RU1786615C

RU1786615C - Controlled key voltage converter

Info

Publication number: RU1786615C
Application number: SU914908608A
Authority: RU
Inventors: Владимир Александрович Александров; Василий Александрович Галахов
Original assignee: Центральный научно-исследовательский институт "Морфизприбор"
Priority date: 1991-02-05
Filing date: 1991-02-05
Publication date: 1993-01-07

Abstract

.Использование; вторичные стабилизированные источники питани и регул торы напр жени . Существо изобретени : устройство содержит последовательно соединенные широтно-импульсный модул тор 1.2, ключевой регул тор, инвертор 2 и выпр митель 3, датчик тока 6.2, пороговую схему 6.1 и 7, RC-триггер 5, ключевой элемент, интегрирующую цепь и вторую пороговую схему. Изобретение исключает перегрузки силовых каскадов при включении устройства и после срабатывани цепи защиты как при резистивной, так и:при емкостной нагрузке . При этом обеспечиваетс защита силовых каскадов устройства при коротком замыкании его выхода, а также при перегрузке устройства по выходу. 2 ил..Using; secondary stabilized power supplies and voltage regulators. SUMMARY OF THE INVENTION: the device comprises a series-connected pulse-width modulator 1.2, a key controller, an inverter 2 and a rectifier 3, a current sensor 6.2, a threshold circuit 6.1 and 7, an RC trigger 5, a key element integrating a circuit and a second threshold circuit. The invention eliminates overload of power stages when the device is turned on and after the protection circuit is triggered both with a resistive and: with a capacitive load. At the same time, power cascades of the device are protected in the event of a short circuit of its output, as well as when the device is overloaded at the output. 2 ill.

Description

ел Сate with

Изобретение относитс к преобразовательной технике и может быть использовано в качестве вторичных стабилизированных источников питани .The invention relates to a conversion technique and can be used as secondary stabilized power sources.

Известен преобразователь напр жени , который содержит узел плавного пуска, состо щий из интегрирующей цепи, цепи разр да, пороговую схему. Его недостатки св заны со сложностью фильтрации его выходных напр жений и невозможностью их стабилизации в услови х изменени нагрузки в широких пределах.A voltage converter is known which comprises a soft starter assembly consisting of an integrating circuit, a discharge circuit, a threshold circuit. Its disadvantages are associated with the complexity of filtering its output voltages and the inability to stabilize them under conditions of load variation over a wide range.

Наиболее близким к предлагаемому устройству вл етс управл емый ключевой преобразователь напр жени по пат. США №4190882, который содержит ключевой регул тор , состо щий из последовательно со- единенных широтно-импульсного модул тора и ключевого усилител , инвертора и выпр мител , причем шина питани Closest to the proposed device is a controlled key voltage converter according to US Pat. US No. 4190882, which contains a key controller, consisting of series-connected pulse-width modulator and a key amplifier, inverter and rectifier, and the power bus

ключевого регул тора соединена с шиной первичного питани . a key controller is connected to the primary power bus.

Основным недостатком устройства- прототипа вл етс то, что перегрузка такого устройства по выходу приводит к увеличению выходного тока инвертора и, соответственно , ключевого регул тора, что может привести к выходу устройства из стро . Кроме того, если при токовой перегрузке , инвертора обеспечиваетс его отключение , то его повторное включение при наличии существенного уровн выходного напр жени ключевого регул тора приводит к повторной токовой перегрузке из-за емкостной нагрузки инвертора.The main disadvantage of the prototype device is that overloading such an output device leads to an increase in the output current of the inverter and, accordingly, the key controller, which can lead to the device failure. In addition, if the inverter is switched off during current overload, then it is turned on again if there is a significant level of output voltage of the key controller, which leads to repeated current overload due to the inverter capacitive load.

Таким образом, известное устройство имеет низкую надежность при работе на сильно выраженную емкостную нагрузку.Thus, the known device has low reliability when working on a pronounced capacitive load.

Цель изобретени - повышение надежности .The purpose of the invention is to increase reliability.

VIVI

00 (X00 (X

оabout

СЛSL

Цель изобретени достигаетс в управл емом ключевом преобразователе, содержащем последовательно соединенные ключевой регул тор, инвертор и выпр митель , а шина питани ключевого усилител соединена с шиной первичного электропитани , введением пороговой схемы, RS- триггёра и схемы контрол выходного тока инвертора. Вход последней подключен k до- полнитель юму ваходу инвертора, а выход - к R-входу RS-триггера, S-вход которого соединен через пороговую схему с выходом ключевого регул тора. Выход RS-триггера подключен к входу управлени ключевого регул тора, причем выход RS-триггера под- ключей к входу управлени ключевого регу- л тора и дополнительному входу инвертора.An object of the invention is achieved in a controllable key converter comprising a serially connected key controller, an inverter and a rectifier, and a power supply bus of the key amplifier is connected to a primary power bus, introducing a threshold circuit, an RS-flip-flop and an inverter output current monitoring circuit. The input of the last one is connected to k an additional input to the inverter, and the output is connected to the R-input of the RS-flip-flop, the S-input of which is connected through the threshold circuit to the output of the key controller. The output of the RS-trigger is connected to the control input of the key controller, the output of the RS-trigger is connected to the control input of the key controller and the auxiliary input of the inverter.

Использование новых блоков и св зей позволило решить задачу плавного повторного включени инвертора при нулевом (либо весьма малом) напр жении на входной емкости ключевого регул тора, что позволило обеспечить плавный повторный запуск при последовательном соединении ключе вого регул тора и инвертора.The use of new blocks and communications made it possible to solve the problem of smoothly turning on the inverter at zero (or very small) voltage at the input capacitance of the key controller, which allowed for smooth restarting when the key controller and inverter are connected in series.

Благодар такому построению управл емого ключевого преобразовател напр - жёни исключаютс перегрузки его силовых каскадов при включении устройства и после срабатывани цепи защиты как при рези- стивной;так и при емкостной нагрузке. При этом обеспечиваетс защита силовых каскадов устройства при коротком замыкании его выхода, а также при перегрузке устройства по выходу. .Thanks to such a construction of the controlled key voltage converter, overloads of its power stages are excluded when the device is turned on and after the protection circuit is triggered both under resistive and capacitive loads. At the same time, power cascades of the device are protected in the event of a short circuit of its output, as well as when the device is overloaded at the output. .

На фиг, 1 приведена структурна схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 приведены эпюры напр жений и токов, пр сн ю- щие принцип его работы. Индексы токов и напр жений соответствуют номерам блоков , к выходу которых они относ тс .In Fig, 1 shows a structural diagram of the proposed device; in FIG. Figure 2 shows the diagrams of voltages and currents that explain the principle of its operation. The current and voltage indices correspond to the block numbers to the output of which they relate.

Устройство содержит последовательно соединенные ключевой регул тор 1, инвертор 2 и выпр митель 3, а также шину 4 первичного питани , соединенную с шиной питани ключевого усилител 1. Схема контрол 5 выходного тока инвертора своим входом подключена к дополнительному выходу инвертора 2, а выходом - к R-входу RS-триггера 6, S-вход которого соединен через пороговую схему 7 с выходом ключевого регул тора 1. Выход RS-триггерэ 6 подклю- чен к входу управлени ключевого регул тора и входу запрета инвертора.The device contains a series-connected key controller 1, an inverter 2 and a rectifier 3, as well as a primary power bus 4 connected to the power bus of the key amplifier 1. A control circuit 5 of the inverter output current is connected to the auxiliary output of inverter 2 by its input, and the output to The R-input of the RS-flip-flop 6, the S-input of which is connected through the threshold circuit 7 to the output of the key controller 1. The output of the RS-flip-flop 6 is connected to the control input of the key controller and the inverter inhibit input.

При включении устройства, т.е. при подаче на вход интегрирующей цепи 1,1, т.е. напр жени U, на ее выходе напр жение U 1.1 медленно нарастает, причем закон его нарастани определ етс параметрами интегрирующей цепи 1.1. При этом широтно- импульсный модул тор 1.2 формирует импульсы с ШИМ, длительность которых плавно нарастает пропорционально ростуWhen you turn on the device, i.e. when applying to the input of the integrating circuit 1.1, i.e. voltage U, at its output voltage U 1.1 slowly rises, and the law of its rise is determined by the parameters of the integrating circuit 1.1. In this case, the pulse-width modulator 1.2 generates pulses with PWM, the duration of which gradually increases in proportion to the growth

напр жени 0 1 на его входе. Эти импульсы усиливаютс по мощности ключевым усилителем 1.3, на выходе которого выдел етс U 1.3, пропорциональное среднему значению импульсов U 1.2 с ШИМ, и, соответственно,voltage 0 1 at its input. These pulses are amplified by power with a key amplifier 1.3, at the output of which U 1.3 is allocated, proportional to the average value of pulses U 1.2 with PWM, and, accordingly,

0 пропорциональное напр жению U 1.1 :U 1.3 Ка U 1.1, Напр жение U 1.3 вл етс напр жением питани инвертора 2, который при наличии на входе запрета сигнала логической единицы (U5) находитс в автоколе5 бательном режиме и формирует на своем выходе, пр моугольное двухпол рное напр жение U2, амплитуда которого пропорциональна его напр жению U 1.3 питани : U 1.2 К4 U 1.3, где К4 определ етс коэф0 фициентом преобразовани инвертора 2, т.е. коэффициентом трансформации его выходного трансформатора. Это напр жение выпр мл етс выпр мителем 3 и преобразуетс в однопол рное медленно измен ю5 щеес напр жение U3 Кз U 1.3 -, К2 ICj U 1.1. При этом выходной ток выпр мител 3 и, соответственно, инвертора 2 определ етс импедансом нагрузки, представл ющей собой, как правило, параллельно соединен0 ные конденсатор С (фильтрующий) и активную нагрузку, с эквивалентным сопротивлением R. Тогда выходной ток во врем рассматриваемого переходного процесса определ етс дифференциальным0 is proportional to voltage U 1.1: U 1.3 KA U 1.1, Voltage U 1.3 is the supply voltage of inverter 2, which, when a logic unit (U5) signal is disabled, is in self-oscillating mode and forms a rectangular bipolar voltage U2, the amplitude of which is proportional to its supply voltage U 1.3: U 1.2 K4 U 1.3, where K4 is determined by the conversion factor of inverter 2, i.e. transformation ratio of its output transformer. This voltage is rectified by rectifier 3 and converted to a unipolar slowly varying voltage U3 K3 U 1.3 -, K2 ICj U 1.1. In this case, the output current of rectifier 3 and, accordingly, of inverter 2 is determined by the load impedance, which is usually a parallel connected capacitor C (filtering) and active load with equivalent resistance R. Then, the output current during the transient in question defined by differential

5 уравнением:5 equation:

,з с ШД + из, s with SD + of

dtdt

RR

- t/Ti- t / Ti

00

Учитыва , что U 1.1 U (1-е-1/4) и U3 К U 1,1, где К KzK-i, получаем соотношение:Taking into account that U 1.1 U (1-е-1/4) and U3 К U 1,1, where К KzK-i, we obtain the relation:

- г , KU(1 )- g, KU (1)

13 С13 s

t Т R Из этого соотношени можно получитьt T R From this relation, we can obtain

5 условие на г- посто нную времени интегрирующей цепи дл того, чтобы при известных R и С во врем переходного процесса выходной ток 13 не превышал его макси- .мального значени в установившемс режи0 ме 13 KU/RMMH, т.е. перегрузка по току при включении устройства (зар да конденсатора С) исключаетс : приравн в 13 - Тз, получим , что r RMHH С, где RMMH минимальное сопротивление нагрузки.5, the condition on the r-constant time of the integrating circuit so that for known R and C during the transient the output current 13 does not exceed its maximum value in the steady state 13 KU / RMMH, i.e. current overload when the device is turned on (capacitor charge C) is excluded: equal to 13 - T3, we obtain that r RMHH C, where RMMH is the minimum load resistance.

5 При этом 12 I3/K4, а при т RMWH С и работе устройства на нагрузку RMHH ток инвертора 2 будет во врем всего переходного процесса посто нен и равен 13 (см. фиг. 2). При работе устройства на R RMHH очевидно , что в начальный момент времени 13 13,5 In this case, 12 I3 / K4, and at t RMWH C and the operation of the device to the load RMHH, the current of inverter 2 will be constant and equal to 13 during the entire transient process (see Fig. 2). When the device is operating on R RMHH, it is obvious that at the initial time 13 13,

а затем он спадет до KU/R. Таким образом, при допустимых значени х RH и выборе г Рмин С выходной ток как ключевого усилител 1.3, так и инвертора 2 не превысит своего допустимого значени ТЗ.and then it drops to KU / R. Thus, with permissible RH values and choosing r Pmin C, the output current of both the key amplifier 1.3 and inverter 2 will not exceed its permissible TK value.

При перегрузке устройства (к.з. по выходу или R Вмин) ток 12 инвертора возрастает , и напр жение U 6,2 на выходе датчика тока доходит до порога срабатывани пороговой схемы 6.1 (момент ti на фиг, 2), в результате чего импульс U 6,1 поступает на R-вход триггера 5, выходное напр же- ние U5 которого принимает нулевой уровень и запирает по входу запрета инвертор 2, а также обнул ет, посредством клю- чевого элемента 1.4, напр жение U 1,1 на выходе интегрирующей цепи 1.2. В результате этого сигнал на выходе ШИМ 1.2 исчезает , и напр жение U 1.3 на выходе ключевого усилител медленно спадает, т.к. инвертор 2 заперт, ключевой регул тор 1 не имеет нагрузки и его выходной конденсатор разр жаетс через сопротивлени утечек. И только после уменьшени выходного напр жени ключевого усилител 1.3 до пренеб- режимо малой величины (t2 на фиг, 2) срабатывает порогова схема 7 и устанавливает на выходе триггера 5 уровень лог. Г. После этого напр жение на выходе интегрирующей цепи 1.1 нарастает, а инвертор 2 начинает работать, и все процессы повтор ютс описанным выше пор дком (см. фиг. 2 после момента t2), если перегрузка отсутствует . Если существует перегрузка, то в момент превышени током 12 допустимой величины произойдет выключение устройства описанным выше способом, и т.д.When the device is overloaded (output short circuit or Rmin), the inverter current 12 increases, and the voltage U 6.2 at the output of the current sensor reaches the threshold of the threshold circuit 6.1 (moment ti in FIG. 2), resulting in a pulse U 6,1 goes to the R-input of trigger 5, the output voltage U5 of which takes a zero level and locks the inverter 2 at the inhibit input, and also resets, by means of the key element 1.4, the voltage U 1,1 at the output integrating circuit 1.2. As a result, the signal at the output of the PWM 1.2 disappears, and the voltage U 1.3 at the output of the key amplifier slowly decreases, because the inverter 2 is locked, the key controller 1 has no load and its output capacitor is discharged through leakage resistances. And only after the output voltage of the key amplifier 1.3 is reduced to a negligibly small value (t2 in Fig. 2), the threshold circuit 7 is activated and the level 5 is set to the output of trigger 5. D. After this, the voltage at the output of the integrating circuit 1.1 rises, and the inverter 2 starts to work, and all processes are repeated as described above (see Fig. 2 after time t2) if there is no overload. If there is an overload, then when the current 12 exceeds the permissible value, the device turns off as described above, etc.

Следует отметить необходимость включени триггера 5 только при приближении U 1.3 к нулю (а не раньше - дл чего и служит порогова схема 7), т.к. в противном случаеIt should be noted that trigger 5 must be turned on only when U 1.3 approaches zero (and not earlier - for which threshold circuit 7 serves). otherwise

может произойти перегрузка инвертора 2 по току, т.к. это напр жение U 1.3, преобра- зу сь в U3 К4 U 1.3, будет приложено к разр женному конденсатору С нагрузки и создает неограниченный импульс тока зар да конденсатора, что недопустимо, т.к. нарушает логику работы устройства и приводит к значительному снижению его надежности .- :overcurrent of inverter 2 may occur, as this voltage U 1.3, converted to U3 K4 U 1.3, will be applied to the discharged load capacitor C and will create an unlimited pulse of the capacitor charge current, which is unacceptable, because violates the logic of the device and leads to a significant decrease in its reliability .-:

Таким образом, в предлагаемом управл емом преобразователе напр жени полностью исключаетс перегрузка силовых каскадов как при включении устройства, так и после срабатывани защиты при емкостном и резистивном характере нагрузки. Это обеспечивает повышение надежности преобразовател при любых изменени х сопротивлени нагрузки , что, в свою очередь, исключает необходимость применени специальных дополнительных мер по зар ду конденсаторов нагрузки, существенно усложн ющих силовые цепи устройства.Thus, in the proposed controllable voltage converter, overloading of the power stages is completely eliminated both when the device is turned on and after the protection is activated with a capacitive and resistive nature of the load. This provides increased reliability of the converter for any changes in the load resistance, which, in turn, eliminates the need for special additional measures to charge the load capacitors, which significantly complicate the power circuits of the device.

Claims

SUMMARY OF THE INVENTION A controllable key voltage converter comprising serially connected a key amplifier, an inverter and a rectifier, the power supply bus of the key amplifier being connected to the primary power bus, characterized in that, in order to increase reliability, a threshold circuit is inserted into it, an RS trigger and a circuit for controlling the output current of the converter, the input of which is connected to the additional output of the converter, and the output to the R-input of the RS-flip-flop, the S-input of which is connected through the threshold circuit to the key output th amplifier, the output of the RS-flip-flop connected to the control input of the key amplifier and the inhibit input of the converter.

l Tire freflSuv- foot litany

w

Shg

and us

1 // T & /

D