устройство для управления мостовым инвертором

Формула изобретения

Устройство для управления мостовым инвертором, содержащее интегрирующий модулятор длительности импульсов, отличающееся тем, что в него введены оптическая пара, защитная цепочка, усилитель с малым входным сопротивлением, два интегрирующих звена, блок аналоговой обработки сигнала, выходной усилитель, группа трансформаторов тока, подключенных параллельно «началом к началу» и со входом усилителя с малым входным сопротивлением, выход которого соединен с первым интегрирующим звеном, своим выходом подключенным к первому входу блока аналоговой обработки сигнала, ко второму входу блока аналоговой обработки сигнала подключен выход первого интегрирующего звена, выход блока аналоговой обработки сигнала соединен с входом другого интегрирующего звена, выход которого подключен к первому входу интегрирующего модулятора длительности импульсов, к другому входу которого подключен выход с оптической пары, имеющей также вход для управления мостовым инвертором, выход интегрирующего модулятора длительности импульсов подключен к входу выходного усилителя, выход которого подключен к входу защитной цепочки, выход которой подключен к силовому вентилю мостового инвертора.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления мостовым инвертором, содержащим силовые вентили Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT) или Metal-Oxyde-Smiconductor Field Effect Transistor (MOSFET), включенные по мостовой схеме.

Известно устройство для управления мостовым инвертором (А.В.Кваша, А.А.Крупицкий, Г.А.Найденов, А.с. СССР №762165), содержащее перепрограммируемое постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), блоки преобразования двоичного кода в длительность импульса и аналоговые умножители, собранные таким образом, что входным сигналом изменяется длительность выходных импульсов, последовательность которых задана в ПЗУ.

Однако указанное устройство не содержит элементов, предохраняющих силовые вентили от сквозных токов в момент переключения, а также не содержит защитной цепочки, исключающей повреждение логического блока от пробоя перенапряжением в случае выхода из строя выходных вентилей.

Кроме того, известно устройство для управления мостовым инвертором (Л.Г.Стрелкин, А.с. №141195), являющееся прототипом предлагаемого изобретения и содержащее интегрирующий модулятор длительности импульсов, первым входом подключенный к управляющему входу устройства, генератор прямоугольных импульсов, выходом подключенный к входу первого одновибратора, выход которого подключен к первым входам двух первых из четырех элементов ИЛИ-НЕ, вторые входы которых соединены с входами первого счетного триггера, а выходы элементов ИЛИ-НЕ подключены к выходным выводам, и с целью снижения потерь и уровня радиопомех введены второй одновибратор и второй счетный триггер, при этом выход первого одновибратора соединен с входом первого триггера и входом запуска модулятора длительности импульсов, выход которого подключен к входу второго одновибратора, соединенного выходом с первыми входами двух вторых элементов ИЛИ-НЕ, вторые входы которых соединены с выходами триггера, вход которого подключен к выходу второго одновибратора.

Однако указанное устройство не изменяет ширины защитной паузы в зависимости от текущего состояния силовых вентилей, она постоянна. Следовательно, возможны ситуации, когда при так называемом «защелкивании» IGBT вследствие неудачной топологии схемы или излишне быстрого закрытия вентиля будут протекать значительные сквозные токи, что снижает КПД устройства.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение КПД.

Поставленная задача достигается тем, что в известное устройство для управления мостовым инвертором, содержащее интегрирующий модулятор длительности импульсов, введены оптическая пара, защитная цепочка, усилитель с малым входным сопротивлением, два интегрирующих звена, блок аналоговой обработки сигнала, выходной усилитель, группа трансформаторов тока, подключенных параллельно «началом-к-началу» и со входом усилителя с малым входным сопротивлением, выход которого соединен с первым интегрирующим звеном, своим выходом подключенным к первому входу блока аналоговой обработки сигнала, ко второму входу блока аналоговой обработки сигнала подключен выход первого интегрирующего звена, выход блока аналоговой обработки сигнала соединен с входом другого интегрирующего звена, выход которого подключен к первому входу интегрирующего модулятора длительности импульсов, к другому входу которого подключен выход с оптической пары, имеющей также вход для управления мостовым инвертором, выход интегрирующего модулятора длительности импульсов подключен к входу выходного усилителя, выход которого подключен к входу защитной цепочки, выход которой подключен к силовому вентилю мостового инвертора.

На фиг.1 приведена структурная блок-схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - диаграммы, поясняющие его работу, на которых промежутки времени t_и представлены одинаковыми на всем периоде Т=1/50 с лишь с целью избавления изображения от мелких деталей; на фиг.3 показана принципиальная схема; на фиг.4 - схема подключения устройства к выходным вентилям и трансформаторам тока.

Предлагаемое устройство (фиг.1) содержит трансформаторы тока 1, 2, 3, 4, соединенные выходами с входом усилителя 5 с малым входным сопротивлением, к выходу которого подключено первое интегрирующее звено 6, соединенное своим выходом с первым входом блока аналоговой обработки сигнала 7, выполняющим поиск минимального и максимального напряжения и арифметические действия с ними, другой вход блока 7 подключен к выходу усилителя с малым входным сопротивлением 5, выход блока 7 подключен ко входу другого интегрирующего звена 8, выход интегрирующего звена 8 соединен с первым входом интегрирующего модулятора длительности импульсов 10, к другому входу которого подключен выход с оптической пары 9, выход интегрирующего модулятора длительности импульсов 10 соединен со входом выходного усилителя 11, выход этого усилителя подключен ко входу защитной цепочки 12.

Устройство для управления мостовым инвертором может быть выполнено, например, как показано на фиг.3. Здесь усилитель 5 содержит элементы 1, 2, 3, 4, 13, 14, 15, 26, 34; интегрирующее звено 6 содержит элементы 17, 27; блок аналоговой обработки сигнала 7 содержит элементы 16, 18, 19, 20, 28, 29, 31, 32, 39, из которых 19, 20, 28, 29 принадлежат также и блоку 8; каскад оптической пары 9 содержит элементы 21, 22, 23, 35; интегрирующий модулятор длительности импульсов 10 содержит элементы 24, 30, 40; выходной усилитель 11 содержит элементы 25, 36, 37; защитная цепочка 12 содержит элементы 33 и 41. Напряжение +Е_п обеспечивается источником вторичного питания 42.

Устройство работает следующим образом: в нормальном режиме работы при активно - индуктивной или индуктивной нагрузке результирующий ток, протекающий через трансформаторы тока, будет I_тт(t), изображенный на фиг.2. При активной нагрузке отсутствуют составляющие I _VD1, I_VD2, и ток будет I _ттr(t) (фиг.2), а также для любого момента времени I _тт(t) 0. Следует отметить, что при работе инвертора на активную нагрузку симметрия токов по форме по оси абсцисс не будет нарушена. При протекании сквозных токов существуют суммируемые трансформаторами T₁ и Т₂ (фиг.4) выбросы тока значительной амплитуды и малой продолжительности I _TTc(t), которые увеличат u_max и незначительно увеличат u_ср.

Ток с выхода трансформаторов тока 1, 2, 3, 4 поступает на вход усилителя 5, имеющего малое входное сопротивление. С выхода усилителя 5 сигнал в виде напряжения поступает на вход интегрирующего звена 6, выполняющего выделение средней составляющей, а также на вход блока аналоговой обработки сигнала 7, выполняющего поиск минимального и максимального напряжения, их суммы с вычетом средней составляющей с выхода интегрирующего звена 6.

Очевидно, что при острых и коротких выбросах максимальное напряжение будет по амплитуде больше, чем разность среднего и минимального значения напряжения сигнала. Так будет сформирован сигнал управляющего воздействия на выходе блока 7.

Далее выделяется постоянная составляющая интегрирующим звеном 8 и сигнал с выхода интегрирующего звена 8 поступает на первый вход интегрирующего модулятора длительности импульсов 10, задерживающий или ускоряющий поступление логического нуля или единицы на входе выходного усилителя 11 в зависимости от величины управляющего воздействия. Сигнал коммутации поступает с выхода оптической пары 9 на другой вход интегрирующего модулятора длительности импульсов 10. Далее сигнал подается на выходной каскад 11, с него, будучи усиленным по току, попадает на защитную цепочку 12, а с нее на затвор (базу) силового вентиля мостового инвертора.

Таким образом, предлагаемое устройство для управления мостовым инвертором имеет лучший КПД по сравнению с прототипом, так как изменяет момент начала и окончания импульса в зависимости от типа и величины нагрузки в такой мере, что сводит к нулю сквозные токи в мостовом инверторе, вызывающие дополнительные потери активной мощности.