Устройство для управления и защиты преобразователя — SU 1577018 (original) (raw)
СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 5 Н 02 М 5/04 7 1 с СА АВТОРСКОМУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОЧНРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(21) 4403518/24-07(22) 04,04,881 (53) 621. 316, 727: 621. 316. 925.4 (088. 8) (56) Источники электропитания радио" электронной аппаратуры. /Справочник под ред. Г.С,Найвельта - М.: Радио и связь, 1985, с. 375, 380, рис.9.17, 9 19 ю 9 20Фильцер И.Г., Найвельт Г.С. Иикросхемы управления для многоканальных стабилизирующих преобразователей постоянного напряжения. Сб. Полупроводниковая электроника в технике связи. Под ред. И.Ф.Николаевского, вып,25. М. Радио и связь, 1985, с. 215, 216, рис.1.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЧ УПРАВЛЕНИЧ И ЗйЦИТЫ ПРЕОБРЛЗОВЛТЕЛЧ(57) Изобретение относится к электротехнике. Целью изобретения являетсярасширение функциональных возможностей путем обеспечения защиты силовыхтранзисторов преобразователя от перегрузок по току в динамическнх режимах, а именно при пуске, скачкообразном измененцц тока нагрузки или питающего напряжения и одностороннем подмагничиванци трансформатора преобразователя, У .троцство 1 для управления и защиты, содержит широтно-импульсный модулятор 13, осуществляющий сравненце сигнала, пропорционального мгновенному значению тока в первичной обмотке выходного трансформатора 233 15770 йреобраэователя 21, с суммой пилообразного сигнала и сигнала рассогласования или сигнала, пропорционального выходному напряжению преобразователя который вырабатывается усилителем 5 сигнала защиты. При допустимом токе нагрузки преобразователя устройство обеспечивает стабилизацию его выходного напряжения. При перегрузке по току нагрузки или при пуске преобразователя устройство обеспечивает ограничение длительности открытого состоя 18ния силовых транзисторов преобразова-, теля в зависимости от величины тока в первичной обмотке выходноготрансформатора. 23 преобразователя 21. При несимметричной работе выходного трансформатора 23 преобразователя устройство обеспечивает изменение длительности открытого состояния силовых транзисторов преобразователя таким образом, чтобы исключить возможность одностороннего подмагничивания выходного трансформатора 23 преобразователя,5 ил.Изобретение относится к устройствам управления стабилизирующими преобразователями и может быть использовано при разработке стабилизирующих источников вторичного электропитания(ИВЭП), в том числе с бестрансформаторным подключением к питающей сети,Целью изобретения является расширение функциональных возможностей путем обеспечения защиты силовых транзисторов.преобразователя от перегрузок по току в динамических режимах,а именно при пуске, скачкробразном 30изменении тока нагрузки или питающегонапряжения и одностороннем подмагничивании трансформатора преобразователя,На фиг. 1 представлена функциональ ная схема устройства для управленияи защиты; на фиг. 2 - диаграммы егоработы в статическом режиме и при одностороннем-подмагничивании выходноготрансформатора; на фиг. 3 - диаграммы его работы в режиме перегрузки потоку нагрузки; на фиг. 4 - диаграммыего работы в режиме пуска; на фиг.5 -регулировочные характеристики усилителей рассогласования и защиты. 45Устройство 1 для управления и защиты содержит усилитель 2 сигнала рассогласования, первый вход которогоподключен к источнику 3 опорного напряжения, второй вход - к выходу 4для подключения выхода цепи обратнойсвязи преобразователя и входу усилителя 5 сигнала защиты, а выход черезрезисторы 6 и 7 и диод 8 - к выходуусилителя сигнала защиты, точка соединения резистора 6 и диода 8 черезрезистор 9 связана с резистором 10,другим выводом подключенным к общейшине 11, выходом генератора 12 пилообразного сигнала и первым входом широтно-импульсного модулятора 13, в качестве которого может быть использован компаратор с выходным КБ-триггером, второй вход широтно-импульсного модулятора 13 подключен к выходу 14 для подключения к выходу узла защиты преобразователя по току, а выход к . сигнальному входу узла 15 формирования выходных импульсов, синхронизирующий вход которого через задающий генератор 16 связан с генератором 15 пилообразного сигнала и синхронизирующим входом широтно-импульсного модулятора 13, а выходы подключены к выводам 17 и 18 для подключения к управляющим входам преобразователя и узел защиты преобразователя 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 выпрямитель 20, вход которого подключен к первичной сети электропитания с напряжением 0, а выход - к силовому входу преобразователя 21, содержащего транзисторныйфвысоковольтный инвертор 22, выход которого через узел защиты преобразователя 19 по току и выходной трансформатор 23 связан с выходным выпрямителем 24.На фиг. 2-5 имеются следующие обозначения: 25 - выходной сигнал задающего генератора; 26 - выходной сигнал генератора пилообразного сигнала;27 - сигнал в точке соединения резисторов 6 и 9; 28 - сигнал узла защиты преобразователя по току; 29 - сигнал на первом входе широтно-импульсного модулятора; 30 - выходной сигнал ши5 15770ротно-импульсного модулятора; 31,32выходные импульсы устройства для управления; 33 - выходное напряжение выходного трансформатора преобразовате"ля; 34 - время; 35 - регулировочнаяхарактеристика усилителя сигнала защиты; 36 - регулировочная характеристика усилителя сигнала рассогласования .Устройство работает следующиМ образом.В режиме стибилизации выходногонапряжения преобразователя рабочаяточка усилителя 2 сигнала рассогласования находится на участке ВГ его регулировочной характеристики 36 (Фиг,4)Поскольку выходной сигнал усилителя 2сигнала рассогласования в этом режиме меньше, чем выходной сигнал усилителя 5 сигнала защиты (прямая 35 на 20Фиг, 4), то диод 8 заперт, и усилитель 5 сигнала защиты не оказываетвлияния на работу устройства, На первый вход широтно-импульсного модулятора 13 поступает сигнал, равный 25П р Р.оП = -- +1 Р (1)р +р +Н г оь 9где Б - выходное напряжение усилитеРля 2 сигнала рассогласования;1 - выходной. ток генератора пилообразного сигнала 5;6Р, Р 10- сопротивления рез торов 6,9и 10, соответственно.На второй вход широтно-импульсногомодулятора 13 поступает выходной сигнал 28 узла защиты преобразователя 19по току, пропорциональный току первичной обмотки выходного трансформатора23 преобразователя 21 и коллекторному 40току силовых транзисторов. Ниротно-импульсный модулятор 13 изменяет уровень своего выходного сигнала в тотмомент, когда напряжения на его первом и втором входах становятся одинаковыми, и восстанавливается в исходное состояние при появлении сигнала 25,На фиг. 2 а показано состояние устройства при нахождении рабочей точкиусилителя 2 рассогласования в точке В(Фиг. 5), В этом случае выходной сигнал усилителя рассогласования имеетмаксимальную величину и длительностьвыходных импульсов 30 широтно-импульс ного модулятора 13 (а, следовательно,длительность открытого состояния силовых транзисторов) максимальна, В узле Формирования выходных импульсов 18 6производится деление частоты следования импульсов 30 на два, разделениеих по двум каналам управления преобразователем и Формирование фиксированной паузы,Если выходное напряжение преобразователя по какой-либо причине стремится увеличиться сверх номинального,то увеличивается величина сигнала обратной связи, поступающего на вывод 4,и выходное напряжение усилителя 2 сигнала рассогласования уменьшается в соответствии с характеристикой 36. Каквидно из фиг. 2 б, длительность,открытого состояния силовых транзисторовинвертора при этом уменьшается, и выходное напряжение преобразователявозвращается к номинальному значению,При номинальном токе нагрузки преобразователя и максимальном напряжении питающей сети рабочая точка усилителя сигнала рассогласования пере -мещается в.точку Г (фиг. 5), Длительность открытого состояния силовыхтранзисторов преобразователя при этомблизка к нулю (фиг. 2 в) .В случае возникновения одностороннего подмагничивания выходного трансФорматора 3 преобразователя (например, за счет уменьшения падения напряжения на силовых транзисторах одногоплеча инвертора 2 в связи с их разогревом, см. пунктир на Фиг. 2 а) скорость нарастания сигнала 28 увеличивается и длительность открытого состояния силовых транзисторов данногоплеча уменьшается таким образом, чтобывольт-секундные площади положительныхи отрицательных импульсов,33 были одинаковыми, Это препятствует развитиюподмагничивания и обеспечивает защитутранзисторов от перегрузок, причеммаксимальное амплитудное значение их коллекторного тока в режиме исключенияподмагничивания практически не превышает максимальной амплитуды рабочего тока.На фиг. 3 показана работа устройства при перегрузке преобразователя по току нагрузки, возникающей в момент Т, причем в момент времени, предшествующийрабочая точка усилителя сигнала рассогласования находилась в точке В (Фиг. 5) . Выходное напряжение преобразователя уменьшается, и в течение интервала времени- Срабочая точка усилителя сигнала рассогласования перемещается по участку ВБ, В мо 1577018мент времени евыходной сигнал усил:. -теля 2 сигнала рассогласования становится равным выходному сигналу усилителя 5 сигнала защиты и при дальнейФ- 5шем уменьшении выходного напряженияпреобразователя. диод 8 открывается.При этом выход усилителя 2 сигналарассогласования оказывается зашунтированным цепочкой, состоящей. из резисторов 6 и , диода 8 и выходногосопротивления усилителя 5 сигнала защиты, и сигнал 27 начинает определяться регулировочной характеристикой 35усилителя сигнала защиты. Уменьшениевыходного. напряжения преобразователяприводит теперь к резкому уменьшениюсигнала 27 и резкому уменьшению дли -тельности открытого состояния силовыхтранзисторов при перегрузке по такунагрузки преобразователя, в первыймент ограничивае ся -.а уровне, незначительно превышающем максимальну"плитуду рабочего тока., а в дальн":.. снижается, что повышает надежность .боты преобразователя в данном режиме.Йа фиг.показаны дияграыь 1 расо,ты устройства в режиме пуска. Как следует из фиг,5, на начальном этапе пус. - 30ка выходной сигнал усилителя 2 сигнала ". ассогласования превышает выходнойсигнал усилителя сигнала защиты,В этом случае диод 8 открыт, и к перному входу широтно-импульсного модулятора 13 прикладывается напряжениеЦь В 10, (И= ---- " - +1 ВР +Р +Р,згде 1 - выходное напряжение усилит- ля 5 сигнала защиты;401 - выходной ток генератора 12пилообразного сигнала;КК Р. - сопротивления резисторов 7,9 9 1 ои 1 П.45Как следует иэ выражения (2), порог срабатывания токовой защиты при малой величине П является небольшим, Длительность выходных сигналов 31 и 32 и, следовательно, длительность открытого состояния силовых транзисторов преобразователя при этом мала, а их коллекторный ток несмотря на высокую скорость его нарастания ограничивается на уровне, который значитель -.5 ы но меньше допустимого рабочего тока. По мере роста выходного напряжения преобразователя рабочая точка усилителя сигнала защиты перемещается по участку ОБ в сторону точки Б (фиг.5),что приводит к постепенному увеличению порога срабатывания защиты и длительности открытого состояния силовыхтранзисторов в зависимости от тока нагрузки преобразователя, причем чембольше ток нагрузки, тем больше скорость нарастания коллекторного тока,исигнала 28, и тем меньше длительностьоткрытого состояния силовых транзисторов. Это обеспечивает эффективную защиту силовых транзисторов, а такжеспособствует изменению времени выхо- ".на режим в зависимости от тока нагрузки, причем чем меньше ток нагрузки, тем меньше время выхода на режим.По мере дальнейшего роста выход:к "го напряжения преобразователя рабочаяточка усилителя 5 сигнала защиты ".-ходит в точку Б и при дальнейшем росте выходного напряжения диод 8 за.;.ь: -аается, после чего сигнал 29 определив гся выражением (., На.,ичие у ".ка БВ (фиг, 5) способствует максимально возможной скорости нарастаниявыходного напряжения, так как при нахождении рабочей точки ус;лит-;.ля снала рассогласования на данном участке длительность открытого состояниясиловых транзисторов преобразователямаксимальна. Когда выходное напряжение преобразователя достигает номинального значения, рабочая точка усилителя сигнала рассогласования перемещается на участок ВГ и процесс пуска заканчивается.Как следует из фиг, 4, коллекторный ток силовых транзисторов при пуске ограничивается на уровне, которыйгарантированно меньше максимальногорабочего тока.Следует отметить, что если в процессе работы устройства произойдетрезкое увеличение тока нагрузки илипитающего напряжения (в допустимыхпределах), приводящее в первый моментк резкому увеличению скорости нарастания тока первичной обмотки выходноготрансформатора преобразователя, тоустройство обеспечит его Ограничениеи плавный переход преобразователяв новый режим, что исключает возможность одностороннего подмагничиваниятрансформатора и перегрузки силовь-хтранзисторов,Фо р мул а и з о б р е -. е н.,Устройство для управления и защить 11преобразователя, содержащее усилитель20 сигнала рассогласования, первый вход которого подключен к источнику опорно. го напряжения, а второй вход соединен с выводом для подключения к выходу цепи обратнои связи преобразователя,5 усилитель сигнала защиты, широтно"импульсный модулятор, вход которого через генератор пилообразного сигнала соединен с выходом задающего генерато 0 ра, подключенного также к синхрониэирующему входу узла формирования выходных импульсов, сигнальный вход которого подключен к выходу широтно-импульсного модулятора, а выходы - к выводам 15 для подключения управляющих входов преобразователя, а вывод для подключения к выходу узла защиты преобразователя по току, о т л и ч а ю щ е е - с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения защиты силовых транзисторов преобразователя от перегрузок по току в динамических режимах, а именно при пуске, скачкообразном изменении 25 тока нагрузки или,питающего напряжения и одностороннем подмагничиваниивыходного трансформатора пенообраэователя, введены четыре резистора, широтно-импульсный модулятор выполненс синхрониэирующим входом, а генератор пилообразного сигнала выполнен ввиде генератора пилообразного тока,причем выход усилителя сигнала рассогласования через первый резистор,диод в проводящем направлении и вто"рой резистор связан с выходом усилителя сигнала защиты, вход которого подключен к второму входу усилителя сигнала рассогласования, точка соединенияпервого резистора и диода через третий,резистор соединена с первым входом широтно-импульсного модулятора, черезчетвертый резистор соединенным с об"щей шиной, второй вход широтно-импульсного модулятора соединен с выводом для подключения к выходу узла защиты преобразователя по току, а третийвход - с входом генератора пилообразного сигнала..Бугренкова ри ГКНТ ССС Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул агарина, 101 Заказ 1853 Тираж 501ВНИИПИ Государственного комитета по изобретени113035, Москва, Ж, Раун.ска Подписноем и открьггиямнаб., д. 4/5