SU1403281A2 - Устройство дл управлени и защиты преобразовател - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электротехнике и может быть использовано во вторичных источниках питани  со звеном повышенной частоты. Целью изобретени   вл етс  устранение низкочастотной пульсации на выходе преобразовател  в диапазоне выходных токов , близких к максимальному, и повышение надежности преобразовател . Устройство дл  управлени  и заш,иты преобразовател  содержит входной выпр митель 2, подключенныи через токоограничиваюш,ий дроссель 33 и датчик тока 3 к входу инвертора 4, выход которого через выходной выпр митель 5 и фильтр 6 соединен с нагрузкой, усилитель обратной св зи 9, широтно-импульсный модул тор 12 и усилитель моплности 7, а также два пороговых органа 8, 13, триггер защиты 16, элемент пам ти 19, элемент ИЛИ 14, главный ключ защиты 20, блок задержки включени  22, два пороговых элемента 25, 26. Осуществлены защита от снижени  питани  схемы управлени , задержка включени  инвертора от момента включени  в сеть до момента окончани  переходных процессов в входном выпр мителе, защита по максимальному току и токова  отсечка, причем на этапе бестоковой паузы функци  защиты передаетс  ключу паузы 44. Кроме того , устройство содержит дифференцирующую цепь 35, стробирующий ключ 36 и диод 37 дл  устранени  ложных срабатываний токовой отсечки вначале рабочего импульса и исключени  возникновени  низкочастот- ных пульсаций на выходе преобразовател  в диапазоне выходных токов, близких к максимальному . 5 ил. i (Л

Description

со

N5

00

Изобретение относитс  к преобразовательной технике, может быть использовано во вторичных источниках иитани  со звеном новышенной частоты и  вл етс  дополнительным к основному но авт. св. № 1336171. Целью изобретени   вл етс  устранение низкочастотной нульсации на выходе преобразовател  в диапазоне выходных токов, близких к максимальному, и повышение надежности преобразовател .

На фиг. 1 представлена функциональна  схема предлагаемого устройства дл  управлени  защиты преобразовател ; на фиг. 2 - пример построени  схемы порогового органа; ; на фиг. 3 - один из вариантов усилител  мощности; на фиг. 4 - пример выполнени  схем главного ключа запдиты; на фиг. 5 - ; вариант блока задержки включени . Устройство дл  управлени  и защиты пре- образовател  (фиг. 1) содержит входом 1 подключенный к питающей сети входной вы- I пр митель 2, первый выход которого через I датчик 3 тока соединен с первым входом ин- : вертора 4, выход которого через выходной I выпр митель 5 подключен к входу LC-фильт- ра 6, усилитель 7 мощности, выходом соединенный с управл ющим входом инвертора 4, пороговый орган 8, входом подключенный к выходу датчика 3 тока, и усилитель 9 обратной св зи, первый вход которого соединен с зажимом 10 дл  подключени  источника опорного напр жени , а выход подключен :к первому входу 11 щиротно-импульсного модул тора 12. Устройство содержит так- ; же второй пороговый орган 13, входом сое- ; диненный с выходом датчика 3 тока, а выхо- i дом - с первым входом элемента ИЛИ 14 : и анодом первого диода 15, триггер 16 за- щиты, установочный вход которого подклю- : чен к аноду второго диода 17 и выходу пер- вого порогового органа 8, счетный вход - к : синхронизирующему выходу 18 широтно-им- пульсного модул тора 12, инвертирующий выход через элемент 19 пам ти - к первому входу главного ключа 20 защиты, а неинвертирующий выход соединен с катодом третьего диода 21, блок 22 задержки включени , вход которого подключен к зажиму 23 дл  подключени  положительного источника питани , а выход соединен с вторым входом 24 щиротно-импульсного модул тора 12, первый пороговый элемент 25, один вход которого подключен к зажиму 23 дл  подключени  положительного источника питани , выход - к второму входу элемента ИЛИ 14, а второй вход соединен с выходом второго порогового элемента 26, входом под,- ключенного к зажиму 27 дл  подключени  источника питани  отрицательным напр жением , причем выход фильтра 6 соединен с зажимом 28 дл  подключени  нагрузки через датчик 29 выходного параметра, выход которого подключен к второму входу усили0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

тел  9 обратной св зи, выход 30 щиротно- импульсного модул тора 12 соединен с входом усилител  7 мощности, анод третьего диода 21 подключен к третьему входу 31 щиротно- импульсного модул тора 12, катодом первого 15 и второго 17 диодов - к аноду четвертого диода 32, катодом соединенного с вторым входом главного ключа 20 защиты, третий вход которого подключен к выходу элемента ИЛИ 14, второй выход входного выпр мител  2 соединен с токоограни- чивающим дросселем 33, защунтированным п тым диодом 34, анод которого подключен к второму входу инвертора 4.

Устройство дл  управлени  и защиты преобразовател  дополнительно включает в себ  дифференцирующую цепь 35, входом подключенную к третьему входу 31 широтно- импульсного модул тора 12, а выходом соединенную с управл ющим входом строби- рующего ключа 36, силовой вход которого через диод 37 подключен к установочному входу триггера 16 защиты.

Широтно-импульсный модул тор 12 может содержать (см. фиг. 1) задающий генератор 38, выходом подключенный к счетному входу триггера 39 управлени  и к входу дифференцирующей цепи 40, генератор 41 пилообразного напр жени , вход которого соединен с выходом дифференцирующей цепи 40 и с первым входом элемента ИЛИ 42, а выход - с первым входом компаратора 43 обратной св зи, второй вход которого  вл етс  первым входом 11 щиротно-импульсного модул тора 12, а выход подключен к второму входу элемента ИЛИ 42, третий вход которого служит вторым входом 24 щиротно-импульсного модул тора 12, а выход соединен с управл ющим входом ключа 44 паузы, причем выходы триггера 39 управлени  через диоды 45 и 46 образуют выход 30 щиротно-импульсного модул тора 12 и через диоды 47 и 48 соединены с силовым входом ключа паузы,  вл ющимс  третьим входом 31 щиротно-импульсного модул тора 12, синхронизирующим выходом 18 которого  вл етс  выход задающего генератора 38.

Пороговый орган 18 или 13 содержит (см. фиг. 2) компаратор 49, на входе которого включен измерительный резисторный мост 50, в плечо которого вк тючен датчик 3 тока, а выход компаратора 49 подключен к светодиоду оптодиодной пары 51, управл ющей полевым транзистором 52, выход которого  вл етс  выходом порогового органа 8 или 13.

Усилитель 7 мощности дл  транзисторного инвертора 4, построенного, например, по мостовой схеме, включает в себ  (см. фиг. 1) два идентичньЕх усилител  53, 54 .мощности дл  управлени  силовыми транзисторами разных диагоналей моста, причем каждый из них может состо ть (см. фиг. 3)

из резистора 55, соедин ющего зажим 23 дл  подключени  источника питани  положительным напр жением с входом усилител  53, 54 мощности и стабилитроном 56, и блока 57 дл  управлени  силовым транзисторным ключом, вход которого соединен с анодом стабилитрона 56, через диод 58 - с общей шиной схемы управлени , а через резистор 59 - с зажимом 27 дл  подключени  источника питани  отрицательным напр жением .

Главный ключ 20 защиты содержит (см. фиг. 4) бипол рный транзистор 60, базоэмит- терный переход которого через стабилитрон образует третий вход главного ключа 20 защиты , и гибридную полупроводниковую пару 61, эмиттер однопереходного транзистора которой  вл етс  первым входом ключа 20, а анод тиристора составл ет второй вход главного ключа 20 защиты.

Блок 22 задержки включени  представл ет собой (см. фиг. 5) пороговый элемент с врем задающей цепью по входу.

Устройство дл  управлени  и защиты преобразовател  работает следующим образом .

При подаче сетевого напр жени  на вход 1 входного выпр мител  2, в качестве которого может быть использован диодный мост с LC-фильтром на выходе, на его выходах возникает посто нное напр жение, поступающее через датчик 3 тока и токоограничи- вающий дроссель 33 на входы инвертора 4. Одновременно поступает напр жение на схему управлени , и канал управлени , образованный задающим генератором 38 и триггером 39 управлени , формирует импульсы управлени  с коэффициентом заполнени  Y 0,5.

При наличии на выходе триггера 39 управлени  напр жени  логической единицы диод 45 или 46 закрыт и ток от положительного источника 23, протека  через резистор 55, стабилитрон 56 и диод 58, запирает управл ющий ключ блока 57 дл  управлени  силовым транзисторным ключом. При этом силовой ключ инвертора открываетс . При наличии на выходе триггера 39 управлени  напр жени  логического нул  диод 45 или 46 открыт, ток положительного источника 23 протекает через него, диод 58 запираетс , а управл ющий ключ блока 57 отпираетс  током отрицательного источника 27 через резистор 59. При этом силовой ключ инвертора закрываетс . Выходные импульсы задающего генератора 38, продифференцированные дифференцирующей цепью 40, через элемент ИЛИ 42 открывают ключ 44 паузы на врем  бестоковой паузы, перекрывающей по длительности, например, дл  мостового преобразовател  суммарное врем  канала управлени  и выключени  силовых транзисторов инвертора, которое

складываетс  из времени спада и времени рассасывани  неосновных носителей. Ключ 44 паузы через диоды 47 и 48 отсекает от импульса управлени  на выходе триггера 39

временной интервал, равный длительности бестоковой паузы. В момент пуска, до истечени  промежутка времени, достаточного дл  окончани  переходных процессов-во входном выпр мителе 2 и в источнике питани 

Q схемы управлени , на выходе блока 22 задержки включени  присутствует положительное напр жение, через элемент ИЛИ 42 отпирающее ключ 44 паузы, который через диоды 47 и 48 блокирует выходы триггера 39 управлени , и силовые транзисторы инвер5 тора 4 остаютс  закрытыми. По истечении времени задержки, определ емой блоком 22 задержки включени , на его выходе формируетс  напр жение, близкое к нулю, и с третьего входа элемента ИЛИ 42 снимаетс 

0 сигнал запрета. Импульсы управлени  с выхода 30 широтно-импульсного модул тора 12 усиливаютс  усилителем 7 мощности и поступают на базы силовых транзисторных ключей инвертора 4. Инвертор запускаетс , и его выходное напр жение, выпр мленное, например, двухполупериодным выпр мителем 5 и отфильтрованное ЬС-фильтром 6, поступает через датчик 29 выходного параметра на зажим 28 дл  подключени  нагрузки . С выхода датчика 29 выходного пара0 метра напр жение обратной св зи и опорное напр жение зажима 10 подаетс  на выходы усилител  20 обратной св зи, с выхода которого их усиленна  разность поступает на второй вход компаратора 43 обратной св зи. На первый вход компаратора 43 подаетс 

5 линейно нарастающее напр жение с выхода генератора пилообразного напр жени , синхронизируе.мого выходными импульсами дифференцирующей цепи 40. Б случае возникновени  разницы между напр жением

Q обратной св зи и опорным напр жением на выходе компаратора 43 формируютс  положительные импульсы длительностью, пропорциональной величине указанной разницы, которые через элемент ИЛИ 42 открывают ключ 44 паузы, блокирующий выходы триг5 гера 39 управлени , и тем самым измен ют коэффициент заполнени  инвертора в сторону уменьщени  или увеличени  в зависимости от знака возмущающего воздействи .

При уменьшении напр жени  питани  схемы управлени  на зажимах 23 и 27 до недопустимой величины срабатывают пороговые элементы 25 и 26, которые могут быть построены по схеме триггера Шмидта, и через элемент ИЛИ 14 и транзистор 60 на 5 управл ющий электрод тиристора гибридной пары 61 главного ключа 20 защиты поступает отпирающий импульс. Тиристор открываетс  и через диоды 32, 47 и 48 блокирует выходы триггера 39 управлени , после чего преобразователь полностью отключаетс . Наличие этой защиты диктуетс  как необходимостью поддержани  нормальной работы схемы управлени , так и жесткими требовани ми по обеспечению номинальной величины базового тока силовых транзисторных ключей, недостаточность которого при максимальном токе коллектора может привести к перегреву силовых транзисторов и выходу их из стро .

Пороговые органы 8 и 13 настроены на разные уровни тока, причем пороговый орган 8, настроенный на уровень, незначительно превышаюидий уровень номинального то- к|а первичной обмотки силового трансфор- Йатора, работает в режиме токовой отсеч- , и пороговый орган 13, настроенный на большую величину тока относительно порогового органа 8, через элемент ИЛИ 14 и главный ключ 20 защиты полностью отключает преобразователь.

Такое построение вызвано необходимостью повыщени  надежности преобразователей . Оно позвол ет осуществить страховку системы токовой отсечки в случае ее сбо . При увеличении тока нагрузки, коротком замыкании на выходе преобразовател . Возникновении сквозного тока в инверторе 4 или замагничивании сердечника силового трансформатора инвертора 4 на интервале Пуска выходной ток входного выпр мител  2 представл ющий собой сумму тока первичной обмотки силового трансформатора инвертора 4 и его тока намагничивани , воз- |)астает, при этом возрастает величина на- 1|1р жени , снимаемого с датчика 3 тока на |ход порогового органа 8. При достижении Пороговой величины напр жение на выходе Ьезисторного моста 50 мен ет знак и компаратор 49 формирует на светодиоде оптопа- ры 51 положительный импульс, после чего транзистор 52 запираетс  током фотодиода Оптопары 51 и триггер 16 защиты, ранее приведенный в исходное состо ние по счетному входу импульсом задающего генератора 38, опрокидываетс . На его неинвертирующем выходе возникает напр жение ло- гического нул , в св зи с чем выходы триггера 39 управлени  блокируютс  через диоды 47 и 48 и диод 21, и силовые транзисторы инвертора 4 запираютс . На инвертирующем выходе триггера 16 защиты по вл етс  напр жение логической единицы, которым зар жаетс  конденсатор элемента 19 пам ти до величины, пропорциональной отсекаемому интервалу импульса управлени . Сле- дующий тактовый импульс задающего генератора 38 возвращает триггер 16 защиты по счетному входу в исходное состо ние, и через силовые ключи инвертора 4 снова протекает ток. При наличии устойчивой перегрузки триггер 16 защиты многократно срабатывает , отсека  по времени зону перегрузки и уменьша  длительность импульсов инвертора , одновременно зар жа  конденсатор элемента 19 пам ти. По достижении напр жени  на конденсаторе величины, достаточной дл  срабатывани  однопереходного транзистора гибридной пары 61, тиристор главного ключа 20 защиты отключает преобразователь в целом. Если перегрузка кратковременна , токова  отсечка защищает инвертор без отключени  преобразовател . Посто нную времени элемента 19 пам ти выбирают из услови  недопустимости перегрева силовых транзисторов. В св зи с тем, что врем  запирани  силовых транзисторов инвертора 4 с момента выдачи команды на выключение определ етс  его временем спада и рассасывани , то дл  ограничени  тока в течение этого времени в цепь питани  инвертора 4 включен токоограничивающий дроссель 33 с обратным диодом 34.

В реальных преобразовател х осуществление разноса уровней срабатывани  пороговых органов 8 и 13 на небольшую величину св зано с большими трудност ми, и в первую очередь - с повышенными помехами , источником которых  вл етс  сам преобразователь . В св зи с этим прецизионные пороговые органы 8 и 13 начинают срабатывать на помехи при величинах реального тока первичной обмотки силового трансформатора гораздо меньших, чем величины уставки уровней пороговых органов. Уничтожение помех с помощью конденсаторов не согласуетс  с требовани ми максимального быстродействи  исполнительных устройств защиты, так как вводит дополнительную задержку . Все это относитс  как к двухуровневым системам защиты, так и одноуровневым . Увеличение разноса пороговых уровней или просто увеличение уровн  уставки пороговых органов с учетом помехи заставл ет заведомо завышать максимальную величину тока через транзисторы, что ведет к резкому снижению надежности преобразователей или неоправданному завышению массы и габаритов. Дл  устранени  этого недостатка в предложенном устройстве дл  управлени  и защиты преобразовател  введены диоды 15 и 17, которые блокируют срабатывание пороговых органов 8 и 13 на врем  действи  бестоковой паузы, когда функцию защиты берет на себ  ключ 44 паузы, так как установлено, что максимальна  помеха возникает в момент выключени  силовых транзисторов инвертора, который приходитс  по времени на интервал бестоковой паузы. Также помеха возникает и при включении силовых транзисторов инвертора. Она вызвана сквозным током выходного выпр мител  (выполненного, например, по двух- полупериодной схеме) и обусловлена неидеальным временем восстановлени  выпр мительных диодов. Вли ние этой помехи становитс  значительным при работе инвертора в диапазоне токов, близких к максимальному , и заключаетс  в ложном сраба- тывании токовой отсечки по импульсу помехи в начале полупериода при токе меньше номинального. Дл  устранени  этого недостатка дифференцирующа  цепь 35 (см. фиг. 1) формирует короткий положитель- ный импульс по положительному фронту напр жени  на силовом входе ключа 44 паузы дл  управлени  стробирующим ключом 36, который через диод 37 блокирует срабатывание триггера 16 защиты на врем , незначительно превышающее длительность импульса помехи. При этом индуктивность дроссел  33 токоограничени  выбирают такой , чтобы длительность нарастани  тока первичной обмотки трансформатора до максимальной величины при, например, коротком замыкании на выходе преобразовател  при любых начальных услови х превышала суммарную длительность стробирующего импульса и времени рассасывани  силового ключа инвертора.

Данное устройство дл  управлени  и защиты преобразовател  позвол ет устранить низкочастотную пульсацию на выходе преобразовател  в. диапазоне выходных

токов, близких к максимальному, за счет исключени  ложного срабатывани  системы токовой отсечки по импульсу помехи в начале полупериода, а также повысить надежность преобразовател  за счет уменьшени  разноса .между максимальной величиной рабочего тока и уровнем срабатывани  токовой отсечки. Снижение разноса ведет в конечном итоге к уменьшению токов силовых транзисторов инвертора в режиме перегрузки преобразовател , а значит, и к увеличению времени наработки на отказ.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Устройство дл  управлени  и защиты преобразовател  по авт. св. № 1336171, отли- чающеес  тем, что, с целью устранени  низкочастотной пульсации на выходе преобразовател  в диапазоне выходных токов, близких к максимальному, и повышени  надежности , оно дополнительно снабжено дифференцирующей цепью, стробирующим ключом и дополнительным диодом, причем вход дифференцирующей цепи соединен с третьим входом широтно-импульсного модул тора, а выход ее подключен к управл ющему входу стробирующего ключа, силовой вход которого соединен с катодом дополнительного диода, анодом подключенного к установочному входу триггера защиты.

   Г

   8

   фиг.г

   Г

   J58

   L

   фигЛ

   5Л

   56

   56

   М

   фиаз