Пристрій керування багатофункціонального перетворювача напруги

Пристрій керування багатофункціонального перетворювача напруги, який містить задавальний генератор, виконаний у вигляді функціонального генератора, що включає генератор трикутних імпульсів, реалізований за схемою інтегратора, і синхронізований з ним генератор прямокутних імпульсів, реалізований за схемою першого компаратора, формувач імпульсів, що включає тригер І схему збігу, перетворювач зворотного зв'язку, що виконаний на другому компараторі, прямий вхід якого з'єднаний з виходом генератора трикутних Імпульсів, а інверсний вхід з'єднаний з виходом випрямляча напруги зворотного зв'язку, який включає дюдний міст і згладжувальний конденсатор, а вихід другого компаратора з'єднаний з першими входами логічних елементів схеми збігу, на другі входи яких надходить керуюча напруга з виходу блоку струмового захисту, а треті входи логічних елементів схеми збігу з'єднані з виходом тригера формувача імпульсів, причому виходи логічних елементів схеми збігу з'єднані з входами попереднього підсилювача, включеного в мостовий підсилювач потужності багатофункціонального перетворювача напруги, який відрізняється тим, що пристрій керування підключено від першого параметричного стабілізатора напруги, виконаного у вигляді послідовно з'єднаних першого струмообмежувального резистора і двох послідовно з'єднаних першого і другого стабілітронів, вхід діодного моста зашунтований пщстроювальним резистором, мінусовий вивід діодного моста підключений до загальної точки послідовно з'єднаних третього стабілітрона і другого струмообмежувального резистора, що являють собою другий параметричний стабілізатор напруги, а плюсовий вивід діодного моста підключений до першого дільника напруги і плюсового виводу згладжувань ного конденсатора, другі виводи яких з'єднані І підключені до мінуса живильної напруги, при цьому движок потенціометра першого дільника напруги підключений до інверсного входу другого компаратора, з яким також з'єднаний анод захисного діода, катод якого з'єднаний з виводом другого струмообмежувального резистора, з'єднаного, крім того, з загальною точкою першого струмообмежувального резистора і першого стабілітрона. СО о 0> Корисна модель відноситься до області електротехніки, зокрема до пристроїв перетворення параметрів електричної енергії і може бути використана при створенні джерел вторинного електроживлення. Відомий "Імпульсний стабілізатор постійної напруги" [Ас. СРСР № 851370, МПК- З G05F1/56, Н02МЗ/335, БВ-28-81 p.], що містить двотактний регульований перетворювач з вихідним трансформатором, двотактний формирувач імпульсів, зв'язаний з керуючими входами регульованого перетворювача, генератор, що задає, генератор пилкоподібної напруги, вхід якого з'єднаний з виходом генератора, що задає, підсилювач зворотного зв'язку, зв'язаний з виходом перетворювача, широтно-імпульсний перетворювач, одним входом з'єднаний з виходом підсипювача зворотного зв'язку, а іншим - з виходом генератора пилкоподібної' напруги й елемент синхронізації, вхід якого з'єднаний з виходом генератора, що задає, а виходи зв'язані з входами формирувача імпульсів, при цьому стабілізатор постачений повторювачем імпульсів і тригером, один вхід якого підключений до виходу широтно-імпульсного модулятора, іншої з'єднаний з першим виходом елемента синхронізації, а вихід - з першим входом формирувача імпульсів, із другим входом елемента синхронізації \ з керуючим входом повторювача імпульсів, вихід якого з'єднаний із другим входом формирувача імпульсів, причому генератор, що задає, постачений додатковими виходами, що 9031 з'єднані з затисками живлення повторювана Імпульсів. Крім того, у стабілізаторі генератор, що задає, постачений трьома додатковими виходами із середньою крапкою, два з який є протифазними, а третій - виходом постійного струму, повторювач імпульсів містить вихідний підсилювач, ключовий елемент, операційний підсилювач, перший і другий генератори лінійного напруги, що змінюється, керуючий вхід першого генератора з'єднаний з керуючим входом повторювача імпульсів, а вихід з першим входом операційного підсилювача, другий вхід якого з'єднаний з виходом другого генератора, затиск живлення якого через діод, а вхід, зашунтований ключовим елементом, через резистор, зв'язаний з виходом операційного підсилювача, вихід якого зв'язаний з виходом повторювача імпульсів через вихідний підсилювач, затиск живлення якого, і керуючий вхід ключового елемента підключені до протифазних виходів генератора, що задає,третій додатковий вихід якого з'єднаний із затиском живлення першого генератора, а загальна крапка - із загальним затиском живлення всіх блоків повторювана імпульсів. Недоліком відомого імпульсного стабілізатора є несиметричність Імпульсів керування двотактним перетворювачем, наслідком чого є однобічне насичення сердечника вихідного трансформатора і збільшення струмів через вихідні транзистори перетворювача. Відомий також "імпульсний стабілізатор постійної напруги" (а.с. СРСР № 1067486, МПК-3 G 05 F 1/56, БИ-2-84 p.), що містить двотактний регульований перетворювач із силовим трансформатором, через вихідні випрямляч і фільтр зв'язаний з вихідними виводами, формирувач імпульсів, виходами з'єднаний з керуючими входами перетворювача, а входами через повторювач імпульсів і безпосередньо - з виходом тригера, перший вхід якого з'єднаний з виходом ШІМ, один із входів якого через формирувач пилкоподібного напруги зв'язаний з виходом генератора, що задає, інший вхід ШІМ з'єднаний з виходом підсилювача зворотного зв'язку, входи якого підключені до вихідних виводів І джерела опорної напруги відповідно, при цьому в стабілізатор уведені додатковий выпрямитель з RC-фільтром, підключені до вихідної обмотки силового трансформатора і з'єднані з першим входом елемента, що порівнює, другий вхід якого підключений до виходу джерела опорної напруги, виходи елемента, що порівнює, і пилкоподібної напруги підключені до ВІДПОВІДНОГО входам уведеного компаратора, вихід якого з'єднаний із другим входом тригера. Недоліками відомого пристрою є: - низька лінійність пилкоподібної напруги, зв'язана з зарядом конденсатора через елемент, що не забезпечує стабільного струму необхідність уведення ланцюгів синхронізації для сіметрирування перемагнічування сердечника і наближення лінійності пилкоподібної напруги до ідеальної приводить до ускладнення принципової схеми керування і зменшенню надійності в зв'язку зі збільшенням кількості елементів. 4 Відомий також "Імпульсний стабілізатор постійної напруги" [Патент України № 54292 А, МПК7 G 05 F 1/56, Бюл. №2, 2003 p.], що містить двотактний двохтранзисторний регульований перетворювач із силовим трансформатором, ВИХІДНІ випрямляч і фільтр, генератор, що задає, і формирувач імпульсів, широтно-імпульсний модулятор, перетворювач зворотного зв'язку, при цьому генератор, що задає, виконаний у вигляді функціонального генератора, що включає генератор трикутних імпульсів, виконаний за схемою інтегратора, і синхронізований з ним генератор прямокутних імпульсів, виконаний за схемою компаратора, формирувач Імпульсів, виконаний за схемою фазоінвертора, виконаного на цифрових мікросхемах, широтно-імпульсний модулятор виконаний на операційному підсилювачі, а перетворювач зворотного зв'язку включає оптоелектроний перетворювач вихідного сигналу стабілізатора, транзисторний емитерний повторювач і підсилювач зворотного зв'язку на операційному підсилювачі, причому вихід генератора трикутних сигналів з'єднаний з першим входом генератора прямокутних імпульсів і з першим входом широтно-імпульсного модулятора, вихід генератора прямокутних імпульсів підключений до рахункового входу тригера фазоінвертора, вихід перетворювача зворотного зв'язку підключений до другого входу широтно-імпульсного модулятора, вихід якого підключений до входів логічних елементів фазоінвертора, два виходу якого підключені до двох входів попереднього двохтранзисторного підсилювача, виходи яких навантажені на бази силових транзисторів двотактного двухтранзисторного регульованого перетворювача, а схема керування стабілізатора живляться від вхідного параметричного стабілізатора, крім того, вихідний випрямляч виконаний за мостовою схемою, а вихідний фільтр виконаний за схемою LC-фільтра зі штучною нульовою крапкою, при цьому вхідний параметричний стабілізатор виконаний за схемою зі штучною нульовою крапкою. Недоліком пристрою керування імпульсним стабілізатором є його складна схемотехника. Найбільш близьким по технічній сутності і результату, що досягається, і обраним як прототип є "Пристрій керування імпульсним стабілізатором" [Патент України № 63727 А, МПК-7 G 05 F 1/56, Н 02 М 3/335, Н 02 М 7/00, Бюл.№ 1, 2004 p.], що містить генератор, що задає, виконаний у вигляді функціонального генератора, що включає генератор трикутних імпульсів, реалізований за схемою інтегратора, і синхронізований з ним генератор прямокутних імпульсів, реалізований за схемою компаратора, формирувач імпульсів, що включає тригер і схему збігу, перетворювач зворотного зв'язку, перетворювач зворотного зв'язку виконаний на компараторі, інверсний вхід якого з'єднаний 3 виходом генератора трикутних імпульсів, а прямої вхід з'єднаний через перемикач з напругою мережі чи з виходом випрямляча напруги зворотного зв'язку, що включає дюдний мост, дросель і конденсатор, що згладжує, а вихід компаратора з'єднаний з першими входами логічних елементів схеми збігу, на другі входи яких надходить керуюча напруга з виходу блоку токового захисту, при 9031 чому зазначені входи логічних елементів схеми збігу через перемикач з'єднані з параметричним стабілізатором, а треті входи логічних елементів схеми збіги з'єднані з виходом тригера формирователя імпульсів, причому виходи логічних елементів схеми збіги з'єднані з входами попереднього підсилювача імпульсного стабілізатора. Задачею корисної моделі є розробка нової схемотехники пристрою керування багатофункціонального перетворювача напруги з досягненням технічного результату - одержання крутоспадаючої характеристики регулювання вихідного струму. Поставлена задача виконується тим, що в "Пристрої керування багатофункціонального перетворювача напруги", який містить генератор, що задає, виконаний у вигляді функціонального генератора, що включає генератор трикутних імпульсів, реалізований за схемою інтегратора, і синхронізований з ним генератор прямокутних імпульсів, реалізований за схемою першого компаратора, формирувач імпульсів, що включає тригер і схему збігу, перетворювач зворотного зв'язку, який виконаний на другому компараторі, прямий вхід якого з'єднаний з виходом генератора трикутних імпульсів, а інверсний вхід з'єднаний з виходом випрямляча напруги зворотного зв'язку, що включає діодний мост і конденсатор, що згладжує, а вихід другого компаратора з'єднаний з першими входами логічних елементів схеми збігу, на другі входи яких надходить керуюча напруга з виходу блоку токового захисту, а треті входи логічних елементів схеми збіги з'єднані з виходом тригера формирувача імпульсів, причому виходи логічних елементів схеми збіги з'єднані з входами попереднього підсилювача, включеного в мостовий підсилювач потужності багатофункціонального перетворювача напруги, пристрій керування підключено від першого параметричного стабілізатора напруги, виконаного у вигляді послідовно з'єднаних першого струмообмежувального резистора і двох послідовно з'єднаних першого і другого стабілітронів, вхід дюдного моста зашунтован підстроєчним резистором, мінусовий вивід діодного моста підключений до загальної' крапки послідовно з'єднаних третього стабілітрона і другого струмообмежувального резистора, що представляють собою другий параметричний стабілізатор напруги, а плюсовий вивод діодного моста підключений до першого дільника напруги і плюсовому виводу конденсатора, що згладжує, другі виводи яких з'єднані і підключені до мінуса живильного напруги, при цьому движок потенціометра першого дільника напруги підключений до інверсного входу другого компаратора, з яким також з'єднаний анод захисного діода, катод якого з'єднаний з виводом другого струмообмежувального резистора, з'єднаного крім того з загальною крапкою першого струмообмежувального резистора і першого стабілітрона. Новим у пристрої, що заявляється, є нова схемотехника побудови пристрою керування багатофункціонального перетворювача напруги за рахунок уведення нових елементів і зв'язків МІЖ НИМИ, що дозволяє вирішити задачу, поставлену в даній корисній моделі, з досягненням технічного результату - одержання круто-спадаючої характеристики регулювання вихідного струму. Суттєвими ознаками пристрою, що заявляється, співпадаючими з прототипом, є наступні ознаки: - генератор, що задає; - генератор, що задає, виконаний у вигляді функціонального генератора; - функціональний генератор містить генератор трикутних Імпульсів і генератор прямокутних Імпульсів; - генератор трикутних імпульсів реалізований за схемою інтегратора; генератор прямокутних імпульсів реалізований за схемою першого компаратора; - генератор пямоугольных імпульсів синхронізований з генератором трикутних імпульсів; - формирувач імпульсів; - формирувач імпульсів включає тригер і схему збігу; - перетворювач зворотного зв'язку; - перетворювач зворотного зв'язку виконаний на другому компараторі; - прямий вхід другого компаратора з'єднаний з виходом генератора трикутних імпульсів; інверсний вхід другого компаратора з'єднаний з виходом випрямляча напруги зворотного зв'язку, - випрямляч напруги зворотного зв'язку містить діодний мост І конденсатор, що згладжує; - вихід другого компаратора з'єднаний з першими входами логічних елементів схеми збігу; - на другі входи логічних елементів схеми збігу надходить керуюча напруга з виходу блоку токового захисту; - треті входи логічних елементів схеми збіги з'єднані з виходом тригера формирувача імпульсів; - виходи логічних елементів схеми збіги з'єднані з входами попереднього підсилювача, включеного в мостовий підсилювач потужності багатофункціонального перетворювача напруги. Відмітними від прототипу суттєвими ознаками пристрою, що заявляється, є наступні ознаки: - пристрій керування підключено від першого параметричного стабілізатора напруги; - перший параметричний стабілізатор напруги виконаний у вигляді послідовно з'єднаних першого струмообмежувального резистора і двох послідовно з'єднаних першого і другого стабілітронів; - вхід діодного моста зашунтован підстроєчним резистором; - мінусовий вивод діодного моста підключений до загальної крапки послідовно з'єднаних третього стабілітрона і другого струмообмежувального резистора, що представляють собою другий параметричний стабілізатор напруги; - плюсовий вивод діодного моста підключений до першого дільника напруги і плюсовому виводу конденсатора, що згладжує; - другі виводи першого дільника напруги і плюсового виводу конденсатора, що згладжує, з'єднані і підключені до мінуса живильного напруги; - движок потенціометра першого дільника напруги підключений до інверсного входу другого компаратора; 9031 - с інверсним входом другого компаратора з'єднаний анод захисного діода; - катод захисного діода з'єднаний з виводом другого струмообмежувального резистора; - другий струмообмежувальний резистор соединен із загальною крапкою першого струмообмежувального резистора і першого стабілітрона. Між суттєвими ознаками корисної' моделі, що заявляється, і технічним результатом, який досягається, існує наступний причинно-наслідковий зв'язок. Дійсно, нова схемотехника пропонованого пристрою в порівнянні з прототипом дозволяє одержати круто-спадаючу характеристику регулювання вихідного струму за рахунок нової побудови пристрою керування багатофункціонального перетворювача напруги з інтегруючим конденсатором, що дозволить вирішити задачу, поставлену в даній корисній моделі, з досягненням технічного результату - одержання круто-спадаючої характеристики регулювання вихідного струму. На фіг. 1 зображена принципова електрична схема пристрою, що заявляється. Пристрій керування багатофункціонального перетворювача напруги містить генератор, що задає, виконаний у вигляді функціонального генератора, що включає генератор трикутних імпульсів (далі по тексту - ГТІ) на операційному підсилювачі DA1-1, реалізований за схемою Інтегратора. До складу ГТІ входять також резистори R3, R5-R7, R9 і конденсатор СІ. З ГТІ на DA1-1 синхронізований генератор прямокутних імпульсів (далі по тексту - ГТІ!) на операційному підсилювачі DA1-2, реалізований за схемою першого компаратора. До складу ГПІ входять також резистори R8, R10, R11. Пристрій також містить формирувач імпульсів, що включає тригер DD1 і схему збігу на логічних елементах DD2-1 - DD2-3. Крім того, пристрій містить перетворювач зворотного зв'язку (далі по тексту - ПЗЗ), що виконаний на другому компараторі DA2, прямої вхід якого з'єднаний з виходом ГТІ, а інверсний вхід з'єднаний з виходом випрямляча напруги зворотного зв'язку, що включає діодний міст на діодах DV4-DV7 і конденсатор, що згладжує, С2. Крім того, ПЗЗ містить резистори R13-R17, конденсатор С2 і захисний діод VD8. Діодний мост на діодах VD4-VD7 перетворить двополярний сигнал зворотного зв'язку від трансформатора струму (умовно не показаний) в однополярний сигнал, що надходить на інверсний вхід компаратора DA2 через резисторний дільник R13R15. Дільник еталонної напруги на резисторах R13R15 забезпечує такий коефіцієнт підсилення на DA2, що необхідний для одержання крутоспадаючоі характеристики регулювання вихідного струму мостового підсилювача потужності (умовно не показаний). Установка вихідної напруги багатофункціонального перетворювача напруги Увих виробляється резистором R14. Вихід другого компаратора DA2 через резисторний дільник напруги на резисторах R16 і R17 з'єднаний з першими входами логічних елементів 8 схеми збігу DD2-1- DD2-3, на другі входи яких надходить керуюча напруга з виходу блоку токового захисту (умовно не показаний), а треті входи логічних елементів схеми збігу DD2-1-DD2-3 з'єднані з виходом тригера формирувача імпульсів DD1. Виходи логічних елементів схеми збігу DD2-1 DD2-3 з'єднані з входами попереднього підсилювача, включеного в мостовий підсилювач потужності багатофункціонального перетворювача напруги (умовно не показані). Пристрій керування підключено від першого параметричного стабілізатора напруги, виконаного у вигляді послідовно з'єднаних першого струмообмежувального резистора R1 і двох послідовно з'єднаних першого VD1 і другого VD2 стабілітронів. Вхід дюдного моста на діодах VD4-VD7 зашунтован підстроечним резистором R11, що задає рівень напруги сигналу зворотного зв'язку, що надходить на інтегруючий конденсатор С2 і на інверсний вхід компаратора DA2 і, тим самим, аизначає крутість спадаючої характеристики регулювання вихідного струму. Мінусовий вивод діодного моста на діодах VD 4 - VD7 підключений до загальної крапки послідовно з'єднаних третього стабілітрона VD3 і другого струмообмежувального резистора R2, що представляють собою другий параметричний стабілізатор напруги. Плюсовий вивод диодного моста на діодах VD 4 - VD7 підключений до першого дільника напруги на резисторах R13-R15 і плюсового виводу конденсатора, що згладжує, С2, другі виводи яких з'єднані і підключені до мінуса живильної напруги. Движок потенціометра R14 першого дільника напруги підключений до інверсного входу другого компаратора DA2, з яким також з'єднаний анод захисного діода VD8, катод якого з'єднаний з виводом другого струмообмежувального резистора R2, з'єднаного крім того з загальною крапкою першого струмообмежувального резистора R1 і першого стабілітрона VD1. Діод VD8 забезпечує захист компаратора DA2 від перевищення напруги на його інверсному вході. Діодний мост на діодах VD4-VD7, який зашунтован підстроечним резистором R8, і вторинна обмотка трансформатора струму (умовно не показана) являють собою датчик струму. Пристрій, що заявляється, працює в такий спосіб. При подачі харчування на пристрій керування починають працювати ГТІ І ГПІ. Вихідні імпульси напруги ГПІ з частотою fi і надходять на рахунковий вхід тригера DD1, з виходу якого імпульси с частотою Іг - U/г надходять на логічні елементи схеми збігу DD2-1-DD2-3. Через буферний резистор R9 трикутні імпульси від ГТІ надходять на прямий вхід компаратора DA2 для порівняння з постійною напругою, що являє собою алгебраїчну суму опорної напруги параметричного стабілізатора R2 І VD3 і напруги датчика струму, що надходить на інверсний вхід компаратора DA2 через резистивный дільник R13R15, що є навантаженням сумарної напруги конденсатора С2. 9 9031 Конденсатор С2 виконує двох функцій: - функцію інтегратора; - функцію фільтра, що згладжує. ПЗЗ являє собою широтно-імпульсний модулятор і підсилювач зворотного зв'язку, зібрані на одному операційному підсилювачі, включеному за схемою компаратора DA2. За допомогою компаратора DA2 установлюють початковий струм (напруга) і формують спадаючу характеристику вихідного струму багатофункціонального перетворювача напруги. При збільшенні струму навантаження напруга на виході трансформатора струму (умовно не показаний) збільшується. Через те, що джерело опорної напруги VD3 і випрямлена напруга вторинної обмотки трансформатора тока складаються, сумарна напруга на конденсаторі С2 збільшується. При збільшенні струму навантаження багатофункціонального перетворювача напруги, напруга на його виході падає і дорівнює 20 В. Далі через дільник напруги, що погодить, на резисторах R16 і R17 сформовані модульовані по ширині імпульси надходять на логічні елементи схеми збігу DD2-1 - DD2-3 багатофункціонального перетворювача напруги. 10 Крутість спадаючої характеристики регулюється резистором R11. При зменшенні опору резистора R11 регулювальна характеристика багатофункціонального перетворювача напруги стає більш положистої за рахунок зниження напруги через збільшення навантаження на вторинній обмотці трансформатора струму. Зворотний процес відбувається при збільшенні опору резистора R11 і регулювальна характеристика багатофункціонального перетворювача напруги стає більш крутою. Наприклад, у випадку використання багатофункціонального перетворювача напруги як джерела зварювального струму, за допомогою пристрою, що заявляється, формують спадаючу характеристику зварювального струму, тобто при збільшенні струму падає напруга зварювального струму так, щоб у дузі воно було рівним 20 В. На підставі усього в и ще в и кладених можна зробити висновок, що задача, поставлена в корисної" моделі - розробка нової схемотехники пристрою керування багатофункціонального перетворювача напруги - виконана з досягненням технічного результату — одержання крутої спадаючої характеристики регулювання вихідного струму. QD2-Z ДО пристрою захисту струшу ФІГ. 1 Комп'ютерна верстка М. Клююн Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул. Глазунова, 1, м. К и ш - 4 2 , 01601