PL163245B1 - Układ regulatora napięcia i prądu przetwornicy półprzewodnikowej - Google Patents

Abstract

Układ regulatora napięcia 1 prądu przetwor57) nlcy półprzewodnikowej zawierający przetworniki napięcia 1 prądu, generator Impulsów prostokątnych, przerzutnlkl oraz Binarne elementy cyfrowe, snemlenny tym, że wyjście przetwornika (A) prądu przetwornicy na napięcie zrównoleglone kondensatorem (Cl) połączone Jest poprzez pierwszy binarny element cyfrowy (DNI) zawierający układ Schmltta, z wejściem wyzwalającym (2) przerzutnlka (PZ) typu "zatrzask", którego wyjście (3) dołączone Jest do pletwszych wejść dwóch elementów cyfrowych (B2, B3), zwłaszcza typu LUB, których wyjścia (Wyl, Wy2) stanowią wyjścia układu regulatora 1 dołączone są do układu sterowania półprzewodników mocy, natomiast wyjście przetwornika (B) napięcia przetwornicy na prąd zrównoleglone kondensatorem (C2) połączone Jest, poprzez drugi binarny element cyfrowy (DN2) zawierający układ Schmltta, z wejściem dwuwejśclowego binarnego elementu (B4). zwłaszcza typu NiE-J, którego wyjście połączone Jest z drugimi wejściami dwóch elementów cyfrowych (B2, B3). natomiast wyjście generatora (G) Impulsów prostokątnych połączone jest, poprzez układ (WJ) kształtowania wąskich impulsów z wejściem pierwszym (6) przerzutnlka (P2) typu RS, z wejściem (4) układu (RK) rozładowania bocznikujących kondensatorów (Cl, C2), z wejściem zerującym (1) przetwornika (PZ) typu "zatrzask", z wejściem (S) przerzutnlka blstablłnego (PI), przy czym dwa wyjścia (g, Q) tego przerzutnlka połączone są z trzecimi wejściami dwóch tlnam ych elementów (B2, B3), natomiast wyjście (8, przerzutnlka (P2) typu RS połączone Jest z wejściem drugim dwuwejśclowego elementu (B4). ..

Description

Przedmiotem wynalazku jest układ regulatora napięcia i prądu przetwornicy półprzewodnikowej stosowany w układach regulacji przetwornic półprzewodnikowych.

Znane dotychczas układy regulacji napięcia i prądu przetwornicy zrealizowane są w oparciu o elementy techniki impulsowej, takie jak generatory impulsów prostokątnych, przerzutniki i binarne elementy cyfrowe. Do pomiarów napięć i prądów używane są przetworniki napięć i prądów, które zapewniają galwaniczne oddzielenie obwodów pomiarowych od obwodów sterujących, a ponadto umożliwiają przetworzenie mierzonego napięcia na odpowiedniej wartości prąd, a mierzonego prądu na odpowiedniej wartości napięcie. Do wytwarzania impulsów sterujących o odpowiednich szerokościach stosowane są wzmacniacze operacyjne lub specjalistyczne układy impulsowe. Stosowanie wzmacniacza operacyjnego wymaga dwóch napięć zasilających, a ze względu na długi czas odpowiedzi ogranicza częstotliwość przetwarzania energii. Specjalistyczne układy impulsowe mają różne ograniczenia, które uniemożliwiają ich stosowanie w wielu przypadkach. Do takich ograniczeń należy blokada (a nie ograniczenie) napięcia wyjściowego przetwornicy w przypadku wystąpienia prądu granicznego.

163 245

Istota układu regulatora napięcia i prądu przetwornicy półprzewodnikowej polega na tym, że wyjście przetwornika prądu przetwornicy na napięcie, zrównoleglone kondensatorem połączone jest poprzez pierwszy binarny element cyfrowy zawierający układ Schmitta z wejściem wyzwalającym przerzutnika typu zatrzask. Wyjście tego przerzutnika dołączone jest do pierwszych wejść zespołu dwóch elementów cyfrowych, zwłaszcza typu LUB, których wyjścia stanowią wyjścia układu regulatora i dołączone są do układu sterowania półprzewodników mocy. Wyjście przetwornika napięcia przetwornicy na prąd zrównoleglone drugim kondensatorem połączone jest poprzez drugi bimamy element cyfrowy zawierający układ Schmitta z wejściem dwuwejściowego binarnego elementu, zwłaszcza NIE-J, którego wyjście połączone jest z drugimi wejściami zespołu dwóch elementów cyfrowych. Wyjście generatora impulsów prostokątnych połączone jest poprzez układ kształtowania wąskich impulsów z wejściem pierwszym przerzutnika typu RS, z wejściem układu rozładowania dwóch bocznikujących kondensatorów znajdujących się na wyjściach przerzutników prądu i napięcia. Ponadto wyjście generatora impulsów prostokątnych poprzez układ kształtowania wąskich impulsów połączone jest z wejściem zerującym przerzutnika typu zatrzask i z wejściem przerzutnika bistabilnego. Dwa wyjścia przerzutnika bistabilnego połączone są z trzecim wejściem zespołu dwóch elementów cyfrowych. Natomiast wyjście przerzutnika typu RS dołączone jest do drugiego wejścia dwuwejściowego elementu zwłaszcza typu NIE-J. Ponadto wyjście układu rozładowania dwóch bocznikujących kondensatorów dołączone jest poprzez dwie diody separujące do kondensatorów znajdujących się na wyjściach przerzutników napięcia i prądu. Do wejścia drugiego przerzutnika typu RS połączonego z wejściem zerującym generatora impulsów prostokątnych dołączony jest wyłącznik przetwornicy.

Korzystnym jest, gdy wyjście układu wąskich impulsów połączone jest z wejściem przerzutnika bistabilnego poprzez binarny element cyfrowy typu NIE, a wejście drugie przerzutnika typu RS połączone jest z wejściem zerującym generatora wąskich impulsów prostokątnych poprzez drugi element cyfrowy typu NIE.

Układ regulatora według wynalazku oparty jest na podstawowych układach cyfrowych. Zaletą jego jest to, że umożliwia stosowanie dużych częstotliwości przetwarzania i pozwala na uzyskiwanie różnych parametrów zewnętrznych przetwornicy.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku będącym schematem blokowym układu regulatora napięcia i prądu przetwornicy.

Układ zawiera dwa przetworniki A, B: przetwornik A prądu na napięcie przetwornicy i przetwornik B napięcia na prąd przetwornicy. Wyjścia przetworników A,B z bocznikującymi kondensatorami Cl, C2 połączone są z wejściami dwóch binarnych elementów cyfrowych DNI, DN2 z układami Schmitta. W przykładzie wykonania zastosowano elementy cyfrowe typu NIE-J. Układ regulatora zawiera przerzutnik PZ typu zatrzask, przerzutnik bistabilny PI, w przykładzie wykonania zastosowano przerzutnik Pl typu D, przerzutnik P2 typu RS, generator G impulsów prostokątnych, układ RKrozładowania bocznikujących kondensatorów Cl, C2 oraz układ WJ kształtowania wąskich impulsów. Zespół dwóch elementów B2, B3 zawiera elementy typu LUB. Na wejściu S przerzutnika PI typu D znajduje się element BI typu NIE, na wejściu R generatora G impulsów prostokątnych znajduje się również drugi element B5 typu NIE. Dwuwejściowy element B4 w przykładzie wykonania jest elementem typu NIE-J. Wyjście pierwszego binarnego elementu DNI typu NIE-J z układem Schmitta połączone jest z wejściem wyzwalającym 2 przerzutnika PZ typu zatrzask. Wyjście 3 tego przerzutnika PZ połączone jest z pierwszymi wejściami zespołu dwóch elementów B2, B3 typu LUB. Wyjścia Wyl, Wy2 tych elementów B2, B3 stanowią wyjścia układu regulatora według wynalazku. Wyjście drugiego elementu DN2 typu NIE-J z układem Schmitta połączone jest z wejściem dwuwejściowego elementu B4 typu NIE-J. Wyjście tego elementu dołączone jest do drugich wyjść zespołu dwóch elementów B2, B3 typu LUB. Wyjście generatora G impulsów prostokątnych połączone jest poprzez układ WJ kształtownika wąskich impulsów z wejściem pierwszym 6 przerzutnika P2 typu RS, z wejściem 4 układu RK rozładowania kondensatorów Cl, C2 z wejściem zerującym 1 przerzutnika PZ typu zatrzask poprzez element B1 typu NIE z wejściem 1 przerzutnika PI typu D. Wyjścia Q i Q przerzutnika PI typu D połączone są z trzecimi wejściami zespołu dwóch elementów B2, B3 typu LUB. Natomiast wyjście 8 przerzutnika P2 typu RS połączone jest z wejściem dwuwejściowego elementu B4 typu NIE-J. Wyjście 5 układu RK rozładowania

163 245 kondensatorów C1, C2 dołączone jest poprzez dwie diody separujące Dl, D2 do kondensatorów Cl, C2 na wyjściach obu przetworników A,B. Do wejścia drugiego 7 przerzutnika PZ typu RS połączonego poprzez drugi element cyfrowy typu NIE z wejściem zerującym R generatora G impulsów prostokątnych dołączony jest wyłącznik P przetwornicy.

Przerzutnik P2 typu RS i przerzutnik PZ typu zatrzask wykonane są z elementów cyfrowych typu NIE-J, natomiast przerzutnik Pl typu D jest przerzutnikiem monolitycznym z wejściem synchronizującym S wyzwalanym narastającym zboczem. Dlatego sygnał z układu WJ kształtowania wąskich impulsów podawany jest na wejście przerzutnika PI typu D poprzez element BI typu NIE. Generator G impulsów prostokątnych blokowany jest sygnałem wartości logicznej 1, dlatego też sygnał z wyłącznika P przetwornicy podawany jest na jego wejście zerujące R poprzez drugi element B5 typu NIE.

Jeżeli zestyk wyłącznika P przetwornicy jest zwarty, wówczas generator G jest zablokowany, a przerzutnik P2 typu RS wyłączony.

Na jego wyjściu prostokątnym 8 jest sygnał o wartości logicznej 0. Sygnał ten wymusza na wyjściu dwuwejściowego elementu B4 typu NIE-J sygnał o wartości logicznej 1. Sygnał ten podany na odpowiednie wejścia zespołu dwóch elementów B2 i B3 typu LUB blokuje je wymuszając na ich wyjściach Wyl, Wy2 sygnały o wartości logicznej 1. Sygnały te służą do wyłączania tranzystorów mocy przetwornicy.

Jeżeli zestyk wyłącznika P przetwornicy zostanie rozwarty, wówczas zostaje odblokowany przerzutnik P2 typu RS i generator G impulsów prostokątnych. Jednak przerzutnik P2 typu RS nie zmieni stanu na swym wyjściu prostym 8 dopóki na jego pierwszym wejściu 6 nie pojawi się sygnał o wartości logicznej 0. Ten sygnał pojawi się wówczas, gdy wzbudzi się generator G impulsów prostokątnych. Ten warunek zabezpiecza przetwornicę przed uszkodzeniem w przypadku niewzbudzenia się generatora G. Pojawienie się pierwszego impulsu o wartości logicznej 0 na wyjściu układu WJ wąskich impulsów prostokątnych powoduje zmianę stanu na wyjściu prostym 8 przerzutnika P2 typu RS z wartości logicznej 0 na wartość logiczną 1. Ale jednocześnie ten impuls wymusi stan o wartości logicznej 1 na wyjściu 3 przerzutnika PZ typu zatrzask. Dzięki temu zespół dwóch elementów cyfrowych B2, B3 typu LUB będzie nadal zablokowany. Gdy wąski impuls o wartości logicznej 0 na wyjściu układu WJ kształtowania wąskich impulsów zniknie, wówczas otwarty zostanie przerzutnik PZ typu zatrzask i na jego wyjściu 3 pojawi się sygnał o wartości logicznej 0. Zespół dwóch elementów B2, B3 typu LUB zostanie odblokowany. Na ich wyjściach Wyl, Wy2 pojawią się sygnały odpowiadające sygnałom wyjściowym przerzutnika PI typu D. Na jednym wyjściu pojawi się sygnał blokujący o wartości logicznej 1, na drugim sygnał sterujący o wartości logicznej 0.

Jeżeli na wyjściach przetworników A, B napięcia i prądu nie pojawią się sygnały krytyczne tzn. przekraczające wartość progową obu elementów DNI, DN2 typu NIE-J z układem Schmitta zachowujących się jak dyskryminatory napięcia, wówczas na wyjściach Wyl, Wy2 zespołu· dwóch elementów B2, B3 typu LUB układu regulatora istniejący stan będzie trwał do czasu pojawienia się następnego impulsu z generatora G, a więc impulsu na wyjściu układu WJ kształtowania wąskich impulsów. Na czas trwania wąskiego impulsu zostanie zablokowane wyjście 3 przerzutnika PZ typu zatrzask, a tym samym zablokowany zostanie zespół dwóch elementów B2, B3 typu LUB. Na wyjściach tych elementów pojawią się sygnały o wartości logicznej 1. Jednocześnie przerzutnik PI typu D pod wpływem narastającego zbocza impulsu z generatora G zmieni stan swoich wyjść prostego Q i zanegowanego Q na przeciwne. Po zniknięciu wąskiego impulsu przerzutnik PZ typu zatrzask zostanie odblokowany, a wraz z nim zespół dwóch elementów B2, B3 typu LUB. Na ich wyjściach Wyl, Wy2 pod wpływem dwóch wyjść Q, Q z przerzutnika PI typu D zmienią się sygnały na przeciwne. Stan taki będzie trwał do następnego impulsu z generatora G. Tak więc odstęp czasowy między dwoma impulsami z generatora G określa pól okresu zmian sygnałów na wyjściach Wyl, Wy2 zespołu elementów B2, B3 typu LUB.

Jeżeli napięcie przetwornicy przekroczy wartość ustaloną, wówczas przetwornik B napięcia przetwornicy na prąd będzie wytwarzał tak duży prąd ładujący kondensator C2 na jego wyjściu, że napięcie na tym kondensatorze C2 osiągnie próg zadziałania elementu drugiego DN2 typu NIE-J z układem Schmitta. Na jego wyjściu pojawi się sygnał o wartości logicznej 0, który wymusi na wyjściu dwuwejściowego elementu B4 typu NIE-J sygnał o wartości logicznej

163 245

1. Sygnał ten zablokuje zespół dwóch elementów B2, B3 typu LUB. Na wyjściach Wyl, Wy2 tych elementów B2, B3 pojawią się sygnały o wartości logicznej 1. Z chwilą pojawienia się wąskich impulsów o wartości logicznej 0 na wyjściu układu WJ kształtowania wąskich impulsów nastąpi poprzez przerzutnik PZ typu zatrzask zablokowanie zespołu dwóch elementów B2, B3 typu LUB i jednoczesne rozładowanie poprzez układ RK rozładowania kondensatorów kondensatora C2 na wyjściu przetwornika B napięcia przetwornicy na prąd.

Po zniknięciu wąskich impulsów zespół dwóch elementów B2, B3 zostanie odblokowany, a na wyjściach Wyl, Wy2 pojawią się impulsy o wartości logicznej 1 i o wartości logicznej 0, ale przeciwne do tych, które istniały poprzednio. Jednocześnie układ RK rozładowania kondensatorów zostanie zablokowany, a kondensator drugi C2 będzie znów ładowany prądem przetwornika B napięcia przetwornicy na prąd, przy czym prąd ładowania kondensatora C2 zależny jest od napięcia przetwornicy. W zależności od wartości tego napięcia kondensator C2 będzie się ładował szybciej lub wolniej. Ma to wpływ na szerokość generowanych sygnałów o wartości logicznej 0 na wyjściach Wyl, Wy2 układu regulatora.

Szerokość generowanych sygnałów przez układ regulatora decyduje o wielkości napięcia przetwornicy. Jeśli prąd przetwornicy przekroczy wartość krytyczną, wówczas na wyjściu przetwornika A prądu przetwornicy na napięcie pojawi się napięcie przewyższające próg zadziałania elementu pierwszego DNl z układem Schmitta. Na jego wyjściu pojawi się sygnał o wartości logicznej 0, który zablokuje przerzutnik PZ typuzatrzask wywołując na jego wyjściu 3 sygnał o wartości logicznej 1. Sygnał ten zablokuje oba wyjścia Wyl, Wy2 układu regulatora. Zanik prądu na skutek wyłączenia tranzystorów mocy sterowanych z wyjść Wyl, Wy2 układu regulatora nie powoduje odblokowania układu. Odblokowanie obu wyjść nastąpi z chwilą pojawienia się kolejnego impulsu z generatora G impulsów prostokątnych. Jednocześnie oba kondensatory Cl, C2 zostaną rozładowane poprzez dwie diody separujące Dl, D2 i układ RK rozładowania kondensatorów.

163 245

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.

Cena 10 ⁰⁰⁰ z^ł

Claims (2)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Układ regulatora napięcia i prądu przetwornicy półprzewodnikowej zawierający przetworniki napięcia i prądu, generator impulsów prostokątnych, przerzutniki oraz binarne elementy cyfrowe, znamienny tym, że wyjście przetwornika (A) prądu przetwornicy na napięcie zrównoleglone kondensatorem (Cl) połączonejest poprzez pierwszy binarny element cyfrowy (DNI) zawierający układ Schmitta, z wejściem wyzwalającym (2) przerzutnika (PZ) typu zatrzask, którego wyjście (3) dołączone jest do pierwszych wejść dwóch elementów cyfrowych (B2, B3), zwłaszcza typu LUB, których wyjścia (Wyl, Wy2) stanowią wyjścia układu regulatora i dołączone są do układu sterowania półprzewodników mocy, natomiast wyjście przetwornika (B) napięcia przetwornicy na prąd zrównoleglone kondensatorem (C2) połączone jest, poprzez drugi binarny element cyfrowy (DN2) zawierający układ Schmitta, z wejściem dwuwejściowego binarnego elementu (B4), zwłaszcza typu NIE-J, którego wyjście połączone jest z drugimi wejściami dwóch elementów cyfrowych (B2, B3), natomiast wyjście generatora (G) impulsów prostokątnych połączone jest, poprzez układ (WJ) kształtowania wąskich impulsów z wejściem pierwszym (6) przerzutnika (P2) typu RS, z wejściem (4) układu (RK) rozładowania bocznikujących kondensatorów (Cl, C2), z wejściem zerującym (1) przetwornika (PZ) typu zatrzask, z wejściem (S) przerzutnika bistabilnego (PI), przy czym dwa wyjścia (Q, Q) tego przerzutnika połączone są z trzecimi wejściami dwóch binarnych elementów (B2, B3), natomiast wyjście (8) przerzutnika (P2) typu RS połączone jest z wejściem drugim dwuwejściowego elementu (B4), a ponadto wyjście (5) układu (RK) rozładowania kondensatorów dołączone jest poprzez dwie diody separujące (Dl, D2) do kondensatorów (Cl, C2) umieszczonych na wyjściach obu przetworników (A, B), natomiast do wejścia drugiego (7) przerzutnika (P2) typu RS połączonego z wejściem zerującym (R) generatora (G) impulsów prostokątnych dołączony jest wyłącznik (P) przetwornicy.
2. 2. Układ regulatora według zastrz. 1, znamienny tym, że wyjście układu (WJ) kształtowania wąskich impulsów połączone jest z wejściem (S) przerzutnika bistabilnego (Pl) poprzez element cyfrowy (BI) typu NIE, natomiast wejście drugie (7) przerzutnika (P2) typu RS połączone jest z wejściem zerującym (R) generatora (G) impulsów prostokątnych poprzez drugi element cyfrowy (B5) typu NIE.