3.3 Разработка схемы управления

Схема управления СУ предназначена для управления работой транзисторных ключей инвертора и осуществления широтно-импульсной модуляции т.е. стабилизации выходного напряжения. Типовая функциональная схема СУ представлена на рисунке 3.3.1.

Схема управления

Рисунок 3.3.1.

Тактовая частота с задающего генератора ЗГ управляет генератором пилообразного напряжения ГПН. Далее пилообразное напряжение сравнивается с опорным, при превышении которого с выхода компаратора идет сигнал открывания транзисторных ключей. Таким образом меняя опорное напряжение можно менять скважность импульсов и соответственно менять выходное напряжение. Функциональная схема СУ разрабатываемого устройства с применением зашиты от коротких замыканий и перенапряжении представлена на рисунке 3.3.2.

Частота преобразователя с задающего генератора ЗГ поступает на генераторы пилообразного напряжения ГПН1.1, ГПН1.2, ГПН2, два из которых (ГПН1.1 и ГПН1.2) относятся к одному каналу источника и работают в противофазе. Работу генератора пилообразного напряжения (в зависимости от величины тока и напряжения в нагрузке) разрешает или запрещает схема защиты состоящая из защит по току (ЗГ) и по напряжению (ЗН). Пилообразное напряжение поступает на компараторы (К), где сравнивается с опорным. Опорное напряжение генерируется преобразователями напряжения (ПН) в зависимости от напряжения на нагрузке.

Функциональная СУ устройства

Рисунок 3.3.2.

В качестве задающего генератора можно применить микросхему К224ГГ1 цоколевка которой представлена на рисунке 3.3.3, а также схема подключения.

Генератор тактовых импульсов

Рисунок 3.3.3

Микросхема представляет симметричный мультивибратор питающийся от постоянного напряжения +9В. Частоту генерации задают конденсаторами С1 и С2. В дальнейшем для реализации генератора пилообразного напряжения понадобится двуполярный тактовый сигнал. Его можно получить сняв с компаратора сигнал поданный с генератора тактовых импульсов. В качестве компаратора для схемы можно применить микросхему 597СА3, цоколевка и схема подключения представлена на рисунке 3.3.4.

Компаратор 1

Рисунок 3.3.4.

Питание микросхемы +15В напряжение выхода Iвых<12.6мА. Выходы работают в противофазе для тактирования двух генераторов (1-й канал ИВЭП). Для второго канала можно применить микросхему К551СА3, но можноГПНвторого канала затактировать с выхода компаратора для первого канала благо нагрузочная способность позволяет это сделать.

Дальше рассмотрим генератор пилообразного напряжения схема которого представлена на рисунке 3.3.5

Осциллограммы напряжения генератора представлены на рисунке 3.3.6. Такая форма необходима для того, чтобы получить скважность импульсов меньше 2 было невозможно т.е. до тех пор пока не установится номинальное значение напряжения на нагрузке.

Генератор пилообразного напряжения

Рисунок 3.3.5

Осциллограмма напряжения

Рисунок 3.3.6

Принцип действия этой схемы таков: ГПН формирует напряжение Uп в результате сложения двух независимо получаемых импульсных напряжений, прямоугольных импульсов с амплитудой

Uп max –Uп. При поступлении отрицательного импульса на вход Езгсхема на транзисторах VT1, VT2 начинает формировать пилообразный импульс. Так как ток Iкэvt1=const, что достигается применением VD1, R2, то при запирании VT2, конденсатор С1 начинает заряжаться, причем Uc нарастает по линейному закону. Одновременно с этим на обмотке Wвых появляется прямоугольный импульс величина которого зависит от тактовых импульсов, а амплитуда от соотношения резисторов R1 и Rу и определяется формулой.

3.3.1

где Езг(-) –амплитуда отрицательного импульса

амплитуда пилообразных импульсов определим по формуле:

3.3.2

таким образом на выходе будет сумма этих двух напряжений, при появлении на входе Езг положительного импульса VT2 открывается шунтируя тем самым конденсатор С1, а отрицательный импульс на выходе отсекается диодом VD2.

Как видно из схемы на рисунке 3.3.5 и исходя из формулы 3.3.1 работу генератора можно блокировать отперев транзистор VT3. При этом устраняется с выхода прямоугольный импульс. На этом принципе можно выполнить защиту по току и напряжению: при превышении параметров зашитные схемы откроют VT3. Теперь необходимо получить опорное напряжение. В качестве схемы сравнения можно применить обыкновенный операционный усилитель, тем более это поможет гальванически развязать выход блока питания со схемой управления. Схема сравнения представлена на рисунке 3.3.7.

Напряжение с нагрузки поступает на вход неинвертирующего усилителя DA1 коэффициент усиления которого зависит от соотношения величин R1 и R2 и определяется по формуле:

3.3.3

тем самым путем настройки можно выставить необходимое значение выходного напряжения заранее установив амплитуду пилообразного напряжения. В качестве ОУ можно применить микросхему 157УД1. Это мошьный операционный усилитель с К=50*10 питание +15В. Компаратор 597СА3, параметры его дыли приведены ранее.

Схема сравнения

Рисунок 3.3.7

Схема защиты нагрузки от перенапряжений представлены на рисунке 3.3.8 объединим ее со схемой зашиты от короткого замыкания

Схема зашиты

Рисунок 3.3.8.

Напряжение на нагрузке сравнивается с опорным, получаемых на делителе R1 и R2, которая выбирается в процессе настройки, аналогична зашита по току: напряжение с шунта R4 сравнивается с опорным получаемым с делителя R3, R4 значение которого так же выставляется при настройке. При срабатывании какой либо схемы зашиты через элемент U (микросхема К564ЛЛ1) на вход (базу VT3) схемы ГПН поступает отпирающее напряжение. Транзистор VT3схемы зашиты отпирается тем самым блокируя работу ГПН и импульсы на вход трансформатора перестают поступать, тем самым передача энергии в нагрузку прекращается.