CS254857B1

CS254857B1 - Direct-current voltate supplied regulated source with galvanic separation

Info

Publication number: CS254857B1
Application number: CS852138A
Authority: CS
Inventors: Frantisek Raba; Jan Kropacek
Original assignee: Frantisek Raba; Jan Kropacek
Priority date: 1985-03-26
Filing date: 1985-03-26
Publication date: 1988-02-15
Also published as: CS213885A1

Abstract

Řešení oe týká regulovaného zdroje s galvanickým oddělením napájeného stejnosměrným napětím řádově několika KV. Zdroj je řešen pomocí jednoduchého střídače. Zapojení umožňuje realizovat zdroj s univerzálním použitím, a to bud jako zdroj na napětí nebo zdroj proudu. Řídicí obvody jsou realizovány číslicovými a analogovými integrovanými obvody. Galvanické oddělení je zajištěno transformátory a optočleny. Regulovaný zdroj při realizaci má malý pbjem a hmotnost vzhledem k instalovanému výkonu.The solution concerns the regulated resource with galvanic isolation powered by DC voltage of several KV. Source it is solved by a simple inverter. Engagement allows you to realize a resource with universal using it, either as a resource on voltage or current source. Control circuits they are implemented by digital and analog ones integrated circuits. Galvanic separation is provided by transformers and optocouplers. The regulated resource in the implementation is small volume and weight relative to installed performance.

Description

Vynález se týká regulovaného zdroje s galvanickým oddělením napájeného stejnosměrným napětím.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a regulated power supply with a galvanic isolation powered by a DC voltage.

Dosud známé regulované zdroje s galvanickým oddělením napájené stejnosměrným napětím vyšších hodnot většinou používají složitých střídačů se čtyřmi a více tyristory, což vede ke složitosti řízení, velkému počtu obvodů zajištujících galvanické oddělení a tím velkému objemu a hmotnosti. Regulované zdroje, které mají menší počet tyristorů v silové části obvodu, zatěžují tyristory napětím až třínáscbným než je napájecí napětí. Většina regulovaných zdroji' je realizována buč jako zdroj napětí, nebo jako zdroj proudu, což je pro některá použití nevýhodné. Regulované zdroje větších výkonů, u kterých lze měnit charakter výstupu, jsou relativně složitá zařízení.Previously known controlled galvanic isolation sources powered by higher voltage DC mostly use complex inverters with four or more thyristors, resulting in control complexity, a large number of galvanic isolation circuits and thus a large volume and weight. Regulated power supplies, which have a lower number of thyristors in the power part of the circuit, load thyristors with voltages up to three times higher than the supply voltage. Most of the regulated power supplies are realized either as a voltage source or as a current source, which is disadvantageous for some applications. Regulated power sources of higher power, where the output character can be changed, are relatively complex devices.

Uvedené nevýhody odstraňuje regulovaný zdroj s galvanickým oddělením napájený stejnosměrným napětím podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že vstup regulátoru je připojen na výstup prvního rozdílového členu, jehož první vstup je vstupem požadované hodnoty, jehož druhý vstup je připojen na první výstup přepínače. Třoti vstup prvního rozdílového členu je připojen k výstupu vstupního čidla, k němuž je současně připojen druhý vstup hradla, na jehož první vstup je přes omezovač frekvence a převodník napětí na frekvenci připojen výstup druhého rozdílového členu, na jehož první vstup je připojen výstup regulátoru.The aforementioned disadvantages are overcome by a DC-controlled regulated power supply according to the invention, which is characterized in that the input of the controller is connected to the output of the first differential element, the first input of which is the setpoint input, the second input of which is connected to the first output of the switch. Third, the input of the first differential member is connected to the output of the input sensor, to which the second gate input is connected at the same time, to the first input of which the output of the second differential member is connected via the frequency limiter and voltage converter.

Druhý vstup druhého rozdílového členu je připojen na výstup omezovače, jehož první, vstup je omezovacím vstupem a jehož druhý vstup je připojen na druhý výstup přepínače. První vstup přepínače je připojen k výstupu žídla rapěti.The second input of the second differential member is connected to the output of the limiter, the first input of which is the limiting input and the second input of which is connected to the second output of the switch. The first input of the switch is connected to the rapper chair output.

Druhý vstup přepínače je připojen k výstupu čidla proudu, přičemž vstup řídicích obvodů střídače je připojen přes tvarovač impulsů na výstup hradla.The second input of the switch is connected to the output of the current sensor, the input of the inverter control circuits being connected via the pulse former to the gate output.

Výstup usměrňovače s filtrem je ν··?Ε pro lov^· čidlo připoien na výstup zdroje, k němuž je připojeno napěfové čidlo, přičemž vstupní čidlo je novým vstupem připojeno k napájecí svorce.The filter rectifier output is ν ··? Ε for hunting ^ the sensor is connected to the output of the source to which the voltage sensor is connected, the input sensor being connected to the power terminal by a new input.

Regulovaný zdroj podle vynálezu odstraňuje dosavadní nevýhody a nedostatky oproti výše uvedeným zdrojům. Největší jeho výhodou je jeho jednoduchost v řízení i silové části. Jeho zapojení umožňuje použití velmi jednoduchého typu střídače pouze se dvěma tyristory.The regulated source according to the invention eliminates the disadvantages and disadvantages of the above mentioned sources. Its biggest advantage is its simplicity in driving and power parts. Its connection allows the use of a very simple inverter type with only two thyristors.

Obvody zajištující galvanické odullení jsou v tomto případě jen čtyři. Vypnutí zdroje je zajištěno pouhým blokováním zapalovacích i > í &ů ve střídači, což vede k jednoduchosti řídicích obvodů. Rozběh střídače nevyžaduje žádné přídavné obvody v řízení.There are only four circuits for galvanic isolation. Switching off the power supply is ensured simply by blocking the ignition devices in the inverter, which leads to simplicity of the control circuits. Starting the inverter does not require any additional circuits in the controller.

Zařízení realizované podle vynálezu má univerzální charakter výstupu, jehož lze použít jako zdroj proudu nebo zdroj napětí při malém objemu a hmo.tnosti vzhledem k výkonu.The device implemented according to the invention has the universal character of the output, which can be used as a current source or a voltage source at low volume and mass with respect to power.

Na přiloženém výkresu je příklad praktického provedení vynálezu znázorněného blokovým uspořádáním řídicí a silové části zdroje napájeného stejnosměrným napětím.The attached drawing is an example of a practical embodiment of the invention illustrated by the block arrangement of the control and power part of a DC-powered power supply.

Regulační zdroj s galvanickým oddělením napájený stejnosměrným napětím sestává z prvního rozdílového členu 1_ s prvním vstupem 1Q1 * požadované hodnoty, s druhým a třetím vstupem 102, 103, který je připojen přes regulátor 2 ke druhému rozdílovému členu 2 ^s prvním a druhým vstupem 301, 302. Regulátor 2, první a druhý rozdílový člen 2 jsou realizovány pomocí operačních zesilovačů. Omezovač frekvence 4_ je připojen přes převodník _5 napětí na frekvenci k hradlu 6 s prvním a druhým vstupem 601, 602.The DC power supply with galvanic isolation consists of a first differential element 7 with a first setpoint input 101, with second and third inputs 102, 103 which is connected via a controller 2 to a second differential element 2 ^{with a} first and second input 301, 302 The controller 2, the first and second differential members 2 are implemented by means of operational amplifiers. The frequency limiter 4 is connected via a voltage to frequency converter 5 to the gate 6 with the first and second inputs 601, 602.

Výstup hradla 6_ je přes tvarovač impulsů 7 připoien na řídicí obvody 8. střídače s prvním a druhým výstupem 801, 802. Omezovač frekvence 4, převodník 5 napětí na frekvenci, hradlo tvarovač impulsů 2 ^a řídicí obvody 2 střídače jsou realizovány pomocí číslicových integrovaných obvodů a operačních zesilovačů. První a druhý výstup 801, 802 řídicích obvodů 8_ střídače jsou přes první a druhý zapalovací transformátor 9_y 10 připojeny k první a druhé tyristo3 rové větvi JJ3, 14 střídače. Sériové spojení první a druhé kondenzátorové větve 15, 16 střídače je paralelně připojeno k sériovému spojení první a druhé tyristorové větve, 13, _[4 střídače. C je středový vývod první a druhé kondenzátorové větve 15, 16 střídače, T, je středový vývod první a druhé tyristorové větve 13, 14 střídače a A je společná nula střídače .The gate output 6 is connected via the pulse former 7 to the control circuits 8 of the inverter with the first and second outputs 801, 802. The frequency limiter 4, the voltage to frequency converter 5, the gate pulse former 2 ^{and the} inverter control circuits 2 are realized by digital integrated circuits. operational amplifiers. The first and second outputs 801, 802 of the inverter control circuits 8 are connected to the first and second thyristor strings 13, 14 via the first and second ignition transformers 9 _and 10 respectively. The series connection of the first and second inverter capacitor strings 15, 16 is connected in parallel to the series connection of the first and second thyristor strings 13, 14 of the inverter. C is the central terminal of the first and second inverter capacitor branches 15, 16, T, the central terminal of the first and second inverter thyristor branches 13, 14, and A is the common zero of the inverter.

U je napájecí svorka stejnosměrného napětí regulovaného zdroje. První a druhá kondenzátorová větev 15 16 je realizována z kapacit a paralelních diod. Výstup zdroje V je přas proudové čidlo 20, usměrňovač s filtrem 18 připojen na transformátor 17 s první a druhou svorkou 1701/ 1702. Přepínač 12 je svým prvním vstupem 1203 přes napětové čidlo 19 připojen k výstupu zdroje V a svým druhým vstupem 1204 k proudovému čidlu 20. První výstup 1201 přepínače 12 je připojen k prvnímu rozdílovému členu JL a jeho druhý výstup 1202 je připojen k omezovači IJl s prvním a druhým vstupem 1101, 1102. Proudové čidlo 20 je realizováno bočníkem a zesilovačem signálu. Napětové čidlo 19 odporovým děličem, přepínač 12 dvoupolohovým přepínačem a omezovač 11 operačním zesilovačem. Vstupní čidlo 21 realizované pomocí optočlenu je připojeno ke «/stupni napájecí svorce U.U is the DC terminal of the regulated power supply. The first and second capacitor branches 15 16 are realized from capacitors and parallel diodes. The output of V is via current sensor 20, rectifier with filter 18 is connected to transformer 17 with first and second terminals 1701 / 1702. Switch 12 is connected to output of V with its first input 1203 via voltage sensor 19 and its second input 1204 to current sensor The first output 1201 of the switch 12 is coupled to the first differential member 11 and its second output 1202 is coupled to the limiter 11 with the first and second inputs 1101, 1102. The current sensor 20 is realized by a shunt and a signal amplifier. A voltage sensor 19 by a resistive divider, a switch 12 by a two-position switch and a limiter 11 by an operational amplifier. The input sensor 21 realized by the optocoupler is connected to the / / stage of the power terminal U.

Regulovaný zdroj s galvanickým oddělením, napájený stejnosměrným napětím, je realizován tak, že regulátor 2_ s integračním nebo proporcionálně integračním charakterem zpracovává regulační odchylku z prvního rozdílového členu JL. Tento vyhodnocuje požadovanou a skutečnou hodnotu výstupní veličiny. Regulátor 2 vytváří na svém výstupu požadovanou hodnotu frekvence střídače, která je úměrná výstupní veličině. Zařízení může pracovat jako zdroj proudu nebo zdroj napětí, přičemž v případě, že pracuje jako zdroj napětí, je regulováno napětí,a omezován nastavitelný maximálně dovolený výstupní proud.The controlled source with galvanic isolation, supplied with DC voltage, is realized in that the controller 2 with an integrating or proportionally integrating character processes the control deviation from the first differential member JL. It evaluates the required and actual value of the output variable. The regulator 2 produces at its output a desired value of the frequency of the inverter, which is proportional to the output variable. The device may operate as a current source or a voltage source, while when operating as a voltage source, the voltage is regulated and the adjustable maximum allowable output current is limited.

V případě, že pracuje jako zdroj proudu, je tomu naopak. V prvním případě je požadovaná hodnota napětí porovnávána se skutečnou hodnotou napětí v rozdílovém členu 1. a omezení maximálně dovoleného výstupního proudu je porovnáváno se skutečnou hodnotou výstupního proudu v omezovači 11. V druhém případě rozdílový člen 1_ zpracovává hodnoty proudů a omezovač 11 hodnoty napětí. Omezení se nastavuje na vstupu 1101 omezovače 11, jehož výstup v druhém rozdílovém členu 2 snižuje požadovanou hodnotu frekvence střídače.If it works as a power source, the opposite is true. In the first case, the desired voltage value is compared with the actual voltage value in the differential member 1. and the limitation of the maximum allowed output current is compared with the actual value of the output current in the limiter 11. In the second case the differential member 7 processes the current values and the voltage limiter 11. The limitation is set at the input 1101 of the limiter 11, whose output in the second differential member 2 reduces the setpoint frequency of the inverter.

Omezovač frekvence _4 určuje maximální frekvenci střídače vzhledem ke konkrétním vlastnostem střídače. Výstup převodníku J5 napětí na frekvenci je hradlován hradlem 6 na základě informace o vstupním napájecím napětí regulovaného zdroje z vstupního čidla 21.The frequency limiter 4 determines the maximum frequency of the inverter relative to the specific characteristics of the inverter. The output of the voltage to frequency converter 5 is gated by the gate 6 based on the input power supply voltage information of the regulated source from the input sensor 21.

Tímto signálem je hradlován též výstup regulační odchylky z prvního rozdílového členu JL. Čidlo 21 hlídá dovolený rozsah, napájecího napětí regulovaného zdroje. Řídicí impulsy střídače jsou tvarovány v tvarovači impulsů J7, rozdělovány do dvou kanálů a zesilovány v řídicích obvodech 8. střídače.This signal also gates the output of the control deviation from the first differential member JL. The sensor 21 monitors the allowable range, the supply voltage of the regulated source. The inverter control pulses are formed in the pulse former 17, divided into two channels and amplified in the inverter control circuits.

První a druhá tyristorová větev 13 , 14 střídače, spínaná přes první a druhý zapalovací transformátor 9_, 10, tvoří s první a druhou kondenzátorovou větvi 15, 16 střídače a transformátorem 3 7 vlastní střídač. Výstup transfomátoru 17 je usměrněn a filtrován v usměrňovači s filtrem 18. Výstupní hodnoty regulovaného zdroje jsou snímány napěťovým čidlem 19 a prou— dovým čidlem 20. Výst y z těchto čidel jsou přivedeny podle charakteru použití zdroje přes přepínač 12 na vstup prvního rozdílového členu 1. a vstup omezovače 11.The first and second thyristor strings 13, 14 of the inverter, switched over the first and second ignition transformers 9, 10, form the inverter itself with the first and second inverter capacitor strings 15, 16 and the transformer 37. The output of the transformer 17 is rectified and filtered in the rectifier with filter 18. The output values of the regulated power supply are sensed by a voltage sensor 19 and a current sensor 20. Outputs of these sensors are fed via switch 12 to the input of the first differential member 1. limiter input 11.

Regulovaný zdroj s galvanickým oddělením napájený stejnosměrným napětím lze použít tam, kde je k dispozici napájecí siř s vyšším stejnosměrným napětím a tam, kde je třeba měnit charakter zdroje, jako např. na zkušebních pracovištích pro napájení zkoušených pohonů a zařízení, nabíjení baterií apod. Dále je ho možno využít i u vozidel elektrické trakce, kde lze použít dvou shodných zařízení, z nichž jedno s charakterem proudového zdroje nabíjí trakční baterii a druhé s charakterem napětového zdroje napájí spotřebiče malého napětí ve vozidle.Controlled power supply with galvanic isolation supplied by DC voltage can be used where a power supply with higher DC voltage is available and where it is necessary to change the character of the power supply, such as at test sites for supplying tested drives and equipment, battery charging etc. it can also be used in electric traction vehicles, where two identical devices can be used, one of which is a power source that charges the traction battery and the other with a power source that supplies low voltage appliances in the vehicle.

Claims

Controlled source with galvanic isolation, fed by a DC voltage, consisting of a thyristor inverter, an output transformer connected to a rectifier with a filter, ignition thyristor transformers with control circuits, characterized in that the input of the regulator (2) is connected to the output of the first differential member (1). whose first input (101) is a setpoint input, the second input (102) of which is connected to the first output (1203) of the switch (12), wherein the third input (103) of the first differential member (1) is connected to the output of the input sensor (21) ), to which a second gate input (602) is connected at the same time, to the first input (601) of which the output of the second differential member (3) is connected via frequency limiter (4) and voltage converter (5) to the first input (301) is connected output of regulator (2) and second input (302) of second differential member (3) is connected to output of limiter (11), The input (1101) is a limiting input and whose second input (1102) is connected to the second output (1202) of the p / switch (12), the first input (1203) is connected to the output of the voltage sensor (19). 5ΐ · υρ (1204) is connected to the output of the current sensor (20), the input of the control circuits (8) and (10) being connected via a pulse former (7) to the gate output (6) where the rectifier output is a filter ( J8) is connected via the current sensor (2 ⁿ ) to the output of the power supply (V), to which the voltage sensor (19) is connected, while the input sensor (21) is connected to the power terminal 11 by its input.