RU2035767C1

RU2035767C1 - Power control device

Info

Publication number: RU2035767C1
Application number: RU92003983A
Authority: RU
Inventors: О.Н. Барышев; А.В. Богатырев; Г.А. Морозов
Original assignee: Казанский государственный технический университет им.А.Н.Туполева; Производственное объединение "Завод им.Серго"
Priority date: 1992-11-04
Filing date: 1992-11-04
Publication date: 1995-05-20

Abstract

FIELD: electrical engineering. SUBSTANCE: device has sync pulse shaper 1 at frequency 2f_c, where f_c is supply voltage frequency, parallel-serial shift register 2 whose n-bit output is connected to control input of semiconductor power switch via trigger pulse shaper and to its own serial-entry input; register capacity determines power control step and number of positions in control code. Parallel-entry input, parallel-entry enable and data-entry enable inputs are connected to respective outputs of processor unit. Equipment under control is connected in series with power switch. EFFECT: reduced switching rate of thyristor and equipment under control, its independence of power utilization percentage. 3 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для импульсного регулирования мощности, преимущественно инерционных электрохимических установок. The invention relates to electrical engineering and is intended for pulse control of power, mainly inertial electrochemical plants.

Известно устройство [1] для импульсного регулирования мощности переменного тока, регулирующее мощность путем подключения нагрузки к сети на время, кратное целому числу полупериодов сетевого напряжения в течение задаваемого интервала импульсного регулирования. Оно содержит формирователь синхроимпульсов, выход которого подключен к счетным входам счетчиков такта и длительности импульса мощности, счетные выходы которых подключены к установочному входу счетчика длительности импульсов и входу триггера управления, выход котоpого через ключ соединен с управляющим входом вентиля. Генератор импульсов подключен к входу регистра, выход которого соединен со счетным входом двоичного суммирующего счетчика, параллельные входы которого поразрядно подключены к первым входам цифрового компаратора, на вторые входы которого поступает сигнал длительности интервала регулирования. A device [1] for pulse control of AC power, regulating power by connecting the load to the network for a time multiple of an integer number of half-periods of the mains voltage during a given interval of pulse control. It contains a clock generator, the output of which is connected to the counting inputs of the counters of the cycle and the duration of the power pulse, the counting outputs of which are connected to the installation input of the counter of the duration of the pulses and the input of the control trigger, the output of which is connected via a key to the control input of the valve. The pulse generator is connected to the input of the register, the output of which is connected to the counting input of the binary totalizing counter, the parallel inputs of which are bitwise connected to the first inputs of the digital comparator, the second inputs of which receive a signal for the duration of the regulation interval.

Недостатком этого устройства является то, что его техническая реализация требует большого числа элементов, в том числе цифровых. The disadvantage of this device is that its technical implementation requires a large number of elements, including digital.

Известно также устройство [2] содержащее силовой полупроводниковый ключ на тиристоре, ключ управления тиристором, формирователь синхроимпульсов, выход которого подключен к тактирующему входу параллельного регистра, первый разрядный выход которого подключен к входу ключа управления тиристором, а остальные к первому входу сумматора, второй вход которого соединен с выводом подключения управляющего кода. Выход переноса сумматора подключен к первому разрядному входу параллельного регистра, остальные входы которого подключены к выходу сумматора. Формирователь синхроимпульсов обеспечивает перезапись входного кода сумматора в параллельный регистр в момент равенства входного переменного напряжения нулю. Сумматор складывает значение входного управляющего кода с выходным кодом параллельного регистра, в момент переполнения сумматора на одном из входов параллельного регистра формируется сигнал логической единицы, который включает на один полупериод питающего напряжения тиристор, последовательно с которым соединена нагрузка. Паузы между включениями тиристора определяютcя долей используемой нагрузки мощности. It is also known a device [2] containing a power semiconductor switch on the thyristor, a thyristor control switch, a clock driver, the output of which is connected to the clock input of the parallel register, the first bit output of which is connected to the input of the thyristor control key, and the rest to the first input of the adder, the second input of which connected to the connection output of the control code. The transfer output of the adder is connected to the first bit input of the parallel register, the remaining inputs of which are connected to the output of the adder. The clock generator provides an overwriting of the input code of the adder in a parallel register at the moment of equal input AC voltage to zero. The adder adds the value of the input control code with the output code of the parallel register, at the time of the overflow of the adder, a logic unit signal is generated at one of the inputs of the parallel register, which turns on the thyristor for one half-period of the supply voltage, to which the load is connected in series. The pauses between thyristor starts are determined by the fraction of the used power load.

Недостатком прототипа является большая частота включения коммутации тиристора и объекта управления, что уменьшает срок их работы. Так, при использовании 50% мощности тиристор должен переключаться через каждый полупериод питающего напряжения. The disadvantage of the prototype is the high switching frequency of the thyristor and the control object, which reduces the duration of their work. So, when using 50% of the power, the thyristor must switch through each half-cycle of the supply voltage.

Цель изобретения уменьшение частоты коммутации и использование наиболее простой элементной базы. The purpose of the invention is to reduce the switching frequency and use the simplest element base.

Цель достигается тем, что в устройство, содержащее силовой полупроводниковый ключ, включенный между входными и выходными выводами, формирователь синхроимпульсов, входом подключенный к входным выводам силового полупроводникового ключа, вывод подключения управляющего кода, введен параллельно- последовательный регистр сдвига, выход n-го разряда которого подключен к входу формирователя запускающих импульсов и к своему входу последовательного ввода, тактовый вход регистра сдвига подключен к выходу формирователя синхроимпульсов, а вход параллельного ввода к выводу подключения управляющего кода, при этом вход разрешения параллельного ввода соединен с выводом подключения сигнала переключения режимов работы регистра сдвига, а вход разрешения записи информации к выводу подключения сигнала разрешения записи информации. The goal is achieved in that in a device containing a power semiconductor switch connected between input and output terminals, a clock driver, an input connected to the input terminals of the power semiconductor switch, a control code connection output, a parallel-serial shift register is introduced, the output of the nth discharge of which connected to the input of the driver of the triggering pulses and to its input of the serial input, the clock input of the shift register is connected to the output of the driver of the clock pulses, and the input is parallel to the input terminal connection control code, the enable input of the parallel input connected to the output connection of the shift register operation mode switching signal and the input authorization information recording concluded connection permission signal information recording.

Регистр сдвига заменяет работу сумматора и параллельного регистра, при этом по сложности регистр сдвига эквивалентен параллельному регистру, а сумматор по сложности их превосходит. The shift register replaces the operation of the adder and the parallel register, while the shift register is equivalent in complexity to the parallel register, and the adder surpasses them in complexity.

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства управления мощностью; на фиг. 2 пример управляющего кода; на фиг. 3 временные диаграммы работы устройства. In FIG. 1 is a functional diagram of a power control device; in FIG. 2 example control code; in FIG. 3 timing diagrams of the device.

Устройство содержит формирователь 1 синхроимпульсов, входом подключенный к входному выводу устройства, а выходом к тактовому входу (C1) регистра 2 сдвига, выход n-го разряд Q_n которого подключен через формирователь 3 запускающих импульсов к управляющему входу силового полупроводникового ключа 4 и к своему входу Р последовательного ввода. Вход параллельного ввода Д соединен с выводом переключения устройства к сигналу управляющего кода. Входы разрешения параллельного ввода V и разрешения записи информации С2 соединены с выводами подключения устройства к сигналам переключения режимов работы регистра 2 сдвига соответственно. Указанные выводы подключены к соответствующим выходам процессора 5. Объект 6 управления включен последовательно с силовым полупроводниковым ключом 4.The device contains a driver 1 of the clock pulses connected to the input output of the device by an output, and an output to the clock input (C1) of the shift register 2, the output of the nth discharge Q _{n of} which is connected through the driver 3 of the starting pulses to the control input of the power semiconductor switch 4 and to its input P consecutive input. The input of the parallel input D is connected to the output of the switching device to the control code signal. The inputs for enabling parallel input V and for recording information permission C2 are connected to the terminals of the device connecting to the switching signals of the shift register 2 operation modes, respectively. These findings are connected to the corresponding outputs of the processor 5. The control object 6 is connected in series with the power semiconductor switch 4.

Устройство работает следующим образом. Формирователь 1 синхроимпульсов преобразует переменное напряжение сети (фиг. 3а) в последовательность прямоугольных импульсов (фиг. 3б) с частотой 2f_с, где f_c частота напряжения сети.The device operates as follows. Shaper 1 of the clock converts the alternating voltage of the network (Fig. 3A) into a sequence of rectangular pulses (Fig. 3b) with a frequency of 2f _s , where f _{c is the} frequency of the mains voltage.

В начальный момент на входе разрешения параллельного ввода V регистра 2 сдвига присутствует сигнал логического "0". После ввода информации с клавиатуры в процессор 5 на входе V сдвига выставляется сигнал логической "1", затем управляющий код выставляется на шину данных процессора 5. На следующем такте выдается строб записи на вход С2 регистра 2, в результате чего происходит запись управляющего кода в регистр 2 сдвига. После записи управляющего кода последовательно снимаются сигналы с входов С2, V и управляющий код с шины данных. Так как выход Q_n регистра 2 сдвига подключен к входу последовательного ввода информации, то при V 0 код, записанный в регистр 2 сдвига, будет перемещаться по кольцу с частотой 2f_с, следовательно, полупроводниковый ключ 4 будет открыт в полупериоды, которым соответствует наличие в управляющем коде сигнала высокого уровня (фиг. 3 в, г).At the initial moment, at the input of the resolution of the parallel input of the V register 2 shift there is a logical signal "0". After entering information from the keyboard into the processor 5, a logical "1" signal is set at the input V of the shift, then the control code is set to the data bus of the processor 5. At the next clock, a write strobe is issued to the input C2 of register 2, as a result of which the control code is written to the register 2 shifts. After writing the control code, the signals from the inputs C2, V and the control code from the data bus are sequentially removed. Since the output Q _n of the shift register 2 is connected to the input of the serial input of information, then at V 0 the code recorded in the shift register 2 will move along the ring with a frequency of 2f _s , therefore, the semiconductor switch 4 will be open in half-periods, which correspond to the control code of the high level signal (Fig. 3 c, d).

Таким образом, за один интервал управления, равный полупериодам напряжения сети, происходит одно переключение (фиг. 3г) независимо от процента использования мощности. Thus, for one control interval equal to half-periods of the mains voltage, one switching occurs (Fig. 3d), regardless of the percentage of power use.

Разрядность сдвига регистра 2 определяет дискрет управления мощностью и количеством позиций в управляющем коде, при этом число единиц в коде равно ближайшему целому числу отношения (N ˙ n)/100, где N требуемый процент использования мощности. Например, при n 100 устройство управляет мощностью с дискретом 10% (что вполне достаточно для бытовых нагревательных приборов), при этом количество m единиц в управляющем коде соответствует 10m% использования мощности. На фиг. 2 показан пример кода для n 10 при использовании 50% мощности. The shift width of register 2 determines the discrete control of the power and the number of positions in the control code, while the number of units in the code is equal to the nearest integer ratio (N ˙ n) / 100, where N is the required percentage of power use. For example, at n 100, the device controls the power with a discrete of 10% (which is quite enough for household heating appliances), while the number of m units in the control code corresponds to 10m% of the power use. In FIG. 2 shows an example code for n 10 using 50% power.

В качестве силового полупроводникового ключа 4 могут быть использованы тиристоры или симистор, (пример выполнения формирователя 3 запускающих импульсов в случае использования симистора приведен в ж. "Радио", N 11, 1990, с. 47. В случае использования тиристоров формирователь 3 можно выполнить, используя рис. 1 в ж. "Радио", N 4, 1986, с. 46. В этом же журнале на с. 47 дан другой вариант формирователя 3). As a power semiconductor switch 4, thyristors or a triac can be used (an example of the execution of a shaper 3 of triggering pulses in the case of using a triac is given in Radio, N 11, 1990, p. 47. In the case of using thyristors, the shaper 3 can be executed, using Fig. 1 in Radio., N 4, 1986, p. 46. In the same journal on p. 47 another variant of the shaper is given 3).

Формирователь 1 синхроимпульсов может быть выполнен по схеме рис. 1 (см. там же), включая трансформатор Т1, диодный мост, резисторы Р3, Р4, Р5 и логические элементы ДД1.2 и ДД1.3. Shaper 1 clock can be performed according to the scheme of Fig. 1 (see ibid.), Including transformer T1, diode bridge, resistors P3, P4, P5 and logic elements DD1.2 and DD1.3.

В качестве регистра 2 сдвига можно использовать цепочку микросхем К155ИР1, каждая из которых имеет 4 разрядных выхода. Для формирования управляющего кода, управления работой регистра 2 сдвига можно использовать любое программируемое устройство, например микропроцессор серии 1816. As shift register 2, you can use the K155IR1 chip chain, each of which has 4 bit outputs. To form the control code, control the operation of shift register 2, any programmable device, for example, the microprocessor of the 1816 series, can be used.

Claims

POWER CONTROL DEVICE, comprising a power semiconductor switch connected between input and output terminals, a clock driver, an input connected to input terminals of a power semiconductor switch, a control code connection output, characterized in that a serial shift register is input in parallel, the output of the nth discharge of which is connected to the input of the driver of the triggering pulses and to its input of the serial input, the clock input of the shift register is connected to the input of the driver of the sync pulse ls, and the parallel input is connected to the control code connection output, while the parallel input enable input is connected to the shift register operation signal connection output terminal, and the information recording permission input is connected to the information recording permission signal connection connection output.