Устройство управления широтно-импульсным усилителем мощности
Изобретение может быть использовано в системах управления электроприводами постоянного тока. Цель - расширение функциональных возможностей за счет управления мостовыми усилителями и повышение точности при изменениях частоты тактовых импульсов. Для ее достижения в устройство введены инверторы 13, 14 и релейный элемент 3. Устройство содержит также источник 1 управляющего напряжения, генератор 2 тактовых импульсов, триггер 4, коммутаторы 5, 6, формирователи 7, 8 импульсов сброса, интеграторы 9, 10, компараторы 11, 12. 3 ил.
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИН (91) Н 03 К 7Л8
ГОСУД@ СТНЕННЫй Ко итez
ПО ИЗОЮКтЯНИЯМ И ОтИРЫТИЛМ при гкнт с".v (21) 4426183/24-21 (22) 16.09.88 (46) 15,04.90, Бал. ir 14 (71) Владимирский политехнический институт (72) С,И.Малафеев, В,С.Мамай и А.A.ÀHäðååà (53) 621,376.5 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
И 849482, кл. li 03 К 7/08, 06.07.79.
Авторское свидетельство СССР
Г 1413715, кл. Н 03 1(7/08, 11 ° 10.86.
„,SU„„3 557673 А 1
2 (54) УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ШИРОТНОИМПУЛЬСНЬН 1 УСИЛИТЕЛЕМ МОЩНОСТИ (57) Изобретение может бь:ть использовано в системах управления электроприводами постоянного тока. Цель расширение функциональных возможностей за счет управления мостовыми усилителями и повышение точности при изменениях частоты тактовых импульсов.
Для ее достижения в устройство введены инверторы 13, 14 и релейный элемент 3. Устройство содержит также источник 1 управляющего напряжения, генератор 2 тактовых импульсов, триггер 4, коммутаторы 5, 6, формирователи 7, 8 импульсов сброса, интеграторы 9, 10, компараторы 11, 12. 3 ил.
1557673
55
Изобретение относится к области импульсной техники и мо>кет быть использовано в системах управления электроприводами постоянного тока.
Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет управления мостовыми усилителями и повышение точности при изменениях частоты тактовых импульсов.
На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства управления широтно-импульсным усилителем мощности; на Фиг. 2 - схема подключения устройства к мостовому усилителю; на фиг. 3 - временные диаграммы работы одного канала устройства.
Устройство управления широтно-импульсным усилителем мощности содержит источник 1 управляющего напряженил, генератор 2 тактовых импульсов, релейный элемент 3, триггер 4, коммутаторы 5, 6, формирователи 7, 8 импульсов сброса, интеграторы 9, 10, компараторы 11, 12, инверторы
13, 14, Первые входы коммутаторов
5, 6 соединены с выходом источника
1 управляющего напряжения и входом. релейного элемента 3, выход которого соединен с вторыми входами коммутаторов 5, 6, управляющие входы которых соединены соответственно с прямым и инверсным выходами триггера 4, а
Iöepåç формирователи 7, 8 импульсов сброса - с установочными входами интеграторов 9, 10, входы которых
1 соединены соответственно с выходами коммутаторов 5, 6, а выходы соответственно с первыми входами компараторов 11, 12, вторые входь> которых соединены с общей шино", а выходы - соответственно с первой и второй выходной шинами устройства и соответственно через инверторы 13, 14 с третьей и четвертой выходными шинами устройства, причем вход триггера 4 соединен с выходом генератора 2 тактовых импульсов, Релейный элемент 3 может быть выполнен на инвертирующем операционном усилителе с разомкнутой обратной связью, Мостовой усилитель, управляемый устройством управления широтно-им пульсным усилителем мощности, может быть выполнен, например, на четырех транзисторных ключах, включенных последовательно попарно между шинами
:источника питания, нагрузка включена между объединенными выводами пар
U npu
+U при
Оу О!
11у (О.
Таким образом, оба интегратора 9 и ключей, а управляющие входы ключей каждой пары соединены с входом и вы. ходом выходных инверторов устройства.
На временной диаграмме (фиг. 3) приведены следующие сигналы: U — выУ ходное напряжение источника 1 управ" ляющего напряжения, U - выходное напряжение релейного элемента 3 U.
У ( выходное напряжение элемента с индексом i Для положительного управляющего напряжения сигналы с индексом более 8 меняют полярность или Фазу на противоположную, Устройство управления широтно-импульсным усилителем мощности работает следующим образом.
Генератор 2 тактовых импульсов формирует импульсы с периодом следования Т, которые поступают на вход триггера 4. На прямом и инверсном выходах триггера 4 при этом формируются две противофазные последовательности прямоугольных импульсов c периодом 2Т. Эти последовательности определяют состояние коммутаторов 5 и 6: при О,>= О, Ц>= Рс, где U - напряжение, соответствующее уровню "1", коммутатор 5 находится в положении с, коммутатор 6 - в положении b . При Б
lf О = О, наоборот, коммутатор
5 находится в положении 6, коммутатор 6 — в положении a . Кроме того, сигналы U и U+ поступают на входы соответственно Формирователей 7, 8 импульсов сброса, которые по отрицательным фронтам входных импульсных последовательностей формируют короткие импульсы Vl u Ug устанавливающие интеграторы 9 и 10 в исходное сосТоННие 09 = U>î = О. TaK KBK упраеляющие входы коммутаторов 5 и 6 подключены соответственно к прямому и инверсному выходам триггера 4, то они всегда находятся в противоположных состояниях (соответственно a, s или а ) и подключают ко входам интеграторов 9 и 10 поочередно управляющее напряжение U и напряжение U с выхода релейного элемента 3. Выходное напряжение релейного элемента 3 определяется знаком управляющего напряжения U> и равно
5 1с;
1О работают аналогично, но в проти вофазе. При этом работа каждого интегратора происходит в два такта одинаковой длительности Т, В начальный момент = О интегратор 9 выходным импульсом U> формирователя 7 импульсов сброса установлен в состояние ц (О) = О. Па выходе интегратора 10 при t = О имеется начальное напряжение U (0). В первом такте при 0 < t < Т на прямом выходе триггера 4 действует сигнал с уровнем
"0", а на инверсном - "1". Следова" тельно, коммутатор 5 находится в состоянии м, а коммутатор 6 в состоянии
6 . Ко входу интегратора 9 приложено управляющее напряжение U,,а ко входу интегратора 10 - напряжение с выхода релейного элемента Б
При отрицательном входном управляющем напряжении U z < О выходной сигнал релейного элемента U3 = + 1Г, Выходные напряжения интеграторов 9 и 10 в этом случае в первом такте при допущении U = const определяются выраУ жениями;
« при Т + t < t < 2Т; вепри О (t (to и Т«(t(2Т.
40 1
0 при (t(T при to Ct (T
1
9 9 ь о 1
U„(0) — К„ u; t = U„(0) где К, К, - коэффициенты передачи интеграторов 9 и 10.
В первом такте выходное напряжение интеграторов 9 положительно и при t = Т достигает значения 09(Т)
= — K9U Òo ) О. Выходной сигнал компаратора 11 при этом U « = 1Г, . Так как интеграторы работают в противофазе, то U9(T) = U (О) ° Выходное напряжение интегратора 10 в первом такте уменьшается от значения U,o (О)) r О. и в момент времени t = t, достигает 0, что приводит к переключению компаратора 12 и установлению на его выходе сигнала U = О. При t = Т выходным импульсом U формирователя
8 импульсов сброса второй интегратор
1.0 устанавливается в исходное состояние U o (Т) = О.
Во втором такте Т (t (2Т на . прямом и инверсном выходах триггера
"4 действуют сигналы U = V Uq = О.
1 ледовательно, коммутатор 5 находится в положении 6, коммутатор 6 - в положении а . Ko входу интегратора. 9 г 76 73
6 приложено напряжение И с выхода релейного элемента 3, а ко входу интегратора 6 - управляющее напряжение U„. Выходные сигналы интеграторов 9 и 10 изменяются в соответствии с уравнениями:
U=-KUT+K1(Г,1 =-KUT+
9 у 9 ь
10 т
+ К 1Г, (t-Т);
1д = — 1. Uy 4 t = — К„U (t-T) . т
Выходное напряжение интегратора
10 0„ О и на выходе компаратора
12 Действует сиг ал "1" 011 = Бс
Выходное напряжение интегратора уменьшается от значения И (Т)
20 = — К U Т и при достижении им нуле9 ь вого значения, т.е. при t = T + происходит переключение компаратора
11 и установление на его выходе сигнала U О. В конце второго такга
25 происходит установка интегратора 9 выходным импульсом формирователя 7 импульсов сброса в состояние U .-- О, а выходное напряжение интегратора
10 достигает значения Ufo (2Т)
3Q = — К foUyT. Далее процесс периодически повторяется.
Таким образом, в течение цикла из двух тактов на выходах компарато-" ров 11 и 12 формируются сигналы:
«при 0 (t Сигналы U« и U с выходов компараторов 11 и 12 инвертируются с по45 мощью инверторов 13 и 1 4, на выходах которых формируются сигналы: 0 при 0 ((t +Т <3 U< np t, + Т t (2Т при О «(t (е и Т«(t(2Т Управляющие импульсы U,, подаются на входы ключей 15 ... 18, В результате в интервале О (t 155 673 открыты ключи 15 и 18 и ток протекает по цепи: плюс источника питания Е Il ключ 15 - нагрузка 19 - ключ 18минус источника питания. В интервале < t < T открыты ключи 16 и 18, ко торые закорачивают нагрузку. Аналогичным образом происходит коммутация ключей во втором такте (Т с t < ?Т). Таким образом, в течение периода Т нагрузка подключается к источнику питания ° При положительном .управляющем напряжении 11„ > О процессы аналогичны указанным, отличие состоит в том, что подключение нагрузки к источнику питания осуществляется с помощью ключей 16 и 17, при этом ток протекает по цепи: плюс источника питания - ключ. 17 - нагрузка 19 .- ключ 16 - минус источника питания (фиг. 4) т.е. изменяется полярность напряжения на нагрузке 19. Достоинством поочередного способа управления MocTQBblM транзисторным преобразователем является то, что при любом знаке входного сигнала в состоянии переключения находятся все 4 транзисторных ключа моста, однако частоты переключения каждого из них в 2 раза меньше частоты напряжения на выходе. Управляющие напряжения транзисторных ключей одной фазы моста llocToRHHo находятся в противофазе, при этом ключи переключаются через период выходного напряжения Т. Этим достигаются одинаковые условия работы полупроводниковых приборов в мостовой схеме. Относительная длительность импульсов при этом равна 10 Формула изобретения Устройство управления широтно-импульсным усилителем мощности, содер>5 жащее источник управляющего напряже20 ю 50 т.е. прямо пропорционально входному управляющему напряжению и не зависит от изменений периода следования импульсов. Таким образом, введение в устройство управления широтно-импульсным усилителем мощности релейного элемента и двух инверторов позволило повысить точность работы при нестабильной частоте тактовых импульсов и расширить функциональные возможности устройства путем управления не только одноканальными усилителями мощности, но и мостовыми усилителями. ния, соединенные последовательно генератор тактовых импульсов и триггер, прямой выход которого соединен с управляющим входом первого коммутатора и через первый формирователь импульсов сброса - с установочным входом первого интегратора, вход которого соединен с выходом первого коммутатора, а выход - с первым входом первого компаратора, и второй коммутатор, выход которого соединен с входом второго интегратора, а управляющий вход — с инверсным выходом триггера и через второй формирователь импульсов сброса - с установочным входом второго интегратора, выход которого соединен с первым входом второго компаратора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения области применения за счет управления мостовым усилителем и повышения точности при изменениях частоты тактовых импульсов, в него дополнительно введены два инвертора и релейный элемент, вход которого соединен с выходом источника управляющего напряжения и первыми входами обоих коммутаторов, а выход - с вторыми входами обоих коммутаторов, при этом выходы первого и второго компараторов соединены с первой и второй выходными шинами, а через первый и второй инверторы — с третьей и четвертой выходными шинами устройства соответственно, а их вторые входыс общей шиной. Составитель Е. Борзов Техред И.Дидык Корректор С,Черни Редактор О,Спесивых Тираж 659 Заказ 723 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035у Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат Патент, r Ужгород, ул.."агарина, И И Г и на 101
