RU2747776C1 - Voltage converter - Google Patents
Voltage converter Download PDFInfo
- Publication number
- RU2747776C1 RU2747776C1 RU2020131183A RU2020131183A RU2747776C1 RU 2747776 C1 RU2747776 C1 RU 2747776C1 RU 2020131183 A RU2020131183 A RU 2020131183A RU 2020131183 A RU2020131183 A RU 2020131183A RU 2747776 C1 RU2747776 C1 RU 2747776C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- converter
- voltage
- input
- control
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
- H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
- H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
- H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
- H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Dc-Dc Converters (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области преобразовательной техники и может быть использовано для питания различных видов нагрузок, в том числе инверторов напряжения приводов постоянного и переменного тока преимущественно при питании от низковольтного источника.The invention relates to the field of converter technology and can be used to power various types of loads, including voltage inverters for DC and AC drives, mainly when powered from a low-voltage source.
Основная область применения устройства - это электроприводы постоянного и переменного тока на подвижных объектах.The main area of application of the device is AC and DC electric drives on moving objects.
Известен преобразователь напряжения с фазовой модуляцией ключей транзисторного инвертора [1], содержащий входной фильтр, мостовой инвертор, схему управления инвертором, трансформаторный датчик тока, датчик напряжения, драйвер управления ключами инвертора с трансформаторной изоляцией управления верхними ключами моста.Known voltage converter with phase modulation of the keys of a transistor inverter [1], containing an input filter, a bridge inverter, an inverter control circuit, a transformer current sensor, a voltage sensor, a driver for controlling the keys of an inverter with transformer isolation to control the upper keys of the bridge.
Недостатками устройства являются:The disadvantages of the device are:
1) для управления ключами мостового инвертора используется специализированная микросхема (ШИМ-контроллер), при этом защита по току и стабилизация выходного напряжения реализованы во внутренней структуре микросхемы, это не позволяет использовать преобразователь напряжения в качестве блока в составе параллельной структуры (конверторного каскада) с целью увеличения мощности, при построении мощных конверторов напряжения, так как при этом "общему" блоку управления конвертора напряжения придется синхронизировать работу отдельных ШИМ-контроллеров во всех режимах работы конвертора напряжения. В случае, если это возможно осуществить, это существенно усложнит устройство и снизит надежность. Так же, применение отдельных ШИМ-контроллеров вместе с "общим" блоком управления, в котором реализованы те же функции защиты и управления, не рационально и также приведет к усложнению и снижению надежности устройства;1) to control the keys of the bridge inverter, a specialized microcircuit (PWM controller) is used, while current protection and stabilization of the output voltage are implemented in the internal structure of the microcircuit, this does not allow the voltage converter to be used as a unit within a parallel structure (converter stage) with the aim of increase in power, when building powerful voltage converters, since in this case the "common" control unit of the voltage converter will have to synchronize the operation of individual PWM controllers in all operating modes of the voltage converter. If this is possible, it will significantly complicate the device and reduce reliability. Also, the use of separate PWM controllers together with a "common" control unit, which implements the same protection and control functions, is not rational and will also lead to a complication and decrease in the reliability of the device;
2) входы управления нижних ключей мостового инвертора гальванически не изолированы от выходов управления ШИМ-контроллера, что снижает помехозащищенность цепей управления нижними ключами, а значит надежность устройства;2) the control inputs of the lower keys of the bridge inverter are not galvanically isolated from the control outputs of the PWM controller, which reduces the noise immunity of the control circuits of the lower keys, which means the reliability of the device;
3) отсутствует тепловая защита, что ограничивает функциональные возможности и надежность;3) there is no thermal protection, which limits functionality and reliability;
4) нет начального тестирования состояния устройства, что снижает надежность.4) there is no initial testing of the state of the device, which reduces reliability.
Известен преобразователь постоянного напряжения в постоянное (конвертор) (патент RU 2539560 С1, МПК: Н02М 3/00, Н02М 3/335), содержащий блок управления, два транзисторных моста, два трансформатора, выпрямительные диоды, соединенные с вторичными обмотками трансформаторов по двух-полупериодной схеме, схему управления конвертором, причем, для снижения потерь используется специальный алгоритм переключения транзисторов мостов. Данное устройство является наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению и выбрано в качестве прототипа.Known DC-to-DC converter (converter) (patent RU 2539560 C1, IPC:
Недостатками данного устройства, выбранного в качестве прототипа, являются:The disadvantages of this device, chosen as a prototype, are:
1) так как добиться конструктивной идентичности трансформаторов сложно, при этом также существует разброс параметров сердечников трансформаторов, при работе устройства может возникнуть дисбаланс токов транзисторных мостов, причем тем больше, чем больше ток нагрузки. При этом ток мостов не контролируется, это может привести к перегрузке одного из транзисторных мостов, что снижает надежность;1) since it is difficult to achieve the constructive identity of the transformers, while there is also a spread in the parameters of the transformer cores, during the operation of the device, an imbalance of the currents of transistor bridges may occur, and the greater, the greater the load current. In this case, the current of the bridges is not controlled, this can lead to an overload of one of the transistor bridges, which reduces reliability;
2) отсутствует контроль тока питания конвертора, что не позволяет реализовать защиту по току в случае перегрузки на входе и выходе конвертора, это может привести к выходу из строя не только транзисторов мостов, но и внешнего источника питания, что снижает надежность;2) there is no control of the converter supply current, which does not allow implementing current protection in the event of an overload at the input and output of the converter, this can lead to failure not only of the bridge transistors, but also of the external power supply, which reduces reliability;
3) отсутствует температурная защита устройства, это ограничивает перегрузочные возможности и возможность работы при повышенной температуре среды, что ограничивает область применения, а значит функциональные возможности;3) there is no temperature protection of the device, this limits the overload capabilities and the ability to work at an elevated temperature of the environment, which limits the scope, and therefore the functionality;
4) транзисторные мосты конвертора работают непрерывно, не зависимо от тока нагрузки, это может приводить к дополнительному нагреву, что снижает надежность;4) transistor bridges of the converter operate continuously, regardless of the load current, this can lead to additional heating, which reduces reliability;
5) отсутствует режим начального тестирования состояния блоков устройства при включении, что снижает надежность;5) there is no mode of initial testing of the state of the device blocks when turned on, which reduces reliability;
6) отсутствует защита выхода конвертора от перенапряжения, что ограничивает функциональные возможности устройства.6) there is no overvoltage protection of the converter output, which limits the functionality of the device.
Технической задачей заявляемого изобретения является повышение надежности и расширение функциональных возможностей конвертора напряжения.The technical objective of the claimed invention is to improve the reliability and expand the functionality of the voltage converter.
Поставленные задачи достигаются тем, что в известный конвертор напряжения, содержащий два мостовых инвертора напряжения, два трансформатора, два выпрямителя, блок управления, дополнительно введены, согласно изобретению, блок включения, входной фильтр, датчик напряжения, датчик температуры, резистор и ключ схемы слива, два датчика тока, выходной фильтр, блок обдува,The set tasks are achieved by the fact that, according to the invention, a switching unit, an input filter, a voltage sensor, a temperature sensor, a resistor and a drain circuit key are additionally introduced into the known voltage converter containing two bridge voltage inverters, two transformers, two rectifiers, and a control unit, two current sensors, output filter, blower unit,
блок управления выполнен с возможностью реализации функции регулятора тока и напряжения конверторных каскадов и алгоритма тестирования начального состояния устройства,the control unit is configured to implement the function of the current and voltage regulator of the converter stages and an algorithm for testing the initial state of the device,
при этом, каждые последовательно соединенные соответствующие датчик тока, мостовой инвертор напряжения, трансформатор и выпрямитель образуют конверторный каскад,in this case, each series-connected corresponding current sensor, bridge voltage inverter, transformer and rectifier form a converter stage,
причем количество конверторных каскадов, входящих в состав конвертора напряжения, определяется необходимой выходной мощностью конвертора напряжения,moreover, the number of converter stages included in the voltage converter is determined by the required output power of the voltage converter,
при этом, клеммы питания "+" и "-" соединены с первым и вторым входами блока включения, первый и второй выходы блока включения соединены с первым и вторым входами входного фильтра, первый выход входного фильтра соединен со входами датчиков тока питания конверторных каскадов, выходы которых соединены с первыми входами мостовых инверторов напряжения, вторые входы мостовых инверторов напряжения соединены со вторым выходом входного фильтра, выходы мостовых инверторов напряжения конверторных каскадов соединены с первичными обмотками трансформаторов конверторных каскадов, первые, вторые и третьи выводы вторичных обмоток трансформаторов соединены с первыми, вторыми и третьими входами выпрямителей конверторных каскадов, первые, вторые и третьи выходы выпрямителей конверторных каскадов соединены с первым, вторым, третьим, четвертым, пятым и шестым входами выходного фильтра, первый выход выходного фильтра соединен с клеммой «Вых1», первым входом датчика напряжения и первым выводом резистора схемы слива, второй выход выходного фильтра соединен с клеммой «Вых2», со вторым входом датчика напряжения и вторым выводом ключа схемы слива, первый вывод ключа схемы слива соединен со вторым выводом резистора схемы слива,in this case, the power terminals "+" and "-" are connected to the first and second inputs of the switching unit, the first and second outputs of the switching unit are connected to the first and second inputs of the input filter, the first output of the input filter is connected to the inputs of the supply current sensors of the converter stages, the outputs which are connected to the first inputs of the bridge voltage inverters, the second inputs of the bridge voltage inverters are connected to the second output of the input filter, the outputs of the bridge voltage inverters of the converter stages are connected to the primary windings of the transformers of the converter stages, the first, second and third terminals of the secondary windings of the transformers are connected to the first, second and the third inputs of the converter stages rectifiers, the first, second and third outputs of the converter stages rectifiers are connected to the first, second, third, fourth, fifth and sixth inputs of the output filter, the first output of the output filter is connected to the "Out1" terminal, the first input of the voltage sensor and the first output resistor circuits s drain, the second output of the output filter is connected to the "Out2" terminal, to the second input of the voltage sensor and the second output of the drain circuit key, the first output of the drain circuit key is connected to the second output of the drain circuit resistor,
кроме того, первый выход блока управления соединен с входом управления ключа схемы слива, второй и третий выходы блока управления соединены со входами управления мостовых инверторов напряжения конверторных каскадов, четвертый выход блока управления соединен с входом управления блока включения, пятый выход блока управления соединен с входом управления блока обдува, первый вход блока управления соединен с сигнальным выходом датчика напряжения, второй и третий входы блока управления соединены с выходами датчиков тока конверторных каскадов, четвертый вход блока управления соединен с выходом датчика температуры, пятый вход блока управления соединен с клеммой управления конвертором «Вх».in addition, the first output of the control unit is connected to the control input of the drain circuit key, the second and third outputs of the control unit are connected to the control inputs of the bridge voltage inverters of the converter stages, the fourth output of the control unit is connected to the control input of the switching unit, the fifth output of the control unit is connected to the control input blowing unit, the first input of the control unit is connected to the signal output of the voltage sensor, the second and third inputs of the control unit are connected to the outputs of the current sensors of the converter stages, the fourth input of the control unit is connected to the output of the temperature sensor, the fifth input of the control unit is connected to the converter control terminal "Bx" ...
Кроме того блок управления состоит из драйвера управления ключами, усилителя, схемы обработки сигналов датчиков и схемы управления, причем первый выход схемы управления соединен с входом драйвера управления ключами, второй выход соединен с входом усилителя, первый вход соединен с выходом схемы обработки сигналов датчиков, а второй вход с клеммой управления конвертором «Вх».In addition, the control unit consists of a key control driver, an amplifier, a sensor signal processing circuit and a control circuit, and the first output of the control circuit is connected to the input of the key control driver, the second output is connected to the amplifier input, the first input is connected to the output of the sensor signal processing circuit, and the second input with the "In" converter control terminal.
Сравнение заявляемого изобретения с другими техническими решениями показывает, что их введение в указанной связи позволяет:Comparison of the claimed invention with other technical solutions shows that their introduction in this connection allows:
1) за счет введения в каждом конверторном каскаде датчика тока питания мостового инвертора напряжения (МИН) конверторного каскада и реализации в блоке управления регуляторов тока питания каждого конверторного каскада, уменьшается или совсем исключается дисбаланс токов мостов. Это обеспечивает равномерное распределение токовой нагрузки на транзисторные ключи МИН, что повышает надежность;1) due to the introduction in each converter stage of the supply current sensor of the bridge voltage inverter (MIN) of the converter stage and the implementation in the control unit of the supply current regulators of each converter stage, the imbalance of the bridge currents is reduced or completely eliminated. This provides a uniform distribution of the current load on the transistor MIN switches, which increases reliability;
2) за счет введения в каждом конверторном каскаде датчика тока питания МИН конверторного каскада контролируется общий ток питания устройства, это позволяет реализовать защиту по току при перегрузке по входу и по выходу устройства, что также повышает надежность устройства;2) due to the introduction in each converter stage of the supply current sensor of the MIN converter stage, the total supply current of the device is monitored, this makes it possible to implement current protection in case of overload at the input and output of the device, which also increases the reliability of the device;
3) за счет введения датчика температуры, установленного на радиаторе, на котором установлены ключи МИН конверторных каскадов, обеспечивается защита в случае перегрева ключей при длительной перегрузке или работе устройства при повышенной температуре окружающей среды, что повышает надежность и расширяет функциональные возможности;3) due to the introduction of a temperature sensor installed on the radiator, on which the keys of the MIN converter cascades are installed, protection is provided in case of overheating of the keys during prolonged overload or operation of the device at an elevated ambient temperature, which increases reliability and expands functionality;
4) за счет введения режима переключения конверторных каскадов в зависимости от тока нагрузки снижается нагрев ключей, что повышает надежность;4) due to the introduction of the switching mode of the converter stages, depending on the load current, the heating of the keys is reduced, which increases the reliability;
5) за счет введения режима начального тестирования, при котором проверяется состояние блоков устройства и ток питания холостого хода конверторных каскадов, исключается включение неисправного конверторного каскада, что повышает надежность устройства;5) due to the introduction of the initial testing mode, in which the state of the device units and the no-load current of the converter stages are checked, the switching on of the faulty converter stage is excluded, which increases the reliability of the device;
6) за счет введения схемы слива, которая срабатывает по сигналу датчика напряжения, обеспечивается защита выхода устройства от превышения напряжения, например, при использовании устройства как источника питания в составе электропривода (режим торможения и реверса двигателя), что расширяет функциональные возможности устройства;6) due to the introduction of a drain circuit, which is triggered by a signal from a voltage sensor, the output of the device is protected from overvoltage, for example, when the device is used as a power source as part of an electric drive (motor braking and reverse mode), which expands the functionality of the device;
7) за счет реализации в блоке управления регулятора напряжения, который использует выходной сигнал датчика напряжения, обеспечивается стабилизация выходного напряжения конвертора при изменении напряжения источника питания и изменении нагрузки, что расширяет функциональные возможности устройства.7) due to the implementation of a voltage regulator in the control unit, which uses the output signal of the voltage sensor, stabilization of the output voltage of the converter is provided when the voltage of the power supply changes and the load changes, which expands the functionality of the device.
На фиг. 1 изображена функциональная схема заявляемого конвертора напряжения.FIG. 1 shows a functional diagram of the proposed voltage converter.
На фиг. 2 изображена функциональная схема блока управления конвертора напряжения.FIG. 2 shows a functional diagram of the voltage converter control unit.
Сокращения, принятые в тексте и на фигуре:Abbreviations used in the text and in the figure:
БВк - блок включения;BVk - switching unit;
БО - блок обдува;BO - blower unit;
БУ - блок управления;BU - control unit;
В - выпрямитель;B - rectifier;
ДН - датчик напряжения;DN - voltage sensor;
Др - драйвер ключей;Dr - key driver;
ДТ - датчик тока;ДТ - current sensor;
Дтем - датчик температуры;Dtem - temperature sensor;
КК - конверторный каскад;KK - converter stage;
МИН - мостовой инвертор напряжения;MIN - bridge voltage inverter;
СхОСД - схема обработки сигналов датчиков;SkhOSD - sensor signal processing circuit;
СхС - схема слива;CxS - drain scheme;
СхУ - схема управления;CxU - control scheme;
Т - трансформатор;T - transformer;
У - усилитель выходных сигналов;U - amplifier of output signals;
Фвх - входной фильтр;Фвх - input filter;
Фвых - выходной фильтр.Фвх - output filter.
Конвертор напряжения (фиг. 1) содержит блок включения БВк 1, входы которого соединены с входными клеммами питания "+" и "-", блок управления БУ 2, входной фильтр Фвх 3, входы которого соединены с выходами блока включения БВк 1, по меньшей мере, два конверторных каскада КК1 4 и КК2 5, каждый из которых состоит из датчика тока питания (ДТ1, ДТ2) 6,7, вход каждого из которых соединен с первым выходом входного фильтра Фвх 3, мостового инвертора напряжения (МИН1, МИН2) 8,9, первый вход которых соединен с выходом каждого датчика тока питания (ДТ1, ДТ2) 6,7, а второй вход со вторым выходом входного фильтра Фвх 3, трансформаторы (T1, Т2) 10,11, первичная обмотка которых соединена с выходами каждого мостового инвертора напряжения (МИН1, МИН2) 8,9, выпрямителя (B1, В2) 12,13, входы которых соединены с выводами вторичных обмоток трансформаторов (T1, Т2) 10,11,The voltage converter (Fig. 1) contains a
кроме того, конвертор напряжения дополнительно содержит выходной фильтр Фвых 14, датчик напряжения Дн 15, схему слива (СхС) 16, в состав которой входит резистор 17 и транзисторный ключ 18, блок обдува 19 и датчик температуры 20, установленный на радиаторе (на фиг. не показан), который имеет тепловой контакт с ключами МИН 8,9 конверторных каскадов (КК1,КК2) 4,5,In addition, the voltage converter additionally contains an
при этом, входы выходного фильтра Фвых 14 соединены с выходами выпрямителей (B1, В2) 12,13 конверторных каскадов КК1 4 и КК2 5, а выходы соединены с клеммами «Вых1» и «Вых2», а также со входами датчика напряжения ДН 15 и первым выводом резистора 17 схемы слива СхС 16, и вторым выводом ключа 18 схемы слива СхС 16,at the same time, the inputs of the
при этом, второй вывод резистора 17 схемы слива СхС 16 соединен с первым выводом ключа 18 схемы слива СхС 16, а вход управления ключа 18 схемы слива СхС 16 соединен с первым выходом блока управления 2, второй и третий выходы которого соединены со входами мостовых инверторов напряжения 8,9, четвертый выход блока управления 2 соединен со входом управления блока включения 1, пятый выход блока управления 2 соединен со входом блока обдува 19, первый вход блока управления 2 соединен с сигнальным выходом датчика напряжения 15, второй и третий входы блока управления 2 соединены с сигнальными выходами датчиков тока питания конверторных каскадов 6,7, четвертый вход блока управления 2 соединен с выходом датчика температуры 20, а пятый вход блока управления 2 соединен с клеммой управления «Вх».in this case, the second terminal of the
Кроме того, блок управления 2 (фиг. 2) состоит, в свою очередь, из схемы управления СхУ 21, которая может быть реализована на основе микроконтроллера, например, 1986 ВЕ92У, драйвера управления ключами МИН конверторных каскадов Др 22, который выполнен по схеме с гальванической изоляцией цепей управления схемы управления СхУ 21 и управляющих выводов ключей МИН 8,9 конверторных каскадов, усилителя выходных сигналов У 23, который может быть реализован, например, на основе транзисторных оптопар, и схемы обработки сигналов датчиков СхОСД 24, поступающих с датчиков тока питания ДТ1 6, ДТ2 7, датчика напряжения ДН 15 и датчика температуры ДТ 20, которая может быть реализована, например, на основе операционных усилителей, при этом первый выход схемы управления СхУ 21 соединен с входом драйвера управления ключами Др 22, второй выход соединен с входом усилителя У 23, первый вход соединен с выходом схемы обработки сигналов датчиков СхОСД 24, а второй вход с клеммой управления конвертором «Вх».In addition, the control unit 2 (Fig. 2), in turn, consists of a
Конвертор напряжения работает следующим образом:The voltage converter works as follows:
При подаче сигнала включения через вход управления «Вх» на схему управления 21 блока управления 2 происходит включение питания схемы управления 21, при этом запускается выполнение тестовой программы (режим начального тестирования), которая проверяет параметры датчиков тока питания ДТ1 6, ДТ2 7, датчика напряжения ДН 15, датчика температуры ДТ 20 и параметры схемы обработки сигналов датчиков СхОСД 24. После успешного прохождения первого этапа тестирования через усилитель У 23 подается сигнал включения на блок включения БВк 1, который может быть реализован, например, на основе контактора КНЕ220. С выхода блока включения БВк 1 силовое питание подается на входной фильтр Фвх 3, который предназначен для фильтрации входного напряжения питания и гашения коммутационных пульсаций напряжения питания, возникающих при работе конверторных каскадов, с выхода входного фильтра Фвх 3 силовое питание подается через датчики тока питания (ДТ1, ДТ2) 6,7 (например, датчик тока на эффекте Холла) на мостовые инверторы напряжения конверторных каскадов (МИН1, МИН2) 8,9, при этом драйвер управления ключами Др 22 блока управления БУ 2 выключен, а запущенная после включения схемы управления тестовая программа проверяет токи питания конверторных каскадов и в случае превышения допустимого значения снимает сигнал включения с блока включения БВк 1.When the switch-on signal is applied through the control input "Bx" to the
В случае успешного прохождения первого этапа программы тестирования, импульсный сигнал управления со схемы управления СхУ 21 подается на драйверы ключей Др 22 и далее на входы управления мостовых инверторов напряжения (МИН1, МИН2) 8,9, для управления которыми может быть применено, например, фазовое управление ключами [2].In case of successful passage of the first stage of the testing program, the pulse control signal from the
На выходе мостовых инверторов напряжения (МИН1, МИН2) 8,9 формируется импульсное двух-полярное напряжение с амплитудой, равной напряжению питания конвертора напряжения, которое подается на первичные обмотки трансформаторов (T1, Т2) 10,11 конверторных каскадов (КК1, KK2) 4, 5, со вторичных обмоток которых переменное напряжение, примерно равное произведению напряжения питания конвертора напряжения на коэффициент трансформации трансформаторов (T1, Т2) 10,11, поступает на выпрямители (B1, В2) 12,13 конверторных каскадов (КК1, КК2) 4, 5. С выхода выпрямителей (B1, В2) 12,13 импульсное однополярное напряжение подается на вход выходного фильтра 14, с выхода которого постоянное напряжение подается на выходные клеммы «Вых1» и «Вых2» конвертора напряжения, вход датчика напряжения 15 и схему слива 16. На выходе датчика напряжения формируется сигнал обратной связи по напряжению, который подается на вход схемы управления 21 блока управления 2 через схему обработки сигналов датчиков 24.At the output of bridge voltage inverters (MIN1, MIN2) 8.9, a pulsed bipolar voltage is formed with an amplitude equal to the supply voltage of the voltage converter, which is fed to the primary windings of transformers (T1, T2) 10.11 converter stages (KK1, KK2) 4 , 5, from the secondary windings of which the alternating voltage, approximately equal to the product of the supply voltage of the voltage converter and the transformation ratio of the transformers (T1, T2) 10.11, is supplied to the rectifiers (B1, B2) 12.13 converter stages (KK1, KK2) 4, 5. From the output of the rectifiers (B1, B2) 12,13, a pulsed unipolar voltage is supplied to the input of the
В схеме управления 21 блока управления 2 реализован регулятор напряжения, например, на основе ПИД регулятора [3], в результате чего, если выходное напряжение превышает заданное значение, на выходе регулятора напряжения формируется корректирующий импульсный сигнал, который через драйвер 22 блока управления 2 подается на управляющие входы ключей (МИН1, МИН2) 8,9, в результате напряжение устанавливается на заданном в управляющей программе уровне. Таким образом, происходит стабилизация выходного напряжения при изменении напряжения питания конвертора напряжения или изменении нагрузки конвертора напряжения.In the
Также в схеме управления 21 блока управления 2 реализованы регуляторы токов питания конверторных каскадов, которые могут быть построены, например, на основе ПИД регуляторов. Сигнал на вход регуляторов поступает с выходов датчиков тока конверторных каскадов 6,7 через схему обработки сигналов датчиков 24, при этом опорное значение токов конверторных каскадов определяется по формуле:Also, in the
Iop_n=Ipit(t)/N,Iop_n = Ipit (t) / N,
где:Where:
Iop_n - опорное значение для каждого регулятора;Iop_n - reference value for each regulator;
Ipit(t) - суммарный ток питания конверторных каскадов (сумма сигналов с датчиков тока конверторных каскадов);Ipit (t) - total supply current of converter stages (sum of signals from current sensors of converter stages);
N - количество конверторных каскадов;N is the number of converter stages;
при этом, должно выполняться условие:in this case, the condition must be met:
Ipit(t)≤Ipit_max,Ipit (t) ≤Ipit_max,
где:Where:
Ipit_max - ток стабилизации конвертора питания при перегрузке (максимальный ток питания).Ipit_max - stabilization current of the power converter during overload (maximum power supply current).
В результате токи питания конверторных каскадов «выравниваются», а так же, в случае перегрузки по выходному току, суммарный ток питания конвертора напряжения ограничен на заданном, допустимом уровне, что позволяет применять конвертор напряжения для питания нагрузки с широким диапазоном изменения потребляемого тока, а также при импульсной кратковременной перегрузке.As a result, the supply currents of the converter stages "equalize", and also, in the event of an overload on the output current, the total supply current of the voltage converter is limited at a given, permissible level, which makes it possible to use a voltage converter to supply a load with a wide range of current consumption, as well as with impulse short-term overload.
Если конвертор напряжения используется как источник питания в электроприводах постоянного или переменного тока, то в режиме торможения или реверса электродвигателя постоянного или переменного тока, происходит рекуперация энергии торможения на выходной фильтр Фвых 14 питания конвертора напряжения, в результате, напряжение на конденсаторах фильтра Фвых 14 увеличивается до напряжения срабатывания схемы слива 16. При этом по сигналу с датчика напряжения 15 схема управления 21 блока управления 2 через усилитель 23 выдает сигнал включения на управляющий вход ключа 18 схемы слива 16. При этом энергия торможения (реверса) электродвигателя за вычетом потерь на обмотках электродвигателя и ключах внешнего инвертора рассеивается на резисторе 17 схемы слива 16.If the voltage converter is used as a power source in DC or AC drives, then in the braking or reverse mode of the DC or AC motor, the braking energy is recovered to the
Для исключения перегрева и выхода из строя резистора 17 по сигналу с блока управления 2 включается блок обдува 19, который охлаждает резистор 17 и радиатор с установленными ключами МИН конверторных каскадов. Блок обдува 19 так же включается по сигналу с датчика температуры 20, который установлен на радиаторе с установленными ключами МИН конверторных каскадов, что обеспечивает принудительное охлаждение ключей при длительной максимальной нагрузке и при повышенной температуре окружающей среды.To prevent overheating and failure of the
Для уменьшения тепловыделения на ключах мостовых инверторов напряжения 8,9 введен режим переключения конверторных каскадов. При этом, если ток нагрузки конвертора напряжения ниже определенного значения, работает один из двух конверторных каскадов и происходит периодическое переключение. При этом момент выключения одного конверторного каскада и момент включения другого конверторного каскада перекрывается по времени. Это сделано для исключения провалов выходного напряжения при переключении, если ток нагрузки превысит заданное значение - включаются два конверторных каскада.To reduce heat generation on the keys of bridge voltage inverters 8.9, a switching mode of converter stages was introduced. In this case, if the load current of the voltage converter is below a certain value, one of the two converter stages operates and periodic switching occurs. In this case, the moment of turning off one converter stage and the moment of turning on the other converter stage overlap in time. This is done to exclude drops in the output voltage when switching, if the load current exceeds a preset value, two converter stages are switched on.
Количество конверторных каскадов, входящих в состав конвертора напряжения, определяется необходимой выходной мощностью конвертора напряжения и параметрами трансформаторов конверторных каскадов, при этом количество одновременно включенных конверторных каскадов определяется заданным током нагрузки.The number of converter stages included in the voltage converter is determined by the required output power of the voltage converter and the parameters of the converter stage transformers, while the number of simultaneously switched on converter stages is determined by the given load current.
Алгоритм переключения, например, при наличии трех конверторных каскадов в составе конвертора напряжения:Switching algorithm, for example, in the presence of three converter stages as part of a voltage converter:
условие одновременно включенные конверторные каскады включения и направление переключенияcondition simultaneously switched on converter stages of switching on and direction of switching
при этом: Iop_2>Iop_1with this: Iop_2> Iop_1
где,Where,
I(t) - текущее значение тока питания конвертора напряжения;I (t) - current value of the voltage converter supply current;
Iop_1 - первое пороговое значение тока питания;Iop_1 - the first threshold value of the supply current;
Iop_2 - второе пороговое значение тока питания;Iop_2 - the second threshold value of the supply current;
kkn - включенный n-ый конверторный каскад;kkn - switched on n-th converter stage;
В блоке управления 2 конвертора напряжения реализована также максимально-токовая защита и защита от превышения максимально допустимой температуры, которая может быть реализована, например, на основе компараторов. При этом, при превышении максимального тока питания конвертора напряжения на выходе схемы управления 21 коэффициент заполнения управляющих импульсов уменьшается до ноля, выходное напряжение конвертора напряжения также снижается до ноля. Через определенное время, которое задается в алгоритме защиты, происходит плавное нарастание коэффициента заполнения управляющих импульсов на выходе схемы управления 21, выходное напряжение конвертора напряжения так же плавно нарастает. Если перегрузка на выходе конвертора напряжения, превышающая максимально-допустимую, или короткое замыкание не устранены, то происходит повторное срабатывание защиты. Время работы в режиме защиты ограничено и определяется алгоритмом работы, по истечении которого происходит блокировка драйвера 22 блока управления 2 и отключение питания конвертора напряжения по сигналу с выхода схемы управления 21 через усилитель 23 на вход управления блока включения 1. При превышении максимальной температуры происходит выключение конверторных каскадов через драйверы 22 блока управления 2, после этого отключается силовое питание конвертора напряжения через блок включения 1.The
Таким образом, предложенное техническое решение позволяет:Thus, the proposed technical solution allows:
- обеспечить равномерное распределение токовой нагрузки на транзисторные ключи МИН, что повышает надежность;- to ensure uniform distribution of the current load on the transistor MIN switches, which increases reliability;
- реализовать защиту по току при перегрузке по входу и по выходу устройства, что повышает надежность устройства;- implement overcurrent protection in case of overload at the input and output of the device, which increases the reliability of the device;
- обеспечить защиту в случае перегрева ключей при длительной перегрузке или работе устройства при повышенной температуре окружающей среды, что повышает надежность и расширяет функциональные возможности;- to provide protection in case of overheating of keys during prolonged overload or operation of the device at an elevated ambient temperature, which increases reliability and expands functionality;
- снизить нагрев ключей, что повышает надежность;- to reduce heating of keys, which increases reliability;
- исключить включение неисправного конверторного каскада, что повышает надежность устройства;- to exclude the inclusion of a faulty converter stage, which increases the reliability of the device;
- обеспечить защиту выхода устройства от превышения напряжения, что расширяет функциональные возможности устройства;- to provide protection of the output of the device from overvoltage, which expands the functionality of the device;
- обеспечить стабилизацию выходного напряжения конвертора напряжения при изменении напряжения источника питания и изменении нагрузки, что расширяет функциональные возможности устройства.- to ensure the stabilization of the output voltage of the voltage converter when the voltage of the power supply changes and the load changes, which expands the functionality of the device.
Положительный эффект предлагаемого преобразователя подтвержден проведенными автономными испытаниями конвертора напряжения и испытаниями конвертора напряжения в составе электропривода.The positive effect of the proposed converter is confirmed by the conducted autonomous tests of the voltage converter and tests of the voltage converter as part of the electric drive.
Источники литературы:Literature sources:
1. Готтлиб И.М. Источники питания. Инверторы. Конверторы. Линейные и импульсные стабилизаторы / И.М. Готтлиб. - М: Посмаркет, 2002. - С. 472.1. Gottlieb I.M. Power supplies. Inverters. Converters. Linear and impulse stabilizers / I.M. Gottlieb. - M: Posmarket, 2002 .-- P. 472.
2. Мелешин В.И. Транзисторная преобразовательная техника / В.И. Мелешин. - М: Техносфера, 2005. - С. 339).2. Meleshin V.I. Transistor converter technology / V.I. Meleshin. - M: Technosphere, 2005 .-- S. 339).
3. Козаченко В.Ф. Практическое руководство по применению 16-ти разрядных микроконтроллеров Intel MCS-196/296 в встроенных системах управления / В.Ф. Козаченко. - М: ЭКОМ, 1997. - 500 с.3. Kozachenko V.F. Practical guide to the use of 16-bit Intel MCS-196/296 microcontrollers in embedded control systems / V.F. Kozachenko. - M: ECOM, 1997 .-- 500 p.
Claims (7)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020131183A RU2747776C1 (en) | 2020-09-21 | 2020-09-21 | Voltage converter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020131183A RU2747776C1 (en) | 2020-09-21 | 2020-09-21 | Voltage converter |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2747776C1 true RU2747776C1 (en) | 2021-05-14 |
Family
ID=75919834
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020131183A RU2747776C1 (en) | 2020-09-21 | 2020-09-21 | Voltage converter |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2747776C1 (en) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5566060A (en) * | 1992-04-13 | 1996-10-15 | The United States Of America As Represented By The Department Of Energy | E-beam high voltage switching power supply |
| CN102055348A (en) * | 2010-12-24 | 2011-05-11 | 东南大学 | Voltage reducing power electronic transformer for distribution network |
| CN103684028A (en) * | 2013-12-16 | 2014-03-26 | 华北电力大学（保定） | Multi-transformer push-pull type photovoltaic inverter |
| RU2537506C2 (en) * | 2012-11-19 | 2015-01-10 | Открытое акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский проектно-конструкторский и технологический институт релестроения с опытным производством" | Multilevel step-up converter of dc voltage to three-phase voltage of industrial frequency |
| RU2539560C1 (en) * | 2013-11-26 | 2015-01-20 | Общество с ограниченной ответственностью "СЗЛ" | Dc-to-dc voltage converter |
| RU2600316C2 (en) * | 2011-09-08 | 2016-10-20 | Абб Текнолоджи Аг | Multilevel converter and method of controlling operation of multilevel converter |
-
2020
- 2020-09-21 RU RU2020131183A patent/RU2747776C1/en active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5566060A (en) * | 1992-04-13 | 1996-10-15 | The United States Of America As Represented By The Department Of Energy | E-beam high voltage switching power supply |
| CN102055348A (en) * | 2010-12-24 | 2011-05-11 | 东南大学 | Voltage reducing power electronic transformer for distribution network |
| RU2600316C2 (en) * | 2011-09-08 | 2016-10-20 | Абб Текнолоджи Аг | Multilevel converter and method of controlling operation of multilevel converter |
| RU2537506C2 (en) * | 2012-11-19 | 2015-01-10 | Открытое акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский проектно-конструкторский и технологический институт релестроения с опытным производством" | Multilevel step-up converter of dc voltage to three-phase voltage of industrial frequency |
| RU2539560C1 (en) * | 2013-11-26 | 2015-01-20 | Общество с ограниченной ответственностью "СЗЛ" | Dc-to-dc voltage converter |
| CN103684028A (en) * | 2013-12-16 | 2014-03-26 | 华北电力大学（保定） | Multi-transformer push-pull type photovoltaic inverter |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101806731B1 (en) | Gate driving apparatus | |
| EP2858195B1 (en) | Converter circuit | |
| US9602028B2 (en) | Safety function control for an electric machine and method of operating the electric machine | |
| US9000705B2 (en) | Power controller | |
| JP6639763B1 (en) | Drive circuit and power converter | |
| RU2747776C1 (en) | Voltage converter | |
| Kelley et al. | SiC JFET gate driver design for use in DC/DC converters | |
| KR20140034065A (en) | Ionizer | |
| CN110784101B (en) | Solid state relay, power system and method of controlling current in power system | |
| JP6677905B2 (en) | Abnormality detection device and power supply device | |
| CN117136490A (en) | Apparatus configured to receive power from a power source | |
| EP3235089B1 (en) | A circuit for a voltage power optimiser | |
| RU2375810C1 (en) | Direct current motor control device | |
| Soon et al. | Development of multi-mode step down DC/DC converters with fault-tolerant capability | |
| JP6371226B2 (en) | Switching power supply with reverse current protection | |
| RU2773097C1 (en) | Pulse current regulator | |
| JP6869625B2 (en) | Power converter | |
| WO2022158052A1 (en) | Gate drive circuit and power conversion device | |
| US11996762B2 (en) | Starting circuit, actuation circuit, and method for supplying a voltage to a controller | |
| RU2523698C1 (en) | Direct to alternate current converter | |
| RU2003115064A (en) | SYMMETRIC THREE-PHASE VOLTAGE STABILIZER | |
| KR100856760B1 (en) | DC Power supply control circuit with multiple control inputs | |
| Irodi et al. | Active overcurrent protection schemes in bridge inverters operating under shoot-through conditions | |
| JP2018007321A (en) | Servo amplifier input current controller of component mounting machine | |
| JPH0265675A (en) | Inverter device |