоэлекИзобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах .электропитания радиоэлектронной аппаратуры, Цель изобретения — повышение качества выходного напряжения и расширение области применения преобразователя путем расширения диапазона регулирования выходного напряжения и увеличения коэффициента усиления цепи обратной связи, На фиг, 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг. 2— пояснительные временные диаграммы, Устройство для управления и защиты стабилизированпого преобразователя постоянного напряжения, выполненного по схеме двухтактного конвертора, включающего силовой трансформатор 1 с выпрямителем 2 и LC-фильтром 3 на

„„SU„520623

2 тронной аппаратуры, Цель изобретения — повышение качества выходного напряжения и расширение области его использования — достигается благодаря введению в устройство для управления и защиты стабилизированного преобразователя постоянногб напряжения формирователя импульсов паузы и управляемого ключа, шунтирующего один из входов компаратора широтно-импульсного модулятора, в результате чего в выходном напряжении широтно-импульсного модулятора формируются паузы с нулевым напряжением и исключается режим сквозных токов в работе силовых ключей преобразователя, 2 ил, вторичной и с силовыми транзистор-. ными ключами 4 и 5 HB первичной стороне, содержит широтно-импульсньпЪ модулятор (ШИМ) 6, выходы которого подключены к управляющим входам ключей 4 и 5, один из входов вместе с входом генератора пилообразного напряжения

" (ГПН) 7.подключен к выходу задающего генератора (ЗГ) 8, а другой вход подключен к выходу компаратора 9, инвертирующий вход которого подключен к выходу блокировки аварийного режима блока 10 защиты, а неинвертирующий вход вместе с входом блока 10 защиты через токоорганичивающий резистор 11 подключен к выходу усилителя 12 постоянного тока цепи обратной связи, неинвертйрующий вход которого подключен к источнику 13 опорного напряжения, а инвертирующий .— к выходу бло1520623 кировки переходного процесса блока 10 защиты непосредственно и к выходу преобразователя через развязывающий резистор 14, Выход ЗГ 8 через форми5 рователь 15 импульсов паузы подключен к управляющему входу управляемого ключа 16, шунтирующего вход блока

10 защиты и неинвертирующий вход компаратора 9 1ПИ11, 10

Блок 10 защиты содержит первый 17 и второй 18 компараторы, выход последнего через блокирующий диод 19 соединен с неинвертирующим входом первого компаратора 17 и средней точ- 15 кой интегрирующей RC-цепи 20, инвертирующий вход второго компаратора 18 соединен со средней точкой времязада.". ющей РС-цепи 21„ а неинвертирующий вход — со средней точкой порогового резистивного делителя 22, выход первого компаратора 17 через развязывающие диоды 23 — 25 соединен соответственно со средней точкой времязадающей цепи 21 и неинвертирующим вхо- 25 дом второго компаратора 18, выход которого соединен с развязывающим диодом 26, образуюцим выход блокировки аварийного режима блока 10 защиты, и с развязывающими диодами 27 и 28, образующими выход блокировки переходного процесса блока 10 защиты. Точка соединения диодов 27 и 28 через RCцепь 29 соединена с общей шиной, Напряжение питания в устройстве обеспечивается источником 30, Устройство работает следующим образом, В установленном режиме устройство формирует импульсы, управляющие состоянием ключей 4 и 5, которые, поочередно открываясь, формируют на силовом трансформаторе 1 налряжение прямоугольной формы (фиг, 2, U(), Это напряжение трансформируется силовым трансформатором 1„ выпрямителем 2 и после фильтрации переменной составляющей LG-фильтром 3 подается на нагрузку преобразователя и через раэвязывающий резистор 14 — на инвертирующий вход усилителя постоянного тока 12, на неинвертирующий вход которого подано опорное напряжение от источника 13, Усилитель 12 постоянного тока усиливает рассогласование между опорным и выходным напряжением и фор- 55 мирует на своем выходе напряжение 0,, определяющее порог срабатывания комnapaòîpа 9 (фиг, 2„ U ), к инвертирующему входу которого подключен выход генератора 7 пилообразного напряжения U7.

Таким образом, длительность выходных импульсов компаратора 9 пропорциональна величине выходного напряжения усилителя 12 постоянного тока.

Работа генератора 7 пилообразного напряжения так же, как и работа широтно-импульсного модулятора 6 синхронизируется задающим генератором 8 °

Благодаря этому импульсы с выхода компаратора 9 распределяются широтноимпульсным модулятором 6 по принципу

"первый — второй " на два его выхода, т,е. осуществляется поочередное открывание и закрывание ключей 4 и 5.

При уменьшении выходного напряжения преобразователя выходное напряжение инверсно-включенного усилителя 12 постоянного тока увеличивается, что изменяет порог срабатывания компара,тора 9 в сторону увеличения длительности формируемых им импульсов. Импульсы большей длительности, распределяясь широтно-импульсным модулятором 6 между ключами 4 и 5, увеличивают длительност. импульсов прямоугольного напряжении на силовом трансформаторе 1 без изменения частоты следования, что ведет к повышению выходного напряжения, т,е. к стабилизации, Сигнал с задающего генератора 8 поступает на вход формирователя 15 импульсов паузы, в качестве которого может быть использован ждущий мультивибратор, На выходе ждущего мультивибратора появляются импульсы U<, которые воздействуя на полупроводниковый ключ 16, формируют на неинвертирующем.входе компаратора 9 напряжение U с паузой на нулевом уров". не, Величина этой паузы выбирается иэ условия исключения режима сквозных токов, Длительность этой паузы определяется только частотозаданицими элементами ждущего мультивибратора н не зависит от изменений параметров вы" ходкого напряжения генератора 7 пилообразного напряжения, изменения частоты задающего генератора 8 и .чувствительности компаратора 9, При увеличении выходного напряжения преобразователя выходное напряжение усилителя )2 постоянного тока уменьшается, что приводит к.уменьшению длительности импульсов прямоугольного напряжения на.обмотке силового

5 152062 трансформатора 1 и уровня выходного напряжения преобразователя, т,е, к стабилизации, В установившемся режиме и при отсутствии аварии на выходе первого

5 компаратора 17 блока 10 защиты присутствует логическая "1", так как напряжение на выходе усилителя 12 посто-. янного тока, подаваемое на инверти- 10 рующий вход первого коипаратора 17, не превышает опорного напряжения, подаваемого на его неинвертирующий вход и задающего порог срабатывания блока 10 защиты. При этом конденсатор 15 времяэадающей КС-цепи 2 1, подключенный к инвертирующему входу второго компаратора 18 блока 10 защиты, заряжен до напряжения питания, а напряжение на инвертирующем входе компарато- 20 ра 18 несколько меньше и определяется пороговым резистивныи делителем 22, устанавливающим порог срабатывания второго компаратора 18 ° При этом на выходе компаратора 18 присутствует 25 сигнал логического "0", разрешая тем самым работу компаратора. 9, При перегрузке преобразователя по выходному току усилитель 12 постоянного тока, выполняющий функцию 30 датчика тока, реагирует на уменьшение выходного напряжения преобразователя повышением напряжения на своем выхо де и при достижении заданного уровня .происходит переброс первого коипаратора 17 в состояние логического "0", Это обеспечивает путь для быстрого разряда конденсатора времязадающей цепи 21 через развязывающий диод 23 и первый компаратор 17, а также меня- 40 ет порог срабатывания второго компаратора 18, шунтируя через развязывающие диоды 24 и 25 и первый компаратор 17 нижнее плечо порогового делителя 22, Развязывающий диод 25 служит 45 для создания дополнительного напряжения смещения на инвертирующем входе второго компаратора 18, что обеспечивает надежное срабатывание компаратора 18 после разряда конденсатора RCцепи 21, Время .разряда конденсатора RC-цепи

21 должно быть не более максимальной длительности импульсов выходного напряжения компаратора 9 ° После разряда конденсатора RC-цепи 21 до нового порога срабатывания второй компаратор .18 переходит в соСтояние логической

"1" и своим выходным напряжением, бо3 6 лее высоким, чем максимально возможное напряжение на выходе усилителя 12 постоянного тока, подаваемым через

1 развязывающий диод 26 на инвертирующий вход компаратора 9, блокирует его работу, что приводит к выключению модулятора 6 и закрыванию ключей 4 и 5 °

Одновременно с этим напряжение с вы хода второго компаратора 18 через блокирующий диод 19 подается на неинвертирующий вход, первого компаратора

17, что переводит. первый компаратор

17 в исходное состояние, при котором на неинвертирующем входе второго компаратора 18 устанавливается первоначальный порог срабатывания и обеспечивается в течение 0,25-1 с иедленный заряд конденсатора RS-цени 21 ° В течение времени заряда конденсатора

RC-цепи 21 до напряжения, большего чеи напряжение на пороговом резистивнои делителе 22, второй компаратор 18 по прежнему удерживается в состоянии логической "1", при котором ключи 4 и 5 закрыты, а на выходе преобразователя напряжение отсутствует. Поэтому выходное напряжение усилителя 12 пос,тоянного тока, подаваемое на инвертирующий вход первого компаратора 17, будет максимально возможным, но меньше, чем напряжение логической "1", подаваемое через блокирующий диод 19 на неинвертирующий вход компаратора

17, и его повторного срабатывания не произойдет пока есть блокирующее напряжение.

Повторное включение модулятора 6 происходит после возвращения второго компаратора 18 в исходное состояние, что возможно только после заряда конденсатора RC-цепи 21 до напряжения, превышающего первоначальный порог срабатывания второго компаратора 18.

На этом цикл работы блока 10 защиты закончен, Первый компаратор 17 разблокирован и готов к повторному срабатыв.анию.

Любое включение преобразователя в сеть сопровождается срабатыванием блока 10 защиты, так как на первоначальное отсутствие выходного напряжения преобразователя усилитель 12 постоянного тока реагирует максимальным вы-. ходным напряжением. Для обеспечения надежного включения преобразователя после отработки первого цикла защиты при неисправной или отсутствукщей схеме линейного нарастания входного

1520б23 тока преобразователя блок 10 защиты снабжен интегрирующей RC-цепью 20, конденсатор которой при срабатывании защиты быстро заряжается через блоки5 рующий диод 19 до напряжения логической "1", а после выключения защиты разряжаясь через резистор, поддерживает блокирующее напряжение на неинвертирующем входе первого компаратора 17 в течение времени, немного большего, чем время заряда емкости выходного фильтра 3 до номинального значения при включении преобразователя, 15

Цроме того, для обеспечения линейного нарастания входного напряжения при включении преобразователя в сеть ипи после срабатывания защиты приме. нена последовательная КС-цепь 29, конденсатор которой при включенной защите заряжается до напряжения логи-ческой "1" второго компаратора 18., превышающего опорное напряжение усилителя 12 постоянного тока, При этом 25 .на выходе цоследнего устанавливается напряжение, значительно меньшее порога срабатывания блока 16 защиты. После вкпючения защиты .конденсатор RCцепи 29 медленно (за 0,1 — 0,3 с) 30 разряжается через резистор 14 и нагрузку, а напряжения на выходе усили теля 12 постоянного. тока и выходе преобразователя плавно увеличиваются до номинальных значений, 35

Формула изобретения

Устройство для управления и защиты стабилизированного преобразователя постоянного напряжения, выполненного по схеме двухтактного конвертора, содержащее широтно-импульсный модулятор, выходы которого предназначены для подключения к управляющим входам сиповых ключей преобразователя, один из входов вместе с входом генератора пилообразного напряжения подключен к выходу задающего генератора, а другой вход подключен к выходу компаратора, инвертирующий вход которого подключен к выходу генератора пилообразного напряжения и к выходу блокировки аварийного режима блока защиты, а неинвертирующий вместе с входом блока защиты через токоограннчивающий резистор подключен к выходу усилителя постоянного тока цепи обратной связи,,неинвертирующий вход которого подключен к источнику опорного напряжения, а инвертирующий подключен к выходу блокировки переходного процесса блока защиты непосредственно и через развязывающий резистор предназначен для подключения к выходу преобразователя, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения качества выходного напряжения и расширения области его использования, оно снабжено управляемым ключом и формирователем импульсов паузы, вход которого подключен к выходу задающего генвратора, а выход.к,управляющему входу управляемого ключа, включенного между неинвертирующим входом .компаратора и общей шиной, 1520623

1520623

Составитель В,Жмуров

Тахред И. Ходанич

Редактор А,Иотыль

Корректор О.Кравцова

Заказ 6767/55 Тираж 608 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета ко изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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