SU1577018A1 - Устройство дл управлени и защиты преобразовател - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электротехнике. Целью изобретени   вл етс  расширение функциональных возможностей путем обеспечени  защиты силовых транзисторов преобразовател  от перегрузок по току в динамических режимах, а именно при пуске, скачкообразном изменении тока нагрузки или питающего напр жени  и одностороннем подмагничивании трансформатора преобразовател . Устройство 1 дл  управлени  и защиты содержит широтно-импульсный модул тор 13, осуществл ющий сравнение сигнала, пропорционального мгновенному значению тока в первичной обмотке выходного трансформатора 23 преобразовател  21, с суммой пилообразного сигнала и сигнала рассогласовани  или сигнала, пропорционального выходному напр жению преобразовател , который вырабатываетс  усилителем 5 сигнала защиты. При допустимом токе нагрузки преобразовател  устройство обеспечивает стабилизацию его выходного напр жени . При перегрузке по току нагрузки или при пуске преобразовател  устройство обеспечивает ограничение длительности открытого состо ни  силовых транзисторов преобразовател  в зависимости от величины тока в первичной обмотке выходного трансформатора 23 преобразовател  21. При несимметричной работе выходного трансформатора 23 преобразовател  устройство обеспечивает изменение длительности открытого состо ни  силовых транзисторов преобразовател  таким образом, чтобы исключить возможность одностороннего подмагничивани  выходного трансформатора 23 преобразовател . 5 ил.

Description

Фиг.1

преобразовател  21, с суммой пилообразного сигнала и сигнала рассогласовани  или сигнала, пропорционального выходному напр жению преобразовател , который вырабатываетс  усилителем 5 сигнала защиты. При допустимом токе нагрузки преобразовател  устройство обеспечивает стабилизацию его выходного напр жени . При перегрузке по току нагрузки или при пуске преобразовател  устройство обеспечивает ограничение длительности открытого состо  0184

ни  силовых транзисторов преобразова-, тел  в зависимости от величины тока в первичной обмотке выходного трансформатора 23 преобразовател  21. .При несимметричной работе выходного трансформатора 23 преобразовател  устройство обеспечивает изменение длительности открытого состо ни  силовых тран- зисторов преобразовател  таким образом , чтобы исключить возможность одностороннего подмагничивани  выходного трансформатора 23 преобразовател .5 ил.

Изобретение относитс  к устройствам управлени  стабилизирующими преобразовател ми и может быть использова- но при разработке стабилизирующих источников вторичного электропитани  (ИВЭП), в том числе с бестрансформаторным подключением к питающей сети.

Целью изобретени   вл етс  расширение функциональных возможностей путем обеспечени  защиты силовых транзисторов преобразовател  от перегрузок по току в динамических режимах, а именно при пуске, скачкробразном

изменении тока нагрузки или питающего напр жени  и одностороннем подмагни- чивании трансформатора преобразовател .

На фиг. 1 представлена функциональ на  схема устройства дл  управлени  и защиты; на биг. 2 - диаграммы его работы в статическом режиме и при одностороннем подмагничивании выходного трансформатора; на фиг. 3 - диаграммы его1 работы в режиме перегрузки по току нагрузки; на фиг. 4 - диаграммы его работы в режиме пуска; на сЬиг.5 - регулировочные характеристики усилителей рассогласовани  и защиты.

Устройство 1 дл  управлени  и защиты содержит усилитель 2 сигнала рассогласовани , первый вход которого подключен к источнику 3 опорного напр жени , второй вход - к выходу 4 дл  подключени  выхода цепи обратной св зи преобразовател  и входу усилител  5 сигнала защиты, а выход через резисторы 6 и 7 и диод 8 - к выходу усилител  сигнала защиты, точка соединени  резистора 6 и диода 8 через резистор 9 св зана с резистором 10, другим выводом подключенным к общей шине Т 1, выходом генератора 12 пило

Q

5

0

0

5

5

0

5

образного сигнала и первым входом ши- ротно-импульсного модул тора 13, в качестве которого может быть использован компаратор с выходным RS-тригге- ром, второй вход широтно-импульсного модул тора 13 подключен к выходу 14 дл  подключени  к выходу узла защиты преобразовател  по току, а выход к сигнальному входу узла 15 формировани  выходных импульсов, синхронизирующий вход которого через задающий генератор 16 св зан с генератором 15 пилообразного сигнала и синхронизирующим входом широтио-импульсного модул тора 13, а выходы подключены к выводам 17 и 18 дл  подключени  к управл ющим входам преобразовател  и узел защиты преобразовател  19 по току, подключенный первым выводом к выводу 14, а вторым к общей шине 11. Кроме того, на фиг. 1 изображены основные силовые узлы ИВЭП с бестрансформаторным подключением к питающей сети; сетевой выпр митель 20, вход которого подключен к первичной сети электропитани  с напр жением U0, a выход - к силовому входу преобразовател  21, содержащего транзисторный высоковольтный инвертор 22, выход которого через узел защиты преобразовател  19 по току и выходной трансформатор 23 св зан с выходным выпр мителем 24.

На фиг. 2-5 имеютс  следующие обозначени : 25 - выходной сигнал задающего генератора; 26 - выходной сигнал генератора пилообразного сигнала; 27 - сигнал в точке соединени  резисторов 6 и 9; 28 - сигнал узла защиты преобразовател  по току; 29 - сигнал на первом входе широтно-импульсного модул тора; 30 - выходной сигнал широтно-импульсного модул тора; 31,32 - выходные импульсы устройства дл  управлени ; 33 - выходное напр жение выходного трансформатора преобра,зовате- л ; 34 - врем ; 35 - регулировочна  характеристика усилител  сигнала защиJ5

ты; 36 - регулировочна  характеристика усилител  сигнала рассогласовани .

Устройство работает следующий образом .

В режиме стабилизации выходного напр жени  преобразовател  рабоча  точка усилител  2 сигнала рассогласовани  находитс  на участке ВГ его регулировочной характеристики 36 (фиг.4) Поскольку выходной сигнал усилител  2 сигнала рассогласовани  в этом режиме меньше, чем выходной сигнал усилител  5 сигнала защиты (пр ма  35 на фиг. 4), то диод 8 заперт, и усилитель 5 сигнала защиты не оказывает вли ни  на работу устройства. На первый вход широтно-импульсного модул тора 13 поступает сигнал, равный

.s Sr1 - - (t)

где Up - выходное напр жение усилител  2 сигнала рассогласовани ;

I - выходной ток генератора пило- 30 Форматора 23 преобразовател  (наприобразного сигнала 5;

R,

R.,R - сопротивлени  резисторов 6,9

и Ю, соответственно. На второй вход широтно-импульсного модул тора 13 поступает выходной сигнал 28 узла защиты преобразовател  19 по току, пропорциональный току первичной обмотки выходного трансформатора 23 преобразовател  21 и коллекторному току силовых транзисторов. Широтно-им пульсный модул тор 13 измен ет уровень своего выходного сигнала в тот момент, когда напр жени  на его первом и втором входах станов тс  одина- ковыми, и восстанавливаетс  в исходное состо ние при по влении сигнала 25.

На фиг. 2а показано состо ние устройства при нахождении рабочей точки

усилител  2 рассогласовани  в точке В (фиг. 5). В этом случае выходной сигнал усилител  рассогласовани  имеет максимальную величину и длительность

На фиг. 3 показана работа устрой ва при перегрузке преобразовател  п току нагрузки, возникающей в момент причем в момент времени, предшеству щий t,, рабоча  точка усилител  сиг нала рассогласовани  находилась в т

выходных импульсов 30 широтно-импульс-eg ке В (фиг. 5). Выходное напр жение

ного модул тора 13 (а, следовательно; длительность открытого состо ни  силовых транзисторов) максимальна. Б узле формировани  выходных импульсов

преобразовател  уменьшаетс , и в те ние интервала времени . рабоча точка усилител  сигнала рассогласов ни  перемещаетс  по участку ВБ. В м

0

производитс  деление частоты следовани  импульсов 30 на два, разделение их по двум каналам управлени  преобразователем и формирование фиксированной паузы.

Если выходное напр жение преобразовател  по какой-либо причине стремитс  увеличитьс  сверх номинального, то увеличиваетс  величина сигнала обратной св зи, поступающего на вывод 4, и выходное напр жение усилител  2 сигнала рассогласовани  уменьшаетс  в соответствии с характеристикой 36. Как 5 видно из фиг. 26, длительность открытого состо ни  силовых транзисторов инвертора при этом уменьшаетс , и выходное напр жение преобразовател  возвращаетс  к номинальному значению.

При номинальном токе нагрузки преобразовател  и максимальном напр жении питающей сети рабоча  точ ка усилител  сигнала рассогласовани  перемещаетс  в точку Г (фиг. 5). Длительность открытого состо ни  силовых транзисторов преобразовател  при этом близка к нулю (фиг. 2в).

В случае возникновени  одностороннего подмагничивани  выходного транс

5

5

Q

0

мер, за счет уменьшени  падени  напр жени  на силовых транзисторах одного плеча инвертора 22 в св зи с их разогревом , см. пунктир на фиг. 2а) скорость нарастани  сигнала 28 увеличиваетс  и длительность открытого состо ни  силовых транзисторов данного плеча уменьшаетс  таким образом, чтобы вольт-секундные площади положительных и отрицательных импульсов 33 были одинаковыми . Это преп тствует развитию подмагничивани  и обеспечивает защиту транзисторов от перегрузок, причем максимальное амплитудное значение их коллекторного тока в режиме исключени  подмагничивани  практически не превышает максимальной амплитуды рабочего тока.

На фиг. 3 показана работа устройства при перегрузке преобразовател  по току нагрузки, возникающей в момент tf, причем в момент времени, предшествующий t,, рабоча  точка усилител  сигнала рассогласовани  находилась в точ-1

ке В (фиг. 5). Выходное напр жение

преобразовател  уменьшаетс , и в течение интервала времени . рабоча  точка усилител  сигнала рассогласовани  перемещаетс  по участку ВБ. В мо-

кент времени t выходной сигнал ycmti тел  2 сигнала рассогласовани  становитс  равным выходному сигналу усилител  5 сигнала защиты, и при дальнейшем уменьшении выходного напр жени  преобразовател  диод 8 открываетс . При этом выход усилител  2 сигнала рассогласовани  оказываетс  зашунти- рованным цепочкой, состо щей из peзисторов 6 и 7, диода 8 и выходного сопротивлени  усилител  5 сигнала за- щиты, и сигнал 27 начинает определ тьс  регулировочной характеристикой 35 усилител  сигнала защиты. Уменьшение выходного напр жени  преобразовател  приводит теперь к резкому уменьшению сигнала 27 и резкому уменьшению длительности открытого состо ни  силовых транзисторов при перегрузке по току нагрузки преобразовател , в первый

г мант ограничивав с  а уровне, незначительно превышающем максимальную шшитуду рабочего тока, а в дальне- .- or. :ревень огрьл.юЧг .и .. л-1игельно снижаетс , что повышает надежность рг богы преобразовател  в данном режиме. На фиг, 4 показаны диаграммы раба - ты устройства в режиме пуска. Как следует из фиг.5, на начальном этапе пус- ка выходной сигнал усилител  2 сигнала рассогласовани  превышает выходной сигнал усилител  сигнала защиты. В этом случае диод 8 открыт, и к первому входу широтно-импульсного моду- л тора 13 прикладываетс  напр жение

(2)

ТТ - -R

ui г

10

где U, выходное напр жение усилител  5 сигнала защиты; I - выходной ток генератора 12

пилообразного сигнала;

R

7

R0,R - сопротивлени  резисторов 7,9

и 10.4

Как следует из выражени  (2), порог срабатывани  токовой защиты при малой величине U-  вл етс  небольшим. Длительность выходных сигналов 31 И 32 и, следовательно, длительность открытого состо ни  силовых транзисторов преобразовател  при этом мала, а их коллекторный ток несмотр  на высокую скорость его нарастани  ограничиваетс  на уровне, который значительно меньше допустимого рабочего тока. По мере роста выходного напр жени  преобразовател  рабоча  точка усилител  сигнала защиты перемещаетс  по

5

- jn . ; Чд

2 - зо дд

45

участку ОБ в сторону точки Б (фиг.5), что приводит к постепенному увеличению порога брабатывани  защиты и длительности открытого состо ни  силовых транзисторов в зависимости от тока нагрузки преобразовател , причем чем больше ток нагрузки, тем больше скорость нарастани  коллекторного тока.и сигнала 28, и тем меньше длительность открытого состо ни  силовых транзисторов . Это обеспечивает эффективную защиту силовых транзисторов, а также способствует изменению времени выход на режим в зависимости от тока нагрузки , причем чем меньше ток нагрузки , тем меньше врем  выхода на режим.

По мере дальнейшего роста выходного напр жени  преобразовател  рабоча  точка усилител  5 сигнала защиты .ер 1 ходит в точку Б и при дальнейшем госте выходного напр жени  диод 8 закры ваетс , после чего сигнал 29 определ тс  выражением О4. Наличие у-- т ка 8В (фиг. 5) способствует мально возможной скорости нарастани  выходного напр жени , так как при нахождении рабочей точки усилител  сь. нала рассогласовани  на данном участке длительность открытого состо ни  силовых транзисторов преобразовател  максимальна. Когда выходное напр жение преобразовател  достигает номинального значени , рабоча  точка усилител  сигнала рассогласовани  перемещаетс  на участок ВГ и процесс пуска заканчиваетс .

Как следует из фиг. 4, коллекторный ток силовых транзисторов при пус ке ограничиваетс  на уровне, который гарантированно меньше максимального рабочего тока.

Claims (1)

1. Следует отметить, что если в процессе работы устройства произойдет резкое увеличение тока нагрузки или питающего напр жени  (в допустимых пределах), привод щее в первый момент к резкому увеличению скорости нарастани  тока первичной обмотки выходного трансформатора преобразовател , то устройство обеспечит его Ограничение и плавный переход преобразовател  в новый режим, что исключает возможность одностороннего подмагничивани  трансформатора и перегрузки силовых транзисторов. Формула изобретен -

   Устройство дл  управлени  и защиты преобразовател , содержащее усилитель

   сигнала рассогласовани , первый вход которого подключен к источнику опорного напр жени , а второй вход соединен с выводом дл  подключени  к выходу цепи обратной св зи преобразовател , усилитель сигнала защиты, широтно-им- пульсный модул тор, вход которого через генератор пилообразного сигнала соединен с выходом задающего генерато-ю ра, подключенного также к синхронизирующему входу узла формировани  выходных импульсов, сигнальный вход которого подключен к выходу широтно-импульс- tforo модул тора, а выходы - к выводам 1 дл  подключени  управл ющих входов преобразовател , а вывод дл  подключени  к выходу узла защиты преобразовател  по току, отличающее- с   тем, что, с целью расширени  функциональных возможностей путем обеспечени  защиты силовых транзисторов преобразовател  от перегрузок по току в динамических режимах, а именно при пуске, скачкообразном изменении тока нагрузки или.питающего напр же2

   2

   ни  и одностороннем подмагничивании выходного трансформатора пенообразовател , введены четыре резистора, ши- ротно-импульсный модул тор выполнен с синхронизирующим входом, а генератор пилообразного сигнала выполнен в виде генератора пилообразного тока, причем выход усилител  сигнала рассогласовани  через первый резистор, диод в провод щем направлении и второй резистор св зан с выходом усилител  сигнала защиты, вход которого подключен к второму входу усилител  сигнала рассогласовани , точка соединени  первого резистора и диода через третий резистор соединена с первым входом ши- ротно-импульсного модул тора, через четвертый резистор соединенным с общей шиной, второй вход широтно-им-/ : пульсного модул тора соединен с выводом дл  подключени  к выходу узла защиты преобразовател  по току, а третий вход - с входом генератора пилообразного сигнала.

   36