SU1522345A2 - Устройство дл управлени и защиты преобразовател - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электротехнике. Целью изобретени   вл етс  уменьшение массы и габаритов устройства. Устройство дл  управлени  и защиты преобразовател  содержит цепи управлени  и защиты, а также снабжено инвертирующим усилителем 35, включенным между выходом входного выпр мител  2 и входами опорного напр жени  двух пороговых органов 8 и 13. В пределах области безопасной работы силовых транзисторов инвертора 4 уровень уставки тока, на который реагируют пороговые органы 8 и 13 защиты, измен етс  обратнопропорционально уровню выходного напр жени  входного выпр мител  2. 7 ил.

Description

Фи.1

Изобретение относитс  к преобразовательной технике н гчожет быть использовано во вторичных источзадках питани со звеном повышенной частоты,  вл ет-

СЯ дополнительным к основному HBTj.

св.. № 1336171.

Цель изобретени  - уменьшение массы и габаритов устройства.

На фиг, 1 представлена функционеШь на  схема устройства дл  управлени  и за1диты преобразовател J на фиг. 2 - пример построени  схемы порогового . /органа; на фиг, 3 - одош из вариантов усилител  I мощности; на фиг. 4 - приме выполнени  схеьы главного ключа зари- ты; на фиг, 5 - вариант блока задерж- ки включени ; на фиг, 6 - схема инвертирующего усилител ; на фиг г 7 - область безопасной работы транзистора КТ840А в качестве примера дл  описани  работы устройства,

Устройство дл  управлени  и защиты преобразовател  (фиг, 1) содержит входом 1 подключенный к питающей сети входной выпр митель 2, первый выход которого через датчик 3 тока соединен с первым входом инвертора 4,, выход которого через выходной выпр митель 5 подключен к входу фильтра в, усили- тель 7 мощности, выходом :соёдиненньш с управл ющим входом инвертора 4 пороговый орган 6, входом подключенньй к выходу датчика 3 тока и. усилитель 9 обратной св зи, первый вход которо- го соединен с зажимом 10 дл  подкл о- чени  источника опорного напр жени  а 13ЫХОД подключен к первому входу 1 широтно-импульсного модул тора 12, Устройство содержнгт также второй по- .роговый. орган 13, входом соединенный с .выходом датчика 3 тока, ,а выходом - с первым входом элемента ИЛИ 14 н анодом первого диода 15, триггер .16 за- пщты,, установочный вход которого под- ключей к аноду второго диода 7 и выходу первого порогового органа 8, счетный вход - к синхронизирующему выходу 18 широтно-импульсного модул тора 12,, инвертирующий; выходу - через элемент 19 пам ти к первом - входу -главного ключа 20 защиты, а неинвертирующий выход соединен с катодом третьего диода 21, блок 22 задержки включени  5 вход которого подключен

к зажиьгу 23 дл  подключени  положит тельного источника питани , а выход соединен с вторым входом 24 широтно- импульсного модул тора 12J первый пороговый элемент 23j один вход которого подключен к залскму 23 д.:т  псд1и:, о- чени  положительного источ1шка питани , выход - к второму входу элемента ШЖ 14р а второй вход соединен с выходом второго порогового элемента 26, входом подключенного ,к., 27 л  подключени  источника питани  отрицательным напр жением, причем выход фильтра 6 соединен с зажимом 28 л  подключени  нагрузки через датчик 2.9 выходного параметра, выход которого подключен к второму входу усилител  9 обратной св зи, выход 30 широтно-импульсного модул тора 12 соединен с входом усилител  7 мощности, анод третьего диода 21 подключен к третьему входу 31 широтпо-импульс- ного модул тора 12, катодам первого 15 и второго 17 диодов и аноду четвертого диода 32, катодом соединенного с вторым входом главного 1слюча 20 за- пщты, третий вход которого подключен к выходу элемента ИЛИ 14 г второй выход входного выпр мител  2 соединен с токоограничивающим дросселем 33, зашунтированным п тым диодом 34, анод которого подключен ко второму входу инвертора 4,

Устройство дл  управлени  и защиты преобразовател  дополнительно включает в себ  инвертирующий усилитель 35, два входа которого соединены с выходом входного выпр мител  2, а выход подключен к дополнительным входам первого 8 и второго 13 порогового органа ,

Широтно-импульсЕ-ш1й модул тор 12 может содержать (фиг, 1) задающий генератор 36, выходом подключенный к счет- ному входу триггер 37 управлени  и к входу дифцепи 38, генератор 39 пилообразного напр жени ,, вход которого соединен с выходом дифцепи 38 и с первым входом элемента ЯЛИ 40. выход

- .с первым входом компаратора 41 обратной св зиJ второй вход которого  вл етс  первым входом 11 широтно- импульсного модул тора 12, а выход подключен к второму входу элемента ИЛИ 40, третий вход которого служит входом 24 гаиротно-импуаьсного модул тора 2j а выход соединен с управл ющим входом ютюча 42 паузы, причем вы- ходы триггера 37 управлени  через диоды 43. и 44 образуют выход 30 широтно- имлульсного модул тора 12 и через дио- дь 45 и 46 соединйш.1 с силовым вхо515223

дом ключа 42 паузы,  вл ющимс  третьим входом 31 широтно-импульсного модул то- ipa 12, .синхронизирующим выходом 18 которого  влиетс  выход генератора 36. - с

Пороговый орган 8 или. 13 содержит (см, фиг, 2) компаратор 47, на входе которого включен измерительный резис- торный мост 48, в плечо которого включен датчик 3 тока., а выход компарато- tO pa 47 подключен к еветодиоду оптодиод- ной пары 49, управл ющей полевым транзистором 50, выход которого  вл етс  выходом порогового органа 8 или 13,

Усилитель 7 мощности дл  транзистор-5 кого инвертора 4, построенного например , по мостовой схеме включает в себ  (фиг, 1) два идентичных усилител  51 и 52 мощности дл  управлени  силовыми транзисторами разных диагоналей 20 моста, причем каждый из них может состо ть (см. фиг, 3) из резнстор а 53, соедин ющего зажим 23 дл  подключени  источника питани  положительным напр жением с Ёходом усилител  5 и 52 мощ-25 ности и стабилитроном 54 и блока 55 дл  управлени  силовым транзисторным 1слючем, вход которого соединен с анодом стабилитрона 54, через диод 56 - с общей шикой схемы управлени , а че- 30 рез резистор 57 с зажимом 27 дл  под- шночени  источника питани  отрицательным напр жением.

Главный Ю1ЮЧ 20 защиты содержит (фиг, 4) бипол рный транзистор 58, jc базоэмиттерный переход которого через стабилитрон образует третий вход главного ключа 29 защиты, и гибридную полу прЪвод}шковую пару 59, эмиттер однопе- реходного транзистора которой  вл етс дО первым входом ключа 20, а анод тиристора составл ет второй вход главного ча. 20 защиты

Блок 22 задержки включени  пр.едстав- л ет собой (фиг, 5) пороговый элемент,де с врем задающей цепью по .входу,

Инвертирую ций усилитель .35 может , содержать (фиг, 6) операционный уси литель 60, к входу которого подключены два делител , состо щие из стабилитро- д нов 61, 62 и резисторов 63, 64

На фиг. 7 представлен пример области 65 безопасной работы конкретного транзистора (КТВ40А), зона 66 безопасной работы, реализуема  пороговым ор- ее ганом 13, имеющим посто нную величину опорного напр жени , и зона 67, реализуема  пороговым органом 13 с измен емым опорным напр жением.

Уст.ройство дл  управлени  и защиту преобразовател  работает следующим образом .

При подаче сетевого напр жени  на вход 1 входного выпр мител  2, в качестве которого может быть использован диодгшй мост с ЬС-фильтром на выходе 5 на его выходах возникает пос- то нное напр жение, поступающее через датчик 3 тока и токоограничиваэтдий дроссель 33 на входы инвертора 4, Одновременно поступает напр жение на схем управлени , и канал управлени  образованный задающим генератором 36 и триггером 37 управлени , формирует импульсы управлени  с коэффициентом заполнени  (5.

При наличие на выходе триггера 37 управлени  нaпp жeшie логической единицы диод 43 или 44 закрыт и ток от положительного источника 23, протека  через резистор 53, стабилитрон 54 и диод 56, запирает управл ющий ключ блока 55 дл  управлени  силовым транзисторным ключом. При этом СИЛО- БОЙ ключ инвертора открываетс . При наличии на выходе триггера 37 управлени  напр жение логического нул  диод 43 или 44 открыт, ток положительного источника 23 протекает через не го 5 диод 56 запнраетс , а управл ющий ключ 55 отпираетс  током отрицательного источника 27 через резистор 57, При этом силовой ключ инвертора закрываетс . Выходные импульсы згадающего генератора 36 продифференцированные дифцепью 38, через элемент ИЛИ 40 открывает ключ 42 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 вре 1-5ени рассасывани  неосновных носите- лей. Ключ 42 паузы через диоды 45 и 46 отсекают от импульса .управлени  на выходе триггера 37 временной интервал , равный длительности бестоковой паузы. В 5oмeнт пуска, до истечени  промеж утка времени, достаточного дл  окончани  переходных процессов во входном выпр мителе 2 и в источни ке шатани  схемы управлени , на выходе блока. 22 задержки включени  присутствует положительное напр жение, через элемент ИЛИ 40 отпирающее ключ 42 паузы, которьй через диоды 45 и

46 блокирует выходы триггера 37 управлени  и силовые транзистторы инвар- I тора 4 остаютс  закрытыми, По истаче- 1-ши времени задержки, определ емой блоком 22 задержки включений, на его выходе формируетс , напр жение, близкое к нулю, и с третьего входа элемента ИЛИ 40 снимаетс  сигнал запрета . Импульсы управлени  с выхода 30 широтно-импульсного модул тора 12 усиливаютс  усилителем 7 мощности и поступают на базы силовых транзистор- нык ютючей инвертора 4, Инвертор запускаетс , и его выходное напр жени-е, .выпр мленное, например, двухполуперн- одным выпр мителем 5 и отфильтрован : ное LC-фильтром 6, поступает через датчик 29 выходного параметра на за- зким 28 дл  подключени  нагрузки, С выхода датчика 29 выходного параметра напр жение обратной св зи и опорное напр жение зажима 0 подаетс  на выходы усилител  9 обратной св зи, с выхода которого их усиленна  разность поступаеч- на второй вход компаратора 4i обратной св зи.. На первьй вход компаратора 41 подаетс  линейно нарастающее напр жение с выхода генератора 39 пилообразного напр жени , синхронизи- руемого выходными имп льсами дифцепи I 38, Б случае возникновени  разницы между напр жением обратной св зи и - опорным напр жением на выходе компара 1 тора 41 фop rиpyютc  положительные им- пульсы длительностью, пропорциональной величине указанной разницы, кото- I рые через элемент ИЛИ 40 открывает ; ключ 42 паузы, блокирующий выходы I триггера 37 управлени  и тем самым : измен ют коэффициент заполнени  ин- ; вертора в сторону уменьшени  или уве- I личени  в зависимости от знака воз- ; мушающего воздействи ,

i При уменьшении напр жени - питани  схемы управлени  на зажимах 23 и 27 до недопустимой величины срабатывают пороговые элементы 25 и 26, кото- pbie могут быть построены по схеме триггера Шмидта и через элемент ИЛИ 14 и транзистор 58 на управл ющий эле трод тиристора гибридной пары 59 глав . ного ключа 20 защиты поступает отпира : 1адий импульс. Тиристор открыва.етс  и через диод 32 и диоды 45 и 46 блокирует выходы триггера 37 управлени . после чего преобразователь полностью : отключаетс . Наличие этой защиты дик- : туетс  как необ ходимость поддержани 

г- Q 5 0 5 0 r 0

д сп -

5

нормальной работы - схемы упра)зл:--нк , так и жесткит требовани ми по обеспечению HONfflHanbHOH величины базового тока силовых транзисторньгх ключей, недостаточность которого при макси : мальном токе коллектора может привести к перегреву силовых, транзисторов, к выходу их из стро ,

Пороговые органы 8 и 13 настроены на разные уровни тока, причем пороговый орган 8, настроенный на уровень, назначительно превышающий уровень номинального тока первичной обмотки силового трансформатора, работает в режиме токовой отсечки, и порогЪвьй.орган 13, настроенный на. большую величину тока относита) 1ьно порогового органа 8, через элемент ИЛИ 14 и главный ключ 20 защиты полностью отключают преобразователь. Такое построение вызвано необходимостью повышени  надежности преобразователей. Оно позвол ет осуществить страховку системы токовой отсечки в случае ее сбо . При увеличении тока нагрузки, коротком за 1№ кании на выходе преобразовател , возникновении сквозного тока в инверторе 4 или замагнич.ивани  сердечника силового трансформатора инвертора 4 на интервале пуска выходной ток входного выпр мител  2, пред- ставл кщий собой сумму тока первичной обмотки силового трансформатора инвертора 4 и его тока намагничивани , возрастает, при этом возрастает величина напр жени , снимаемого с датчика 3 тока на вход порогового органа В. При достижении пороговой величины напр жение на выходе резисторно- го моста 48 мен ет знак и компаратор 47 формирует на светодио е оптопары 49 положительный импульс, после чего транзистор 50 запираетс  током фотодиода оптопары 49 и триггер 16 защиты , ранее приведенный в исходное состо ние по счетному входу импульсом задающего генератора 36, опрокидываетс . На его неинвертирующем выходе возникает напр жение логического нул , в св зи с чем выходы триггера 37 управлени  блокируютс  через диоды -45 и 46 и диод 21, и силовые транзисторы инвертора 4 запираютс . На инвер- тирунщем выходе триггера 16 защиЛ: по вл етс  напр жение логической единицы , которым зар жаетс  ,енсатор элемента 19 пам ти до величи 1ы, пропорциональной отсекаемому интервалу

импульса управлени , Следутадий тактовый импульс задающего генератора 36 возвращает триггер 16 защиты по счет- iHOMy входу в исходное состо ние, и чет- рез силовые ключи инвертора 4 снова протекает ток. При наличии устойчивости перегрузки триггер 16 защиты многократно срабатывает, отсека  по времеработы . Это  вление приводит разработ7 чика к расчетному завышению требуемых максимально допустимых параметров силовых транзисторных ключей, что в конечном итоге приводит к увеличению массы и габаритов преобразовател  и его удорожанию. Дл  устранени  этого недостатка в предлагаемом устройстве

ни зону перегрузки и уменьша  дпитель- д дл  управлени  и защиты преобразованость импульса инвертора, одновременно зар жа  конденсатор элемента 19 па- м ти. По достижении напр жением на конденсаторе величины, достаточной

дл  срабатывани  одноперекодного тран- з ющей-, сети и наоборот, что способству- зистора гибридной пары 59, тиристор ет смещению зоны 67 безопасной работег1  введен инвертирующий усилитель 35, позвол ющий уменьшить вапи шну опорного напр жени  пороговых органов 8 и 13 нри увеличении напр жени  пита

главного ключа 20 защиты отключает преобразователь в целом, Если перег- руз.ка кратковременна , то токова  отсечка защищает интервал без отключе- 20 ни  преобразовател . Посто нную времени элемента 19 пам ти выбирают из услови  недопустимого перегрева си- ловых транзисторов, В св зи с тем, что врем  запирани  силовых транзис- 25 торов инвертора 4 с момента выдачи команды на выключение определ етс  его временем спада и рассасывани , то VIЯ ограничени  тока в течение этого времени в цепь питани  инвертора 4 включен токоограничивающий дроссель 33 с обратным диодом.

При выборе уровн  срабатывани  мак симальной защиты, функцию которой реализует пороговый орган 13, руковод30

ты, контролируемой защитой в сторону возрастани  тока коллектора силовых транзисторных ключей инвертора при уменьшении напр жени  питающей сети и наоборот в пределах конкретной область; безопасной работы 65, Инверти- рующий усилитель 35 реализует следу- шую зависимость: U to К ( - U где выходное напр жение операционного усилител  60; К - коэффициент усилени  операционного усилител ;

напр жение на стабилитроне 62

ствуютс  обычно возможностью возникновени  режима короткого замыкани  нагрузки инвертора при максимальном на- пр  жении питающей сети. Поэтому на графике области 65 безопасной работы дк (см, фиг, 7} конкретного транзистора (дл  соответствующих длительности и

скважности импульсов) определ етс  гранична  точка соответствующа  максим ль но допустимому току силового транзисторного ключа при максимальном заданном напр жении на коллекторе. При работе преобразовател  со стабилизацией

.уровн  выходной мощности возникает условие, когда максимальному напр же- м кию питающей сати соответствует минимальный ток коллектора при номиналь- . ной нагрузке, а минимальному сетевому напр жению - максимальный коллекторный ток, что приводит к недонспользо- ванию силового транзистора по току при наличии стабильного опорного напр жени  пороговых органов 8 и 13, которые реализуют зону 66 безопасной

Claims (1)

1. - 43 напр жение на резисторе 63, Ограничение в сторону увеличени  тока коллектора легко осуществл етс  самим операционным усилителем 60 при соответствующих К и щнимaльнoй вели™ чине напр жени  на резисторе 63, соответствующей минимуму сетевого напр же ни , С выхода усилитеп  60 напр жение поступает на входы опорного напр жени  пороговых органов 8 и 13, уменьша  КПУ увеличива  порог- срабатывани  их при увеличении или снижении напр жени , а следовательно, и напр жени  на выходе входного выпр мител  2, Таким об- разом, зона 66 безопасной работы си- Д5 ловых транзисторных ключей, обеспеченна  базовой схемой сдвигаетс  в сторону больщих значений при снижении напр жени  на выходе входного выпр мите- л  2 и принимает вид 67, Формула изобрет. ели 

   Устройство дл  управлени  и защиты преобразовател  по авт, св. № 13361715 отличающеес  тем, что, с целью уменьшени  массы и габаритов, оно снабжено инвертирующим усилителем5 входные выводы которого подключены к выходу входного выпр мител , а выход к вг.одам опорного напр жени  первого и н ;. орого пороговых органов.

   ющей-, сети и наоборот, что способству- ет смещению зоны 67 безопасной работег1  введен инвертирующий усилитель 35, позвол ющий уменьшить вапи шну опорного напр жени  пороговых органов 8 и 13 нри увеличении напр жени  пита0 5

   0

   ты, контролируемой защитой в сторону возрастани  тока коллектора силовых транзисторных ключей инвертора при уменьшении напр жени  питающей сети и наоборот в пределах конкретной область; безопасной работы 65, Инверти- рующий усилитель 35 реализует следу- шую зависимость: U to К ( - U); где выходное напр жение операционного усилител  60; К - коэффициент усилени  операционного усилител ;

   напр жение на стабилитроне 62;

   к

   - 43 напр жение на резисторе 63, Ограничение в сторону увеличени  тока коллектора легко осуществл етс  самим операционным усилителем 60 при . соответствующих К и щнимaльнoй вели™ чине напр жени  на резисторе 63, соответствующей минимуму сетевого напр же ни , С выхода усилитеп  60 напр жение поступает на входы опорного напр жени  пороговых органов 8 и 13, уменьша  КПУ увеличива  порог- срабатывани  их при увеличении или снижении напр жени , а следовательно, и напр жени  на выходе входного выпр мител  2, Таким об- разом, зона 66 безопасной работы си- 5 ловых транзисторных ключей, обеспеченна  базовой схемой сдвигаетс  в сторону больщих значений при снижении напр жени  на выходе входного выпр мите- л  2 и принимает вид 67, Формула изобрет. ели 

   Устройство дл  управлени  и защиты преобразовател  по авт, св. № 13361715 отличающеес  тем, что, с целью уменьшени  массы и габаритов, оно снабжено инвертирующим усилителем5 входные выводы которого подключены к выходу входного выпр мител , а выход к вг.одам опорного напр жени  первого и н ;. орого пороговых органов.

   Z7

   57

   ,гз

   53

   5 -йУ

   Ж

   M2J

   Рмг. ;

   ЧИ}-

   п Фт. г