RU2011284C1

RU2011284C1 - Voltage converter

Info

Publication number: RU2011284C1
Authority: RU
Inventors: Сулейман Владимирович Левинзон
Original assignee: Сулейман Владимирович Левинзон
Priority date: 1991-12-28
Filing date: 1991-12-28
Publication date: 1994-04-15

Abstract

FIELD: automatic equipment. SUBSTANCE: voltage converter has a power amplifier, control unit, frequency divider in the form of a block of binary counters connected to rectifiers with filters to produce the level of voltage of each frequency. All coincidence circuits, except for the first one, are NAND circuits, connected to which are the inverter outputs of each subsequent frequency and the voltage level of the preceding frequency applied to the OR circuit. Depending on the nature of variation of the operating and load conditions, one of the frequencies is applied to the control block from the frequency divider via the analysis block. EFFECT: expanded functional abilities and enhanced reliability indices due to operation not at a fixed frequency, but at a variable one, depending on the load conditions and operating conditions. 2 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в источниках электропитания. The invention relates to electrical engineering and can be used in power sources.

Известен преобразователь напряжения, содержащий усилитель мощности, подключенный к блоку выпрямителей и фильтров, устройство управления преобразователем, содержащее задающий генератор, подключенный к широтно-импульсному модулятору с усилителем постоянного тока с оптронной развязкой устройства управления и усилителя мощности [1] . A known voltage converter containing a power amplifier connected to a block of rectifiers and filters, a converter control device containing a master oscillator connected to a pulse-width modulator with a DC amplifier with optocoupler isolation of the control device and power amplifier [1].

Известен также преобразователь, содержащий инвертор, трансформатор, схему управления, синхронизирующий задающий генератор, счетчик импульсов, а также логические элементы И, ИЛИ [2] . Also known is a converter containing an inverter, a transformer, a control circuit, a synchronizing master oscillator, a pulse counter, as well as AND, OR logic elements [2].

Недостатком известных преобразователей является их работа во всех режимах на одной и той же частоте преобразования независимо от характера нагрузки и условий эксплуатации. A disadvantage of the known converters is their operation in all modes at the same conversion frequency, regardless of the nature of the load and operating conditions.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является выбранное в качестве прототипа устройство, содержащее усилитель мощности, схему управления с автоматической задержкой включения транзисторов на время рассасывания, генератор импульсов и делитель частоты на триггере [3] . The closest in technical essence to the claimed device is a device selected as a prototype, containing a power amplifier, a control circuit with automatic delay on transistors for the time of resorption, a pulse generator and a frequency divider on the trigger [3].

Недостатком известного устройства является отсутствие регулировки частоты преобразования в зависимости от нагрузки и условий эксплуатации. A disadvantage of the known device is the lack of adjustment of the conversion frequency depending on the load and operating conditions.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства и увеличение показателей надежности путем осуществления изменения частоты преобразования от внешних факторов. The purpose of the invention is the expansion of the functionality of the device and an increase in reliability indicators by implementing changes in the conversion frequency from external factors.

Указанная цель достигается тем, что в преобразователь, содержащий усилитель мощности, схему управления, подключенную к усилителю и управляемую генератором импульсов, и делитель частоты, введен узел анализа характера нагрузки и изменения условий эксплуатации, делитель частоты выполнен в виде двоичных счетчиков на h частот, к выходу каждой из частот, кроме n-й, подключен выпрямитель с фильтром, он снабжен n элементами совпадения, причем к входу n-го подключен выход делителя частоты f_n и выход выпрямителя с фильтром - уровень напряжения N_n-1, выход n-й схемы совпадения подключен к входу (n-1)-й, к двум другим входам которой подключены выход делителя f_n-1 частоты и выход выпрямителя с фильтром - уровень напряжения N_n-2 и т. д. , к первой схеме совпадения подключены выход второй, выход делителя частоты f₂ и выход выпрямителя с фильтром - уровень N₁, выход первой схемы совпадения подключен к одному из входов схемы ИЛИ, все схемы совпадения, кроме первой, являются элементами И-НЕ, к второму входу схемы ИЛИ подключена частота f₁, между выходами выпрямителей с фильтром и соответствующими входами схем совпадения установлены инверторы, выход упомянутой схемы ИЛИ подключен к схеме управления усилителем мощности, причем к входам узла анализа подключены сигналы изменения условий эксплуатации, а выходы упомянутого узла подключены соответственно к каждому блокировочному входу делителя частоты.This goal is achieved by the fact that a node for analyzing the nature of the load and changing operating conditions is introduced into the converter containing the power amplifier, the control circuit connected to the amplifier and controlled by the pulse generator, and the frequency divider, the frequency divider is made in the form of binary counters for h frequencies, to the output of each of the frequencies, except the nth, is connected to a rectifier with a filter, it is equipped with n matching elements, and the input of the nth is connected to the output of the frequency divider f _n and the output of the rectifier with a filter is the voltage level N _n-1 , output One of the n-th matching circuit is connected to the input of the (n-1) -th, to the other two inputs of which are connected the output _{of the} frequency divider f _n-1 and the output of the rectifier with a filter - voltage level N _n-2 , etc., to the first the second output, the output of the frequency divider f ₂ and the output of the rectifier with the filter are connected to level N ₁ , the output of the first matching circuit is connected to one of the inputs of the OR circuit, all matching circuits, except the first, are AND-NOT elements, to the second input of the circuit OR the frequency f _{1 is} connected, between the outputs of rectifiers with a filter and the corresponding inputs of Inverters are installed in coincidence, the output of the mentioned OR circuit is connected to the control circuit of the power amplifier, the signals of changing operating conditions are connected to the inputs of the analysis node, and the outputs of the said node are connected respectively to each blocking input of the frequency divider.

На чертеже фиг. 1 изображена структурная схема предлагаемого преобразователя; на фиг. 2 - временная диаграмма, поясняющая его работу. In the drawing of FIG. 1 shows a structural diagram of the proposed Converter; in FIG. 2 is a timing chart explaining its operation.

Преобразователь содержит генератор импульсов 1, делитель 2^l-2ⁿ частоты, выполненный на n счетчиках с блокировкой (в качестве счетчиков могут быть использованы счетчики двоичного кода с блокировкой по R-входу, т. е. при уровне лог. "0" на нем происходит разрешение счета, а при лог. "1" - запрет, т. е. блокировка соответствующего делителя частоты), выпрямители 3^l-3ⁿ с фильтрами на каждую из частот, в результате чего образуется уровень напряжения N данной частоты (для уменьшения постоянной времени) и исходя из незначительного потребления (единицы мкА для элементов КМОП логики) в качестве выпрямителя с фильтром может быть использован однополупериодный выпрямитель с емкостным фильтром и разрядным резистором), первая частота f₁ подключена к одному из входов схемы ИЛИ 4, выход которой связан с схемой 5 управления, управляющей усилителем мощности преобразователя 6, вторая частота подключена к схеме совпадения 7¹, cледующая - к схеме 7^ll и т. д. Сигналы с датчиков возмущения подключены к устройству 8 анализа, имеющему n выходов (в качестве устройства анализа может быть использовано стандартное логическое устройство, выдающее выходной сигнал на соотвествующий делитель частоты и блокирующий определенные частоты, например микропроцессор), связанных с соответствующими делителями частоты. Между выходами узлов выпрямителей 3^l-3^n-1 установлены инверторы, выходы которых подключены к одним из входов соответствующих схем 7 совпадения. Выпрямитель 3, например, может содержать однополупериодный выпрямитель на диоде 10 с емкостным фильтром 11 и разрядным резистором 12.The converter contains a pulse generator 1, a divider 2 ^l -2 ⁿ frequency, made on n counters with blocking (as counters can be used binary code counters with blocking on the R-input, that is, at the level of log. "0" on it the count is resolved, and with the log “1” - a ban, that is, blocking of the corresponding frequency divider), rectifiers 3 ^l -3 ⁿ with filters for each frequency, resulting in a voltage level N of this frequency (to reduce the constant time) and based on insignificant consumption (units μA for I CMOS logic elements) a half-wave rectifier with a capacitive filter and a discharge resistor can be used as a rectifier with a filter), the first frequency f _{1 is} connected to one of the inputs of the OR circuit 4, the output of which is connected to the control circuit 5, which controls the power amplifier of the converter 6, second frequency is connected to the coincidence circuit 7 ¹ next -.. ^ll to scheme 7, etc. The signals from the sensors connected to the perturbation unit 8 analyzes having n outputs (as analysis devices can be used standard log cal device issuing an output signal at an appropriate frequency divider and blocking certain frequencies, such as a microprocessor) associated with the respective frequency dividers. Between the outputs of the nodes of the rectifiers 3 ^l -3 ^n-1 , inverters are installed, the outputs of which are connected to one of the inputs of the corresponding coincidence circuits 7. Rectifier 3, for example, may include a half-wave rectifier on diode 10 with a capacitive filter 11 and a discharge resistor 12.

Преобразователь работает следующим образом. The converter operates as follows.

В наиболее благоприятных условиях эксплуатации, т. е. когда нагрузка преобразователя минимальна, климатические условия, близкие к режиму НКУ (по ГОСТам t= 20±5^оС), преобразователь работает от частоты преобразователя f₁ наиболее низкой частоты. При увеличении мощности нагрузки частота увеличивается, тем самым при неизменном магнитопроводе возможна передача большей мощности. Устройство 8 блокирует частоту f₁, и к схеме 5 подключается частота f₂. Принцип работы показан на временной диаграмме фиг. 2. При уменьшении, например, температуры окружающей среды происходит блокировка частоты f₁ и f₂ и к схеме 5 подключается частота f_n-1 и т. д. Блокировка делителей 2 частоты происходит воздействием, например, на R-входы двоичных счетчиков, являющихся делителями частоты. Таким образом, в зависимости от условий эксплуатации и характера изменения нагрузки преобразователь работает как адаптируемое устройство, оптимизированное по массе и габаритам или КПД. (56) 1. Авторское свидетельство СССР N 1411899, кл. H 02 M 3/335, 1988.In the most favorable operating conditions, i.e., when the load of the converter is minimal, climatic conditions close to the NKU mode (according to GOSTs t = 20 ± 5 ^о С), the converter operates on the frequency of the converter f _{1 of} the lowest frequency. With an increase in the load power, the frequency increases, thereby, with a constant magnetic circuit, higher power transmission is possible. The device 8 blocks the frequency f ₁ , and the frequency f _{2 is} connected to circuit 5. The principle of operation is shown in the timing diagram of FIG. 2. When, for example, the ambient temperature decreases, the frequency f ₁ and f ₂ is blocked and the frequency f _{n-1 is} connected to circuit 5, and the frequency dividers 2 are blocked by, for example, the R-inputs of binary counters, which are frequency dividers. Thus, depending on the operating conditions and the nature of the load change, the converter operates as an adaptable device, optimized in weight and dimensions or efficiency. (56) 1. USSR author's certificate N 1411899, cl. H 02 M 3/335, 1988.

2. Авторское свидетельство СССР N 1300611, кл. H 02 M 7/48, 1987. 2. Copyright certificate of the USSR N 1300611, cl. H 02 M 7/48, 1987.

3. Костиков В. Г. и Никитин И. Е. Источники электропитания высокого напряжения РЭА. М. : Радио и связь, 1986, с. 62, рис. 1.59. 3. Kostikov V. G. and Nikitin I. E. Power sources of high voltage REA. M.: Radio and communication, 1986, p. 62, fig. 1.59.

Claims

A VOLTAGE CONVERTER containing a power amplifier connected to a control unit controlled by a pulse generator, a frequency divider, characterized in that it includes a node for analyzing the nature of the load and changing operating conditions, the frequency divider is made in the form of nodes from binary counters to n frequencies, to the output each of which, in addition to the corresponding frequency f _n , is connected to a rectifier with a filter, n matching elements, the inputs of the nth of which are connected respectively to the node output from the binary frequency counters f _n and you the rectifier’s travel with a filter with voltage level N _n-1 , the output of the nth match element is connected to the first input of the (n - 1) th, to the other two inputs of which are connected the node output from binary frequency counters f _n-1 and the rectifier output with a filter with voltage level N _n-2 , the node output from binary frequency counters f ₂ and the rectifier output with a filter of level N _{1 are} connected to the first matching element, the output of the first matching element is connected to one of the inputs of the OR element, the second input of which is connected to the output of the node binary counters of frequency f _1, Inverters are installed between the outputs of the rectifiers with filters and the corresponding inputs of the matching elements, the output of the OR element is connected to the control unit of the power amplifier, the measurement sensors are connected to the inputs of the analysis node, and the outputs of the analysis node are connected to the corresponding first blocking inputs of the nodes from binary counters, the other inputs of which connected to the output of the pulse generator, and all elements of coincidence, except the first, are AND elements - NOT.