SU1557673A1

SU1557673A1 - Устройство управлени широтно-импульсным усилителем мощности

Info

Publication number: SU1557673A1
Application number: SU884426183A
Authority: SU
Inventors: Сергей Иванович Малафеев; Виктор Степанович Мамай; Андрей Алексеевич Андреев
Original assignee: Владимирский политехнический институт
Priority date: 1988-05-16
Filing date: 1988-05-16
Publication date: 1990-04-15

Abstract

Изобретение может быть использовано в системах управлени электроприводами посто нного тока. Цель - расширение функциональных возможностей за счет управлени мостовыми усилител ми и повышение точности при изменени х частоты тактовых импульсов. Дл ее достижени в устройство введены инверторы 13, 14 и релейный элемент 3. Устройство содержит также источник 1 управл ющего напр жени , генератор 2 тактовых импульсов, триггер 4, коммутаторы 5, 6, формирователи 7, 8 импульсов сброса, интеграторы 9, 10, компараторы 11, 12. 3 ил.

Description

фиа.1

Изобретение относитс к области импульсной техники и может быть использовано в системах управлени электроприводами посто нного тока.

Целью изобретени вл етс расширение функциональных возможностей за счет управлени мостовыми усилител ми и повышение точности при изменени х частоты тактовых импульсов.

На фиг. 1 приведена функциональна схема устройства управлени ши- ротно-импульсным усилителем мощности на фиг. 2 - схема подключени устройства к мостовому усилителю; на фиг. 3 временные диаграммы работы одного канала устройства.

Устройство управлени широтно-им- пульсным усилителем мощности содержит источник 1 управл ющего напр - жени , генератор 2 тактовых импульсов , релейный элемент 3, тоиггер k, коммутаторы 5, 65 формирователи 7, 8 импульсов сброса, интеграторы 9, 10, компараторы 11, 12, инверторы 13, 1 Первые входы коммутаторов 5, 6 соединены с выходом источника 1 управл ющего напр жени и входом релейного элемента 3, выход которого соединен с вторыми входами коммута- торов 5, 6, управл ющие входы которы соединены соответственно с пр мым и инверсным выходами триггера k, a через формирователи 7, 8 импульсов сброса - с установочными входами интеграторов 9, Ю, входы которых соединены соответственно с выходами коммутаторов 5, 6, а выходы соответственно с первыми входами компараторов 11, 12, вторые входы которых сое динены с общей шиной, а выходы - соответственно с первой и второй выходной шинами устройства и соответственно через инверторы 13, 1 с третьей и четвертой выходными шинами устрой- ства, причем вход триггера соединен с выходом енератора 2 тактовых импульсов. Релейный элемент 3 может быть выполнен на инвертирующем операционном усилителе с разомкнутой об- ратной св зью.

Мостовой усилитель, управл емый устройством управлени широтно-им- пульсным усилителем мощности, может быть выполнен, например, на четырех транзисторных ключах, включенных последовательно попарно между шинами источника питани , нагрузка включена между объединенными выводами пар

ключей, а управл ющие входы ключей каждой пары соединены с входом и выходом выходных инверторов устройства.

На временной диаграмме (фиг. 3) приведены следующие сигналы: иу - выходное напр жение источника 1 управл ющего напр жени , U0 - выходное напр жение релейного элемента 3, U- - выходное напр жение элемента с индексом 1. Дл положительного управл ющего напр жени сигналы с индексом более 8 мен ют пол рность или фазу на противоположную.

Устройство управлени широтно-им- пульсным усилителем мощности работает следующим образом.

Генератор 2 тактовых импульсов формирует импульсы с периодом следовани Т, которые поступают на вход триггера h. На пр мом и инверсном выходах триггера k при этом формируютс две противофазные последователь ности пр моугольных импульсов с периодом 2Т. Эти последовательности определ ют состо ние коммутаторов 5 и 6: при О, Ц, 1Ге , где 1ГЈ-напр жение, соответствующее уровню 1, коммутатор 5 находитс в положении $, коммутатор 6 - в положении 5 . При U4 1Ге U 0, наоборот, коммутатор 5 находитс в положении б , коммутатор 6 - в положении а . Кроме того, сигналы U 4. и О поступают на входы соответственно формирователей 7, 8 импульсов сброса, которые по отрицательным фронтам входных импульсных последовательностей формируют короткие импульсы U7 и Ug , устанавливающие интеграторы 9 и 10 в исходное состо ние Ug Uro 0. Так как управл ющие входы коммутаторов 5 и 6 подключены соответственно к пр мому и инверсному выходам триггера Ь, то они всегда наход тс в противоположных состо ни х (соответственно « , 5 или а ) и подключают ко входам интеграторов 9 и 10 поочередно управл ющее напр жение U и напр жение U0 с выхода релейного элемента 3. Выходное напр жение релейного элемента 3 определ етс знаком управл ющего напр жени Uy и равно

55

U5

-U0 при Uv -70; +U0 при Иу 0.

Таким образом, оба интегратора 9 и

10 работают аналогично, но в проти- вофазе. При этом работа каждого интегратора происходит в два такта одинаковой длительности Т.

В начальный момент t 0 интегратор 9 выходным импульсом Uj формировател 7 импульсов сброса установлен в состо ние U3(0) 0. На выходе интегратора 10 при t 0 имеетс началь- нов напр жение Uf, (0). В первом такте при 0 t Т на пр мом выходе триггера действует сигнал с уровнем О, а на инверсном - 1. Следовательно , коммутатор 5 находитс в сое- то нии d, а коммутатор 6 в состо нии 5 . Ко входу интегратора 9 приложено управл ющее напр жение U , а ко входу интегратора 10 - напр жение с выхода релейного элемента U3.

При отрицательном входном управл ющем напр жении U 0 выходной сигнал релейного элемента U3 + if0 . Выходные напр жени интеграторов 9 и 10 в этом случае в первом такте при допущении U у const определ ютс выражени ми:

t

Ug - К, J Uy dt - KgUyt;

Ufo Цо - Kio 1 Vt U1 0)

ve t,

где Kg, К(0 - коэффициенты передачи

интеграторов 9 и 10. В первом такте выходное напр жение интеграторов 9 положительно и при t Т достигает значени Ug(T) - 0. Выходной сигнал компаратора 11 при этом U f1 ггв . Так как интеграторы работают в противо- фазе, то U3(T) U 1б (0) .Выходное напр жение интегратора 10 в первом

Таким образом, в течение цикла из двух тактов на выходах компараторов 11 и 12 формируютс сигналы:

35

40

ир при 0 t Т + t

о

при Т + t0 t

при 0 4 t t.

21; и 2T

при

t0 t Т

Сигналы U1t и Un с выходов компараторов 11 и 12 инвертируютс с по- такте уменьшаетс от значени Uie (0) . мощью инверторов 13 и 14, на выходах 0 и в момент времени t t0 дости- которых формируютс сигналы: гает 0, что приводит к переключению компаратора 12 и установлению на егоfO

выходе сигнала 0. При t Ти

выходным импульсом U& формировател JQ 8 импульсов сброса второй интегратор 10 устанавливаетс в исходное состо ние и1в (т) о.

Во втором такте Т : t r 2T на пр мом и инверсном выходах триггера

13

Ui1

при 0 t :te + T + Т i t 2Т

S. при t

О при 0 Ј t

t0 и Т t 2Т

k действуют сигналы U4 i/e , U4 0. Следовательно, коммутатор 5 находитс в положении 5 , коммутатор 6 - в положении а . Ко входу интегратор Э

55

У. при t. t T

Управл ющие импульсы U.,, .. ,подаютс на входы ключей 15 . В результате в интервале 0 t Јt0

Гб.

приложено напр жение V, с выхода релейного элемента 3, а ко входу интегратора 6 - управл ющее напр жение Uv. Выходные сигналы интеграторов 9 и 10 измен ютс в соответствии с уравнени ми

t

Ug - KgUyT +

кэ J

W,dt

- к,и,т +

+ К, 1Г0 (t-T);

10

t

- K10 J Uy Jt - KfoU,()

Выходное напр жение интегратора и на выходе компаратора

10 U10 О

12 действует сигнал 1 Uf. Ue

Выходное напр жение интегратора 9 уменьшаетс от значени U3(T)

- KgUyT и при достижении им нулевого значени , т.е. при t Т + t0, происходит переключение компараторэ 11 и установление на его выходе сигнала U1f 0. В конце второго такта

происходит установка интегратора 9 выходным импульсом формировател 7 импульсов сброса в состо ние Ue О, а выходное напр жение интегратора 10 достигает значени U10(2T)

- K10U3T. Далее процесс периодически повтор етс .

35

ир при 0 t Т + t

о

при Т + t0 t

при 0 4 t t.

21; и 2T.

40

при

t0 t Т

Сигналы U1t и Un с выходов раторов 11 и 12 инвертируютс щью инверторов 13 и 14, на в торых формируютс сигналы: fO

13

при 0 t :te + T + Т i t 2Т

S. при t

Ui1

О при 0 Ј t

t0 и Т t 2Т

У. при t. t T

Гб.

ток протекает питани ключ

В интервале 16 и 18, ко ,.

10

15

открыты ключи 15 и 18 и по цепи: плюс источника ключ 15 - нагрузка 19 - минус источника питани ср t Ј Т открыты ключи |горые закорачивают нагрузку. Аналогичным образом происходит коммутаци ключей во втором такте (Т Ј 2Т). Таким образом, в течение периода Т нагрузка подключаетс к источнику питани .

При положительном управл ющем напр жении процессы аналогичны указанным, отличие состоит в том, что подключение нагрузки к источнику питани осуществл етс с помощью ключей 16 и 17, при этом ток протекает по цепи: плюс источника питани - ключ 17 - нагрузка 19 - ключ 1б - минус источника питани (фиг. А), т.е. измен етс пол рность напр жени на нагрузке 19.

Достоинством поочередного способа управлени мостовым транзисторным преобразователем вл етс то, что при любом знаке входного сигнала в состо нии переключени наход тс все k транзисторных ключа моста, однако частоты переключени каждого из них в 2 раза меньше частоты напр жени на выходе. Управл ющие напр жени транзисторных ключей одной фазы моста посто нно наход тс в противофа- зе, при этом ключи переключаютс че- 35 рез период выходного напр жени Т. Этим достигаютс одинаковые услови работы полупроводниковых приборов

в мостовой схеме, i

Относительна длительность импульсов при этом равна

1 Т

1557673, 8

усилителем мощности релейного элемента и двух инверторов позволило повысить точность работы при нестабильной частоте тактовых импульсов и расширить функциональные возможности устройства путем управлени не только одноканальными усилител ми мощности, но и мостовыми усилител ми .

20

25

30

40

ч. Uj

tV

Claims

Формула изобретени Устройство управлени широтно-импульсным усилителем мощности, содержащее источник управл ющего напр жени , соединенные последовательно генератор тактовых импульсов и- триггер , пр мой выход которого соединен с управл ющим входом первого коммутатора и через первый формирователь импульсов сброса - с установочным входом первого интегратора, вход которого соединен с выходом первого коммутатора, а выход - с первым входом первого компаратора, и второй коммутатор, выход которого соединен с входом второго интегратора, а управл ющий вход - с инверсным выходом триггера и через второй формирователь импульсов сброса - с установочным входом второго интегратора, выход которого соединен с первым входом второго компаратора, отли чающеес тем, что, с целью расширени области применени за счет управлени мостовым усилителем и повышени точности при изменени х частоты тактовых импульсов, в него дополнительно введены два инвертора и релейный элемент, вход которого соединен с выходом источника управл ющего напр жени и первыми входами обоих коммутаторов, а выход - с вторыми входами обоих коммутаторов, при этом выходы первого и второго компараторов соединены с первой и второй выходными шинами, а через первый и второй инверторы - с третьей и четвертой выходными шинами устройства соответственно, а их вторые входы - с общей шиной.

т.е. пр мо пропорционально входному управл ющему напр жению и не зависит от изменений периода следовани им- пульсов.

Таким образом, введение в устройство управлени широтно-импульсным

5

35

0

5

0

40

45

50

Формула изобретени Устройство управлени широтно-импульсным усилителем мощности, содержащее источник управл ющего напр жени , соединенные последовательно генератор тактовых импульсов и- триггер , пр мой выход которого соединен с управл ющим входом первого коммутатора и через первый формирователь импульсов сброса - с установочным входом первого интегратора, вход которого соединен с выходом первого коммутатора, а выход - с первым входом первого компаратора, и второй коммутатор, выход которого соединен с входом второго интегратора, а управл ющий вход - с инверсным выходом триггера и через второй формирователь импульсов сброса - с установочным входом второго интегратора, выход которого соединен с первым входом второго компаратора, отличающеес тем, что, с целью расширени области применени за счет управлени мостовым усилителем и повышени точности при изменени х частоты тактовых импульсов, в него дополнительно введены два инвертора и релейный элемент, вход которого соединен с выходом источника управл ющего напр жени и первыми входами обоих коммутаторов, а выход - с вторыми входами обоих коммутаторов, при этом выходы первого и второго компараторов соединены с первой и второй выходными шинами, а через первый и второй инверторы - с третьей и четвертой выходными шинами устройства соответственно, а их вторые входы - с общей шиной.

Заказ 723

Тираж 659

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретени м и открыти м при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушска наб., д. 4/5