2. Схемы управления электронными ключами

2.1. Общие сведения о схемах управления

В силовых электронных аппаратах и других устройствах приня­то различать силовую часть и систему управления. К силовой ча­сти относят электрические цепи и элементы, которые непосред­ственно участвуют в передаче электрической энергии от первич­ного источника к потребителю. Силовая часть аппарата по существу явля­ется силовым исполнительным органом, определяющим главные функции аппарата.

Для функциониро­вания силовых элементов схемы - транзисторов, тиристоров и других приборов - необходимо подавать на них соответствующие сигналы управления. Эти сигналы формируются другой составной частью устройства - системой управления (СУ). В отличие от силовой части СУ принимает, обрабатывает и выдает информацию. Поэтому СУ состоит в основном из элементов и функциональных узлов, связанных с информационными потоками.

Система управления силового электронного устройства выполняет следующие функции:

• формирует сигналы управления силовыми элементами силовой части;

• регулирует выходные параметры силовой части;

• включает и отключает по заданному алгоритму основные силовые узлы;

• обменивается информацией с внешней средой.

Представленная на рисунке 2.1 структура является обобщенной, включающей в себя характерные укрупненные функциональные блоки. В реальном аппарате значительная часть из них может отсутствовать или находиться в неявном конструк­тивном или функциональном виде.

Текущий контроль и диагностика устройства осуществляются блоком, на вход которого поступают сигналы от датчиков контролируемых параметров.

Результаты контроля диагностики поступают на блок обработки информации (ИНФ) и затем с его выхода на защитные устройства ЗУ. Блок обработки информации ИНФ в общем случае может связывать все устройство с внешней средой. Например, в него могут посту­пать сигналы команд от микропроцессорного контроллера на включение, выключение и изменение режима работы. Обычно эти сигналы обрабатываются или транслируются непосредственно в блок коммутационной аппаратуры КА. Из блока обработки информации могут исхо­дить в микропроцессорный контроллер или на систему индикации сигналы о состоянии устройства, режимах его работы, причинах отключения или срабатывания защит и т. п.

Обмен с внешней средой может осущест­вляться посредством тумблеров или кнопок, а информацию о состоянии аппарата будут давать обыкновенные сигнальные лампы накаливания. Однако для того чтобы понимать принцип действия аппарата, его функции и возможности, необхо­димо уметь представить структуру СУ и ее функциональные узлы. При этом функ­циональная законченность узла или блока не обязательно имеет отдельную конст­рукцию в виде отдельной платы, модуля и т. п.

Так как силовые электронные аппараты обычно выполняются на электронных ключах, по принципу действия их СУ являются дискретными. Соответственно элементная база СУ сочетает элементы цифровой и аналоговой техники, которая обрабатывает непрерывные сигналы, например тока или напряжения. Эти сигналы затем снова могут быть преобразованы в импульсные.

При этом уровень потребляемой энергии обычно стремятся по возможности минимизировать. К системе управления относят также элементы и узлы, обеспечивающие текущий контроль состояния устройства в целом, диагностику отказов и управление защитными устрой­ствами.

На рис. 2.1 в обобщенной структурной схеме выделены некоторые функциональные блоки.

Рис. 2.1. Обобщенная структурная схема системы управления

Блок датчиков Д содержит датчики регулируемых и контролируе­мых параметров. Так как обычно регулируются выходные параметры, то часть датчиков непосредственно входит в обратную связь канала регулирования. Сигналы от этих датчиков поступают на регулятор РЕГ, в функции которого входит формирование закона управления элементами силовой части. Формирователь импульсов управления ФИУ является согласующим устройством между входами силовых приборов и выходом регулятора. Блок ФИУ формирует импульсы управ­ления, непосредственно поступающие на силовые элементы. Сигналы регулятора являются сигналами малой мощности и не отвечают требованиям, предъявляемым к импульсам управления силовых приборов (тиристоров, транзисторов и др.). Формирователь импульсов управления, функционально, а часто и конструктивно законченное устройство, называют также «драйвером» (drive - водить). Работа драйверов будет рассмотрена в главе 2.3.

Узлы системы управления выполняются из дискретных и интегральных элект­ронных компонентов, электромагнитных реле и т. п. Для функционирования этих элементов требуются источники электропитания с различными параметрами. Поэ­тому в составе структуры имеется блок вторичных источников питания для соб­ственных нужд, называемых также источниками оперативного питания (ИОП), или вторичными источниками питания (ВИП).

Для улучшения массогабаритных показателей используют структуру ИОП с бес трансформаторным входом. В этой структуре переменное напряжение силовой цепи поступает на выпрямитель, выходное напряжение которого преобразуется инвертором в пере­менное напряжение повышенной частоты (обычно не менее 20 кГц). Затем это напряжение трансформируется, снова выпрямляется и фильтруется. Трансформа­ция и фильтрация при повышенных частотах позволяют существенно уменьшить массу и габаритные размеры ИОП.

При питании ИОП от силовых цепей постоянного тока постоянное напряжение также инвертируется на повышенной частоте в переменное, затем трансформиру­ется, выпрямляется и фильтруется.