Устройство защиты полупроводникового преобразователя

Предлагаемая полезная модель относится к области полупроводниковой преобразовательной техники и может быть использована для предотвращения от возникновения короткозамкнутых контуров в полупроводниковом преобразователе посредством слежения за моментом выдачи импульсов управления на управляющие электроды полупроводниковых ключей. Такое устройство защиты полупроводникового преобразователя может быть использовано для слежения за фазой между напряжением и током активно-индуктивной нагрузки преобразователя и отвечает за разрешение выдачи импульсов управления на управляющие электроды полупроводниковых ключей.
Известно устройство защиты полупроводникового преобразователя (патент 2152679 C1 RU, МПК H02H 7/10, H02H 7/122. Устройство для защиты тиристорного преобразователя), содержащее датчики контроля проводящего состояния тиристоров, состоящие из датчика тока и последовательно включенного с ним компаратора, подключенные своими выходами к формирователю импульсов.
Однако указанное устройство для защиты имеет недостаток - необходимость применения датчиков контроля для каждого тиристора.
Кроме того, известно устройство защиты полупроводникового преобразователя (авторское свидетельство 316150 A1 SU, МПК H02H 7/10. Устройство защиты тиристорного преобразователя), взятое за прототип, содержащее датчики тока, схему совпадения, соединенную с исполнительным органом, включенным в цепи управления силовых вентилей преобразователя, где один из входов схемы совпадения подключен к источнику сигналов управления, а другой - к выходу датчика суммарного тока нагрузки и коммутации.
Однако это устройство защиты срабатывает единовременно в случае аварийного режима, блокируя сигналы управления вентилями, в следствие чего рабочий режим преобразователя не возвращается до его полного перезапуска.
Задачей (технический результат) предлагаемой полезной модели является создание устройства защиты полупроводникового преобразователя, обеспечивающего возврат преобразователя в рабочий режим.
Поставленная задача достигается тем, что в предлагаемое устройство защиты, содержащее датчик тока, введены датчик напряжения и микроконтроллер, в котором содержится блок прерывания по напряжению и блок прерывания по току, каждый из которых подключен к таймеру фазы по цепи напряжения и таймеру фазы по цепи тока соответственно, выходы которых подсоединены к блоку сравнения и затем к блоку разрешения выдачи импульса управления полупроводниковых ключей, при этом выход датчика напряжения подключен к блоку прерывания по напряжению, а выход датчика тока - к блоку прерывания по току.
На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого устройства защиты; на фиг. 2 - временные диаграммы токов и напряжений в преобразователе, поясняющие работу устройства защиты.
U
I
U
I
Предлагаемое устройство защиты (фиг. 1) содержит датчик напряжения (ДН) 1, датчик тока (ДТ) 2, выходы которых подключены к микроконтроллеру (М) 3, в котором содержится блок прерывания по напряжению (INT) 4 и блок прерывания по току (INT) 5, каждый из которых подключен к таймеру фазы по цепи напряжения (T) 6 и таймеру фазы по цепи тока (T) 7 соответственно, выходы которых подсоединены к блоку сравнения (К) 8, подключенному к блоку разрешения выдачи импульса управления полупроводниковых ключей (ENB) 9.
Устройство защиты (фиг. 1) работает следующим образом. С датчика напряжения 1 подается сигнал в блок прерывания по напряжению 4 микроконтроллера 3, где определяется момент перехода напряжения нагрузки преобразователя через ноль напряжения, тем самым провоцируется создание одного события, равное такту микроконтроллера, в нашем случае это фаза напряжения нагрузки, и начинает отсчитываться фаза напряжения нагрузки в таймере фазы по цепи напряжения 6, осуществляя тем самым счет событий, определяющих фазу напряжения нагрузки,
n+1
n
ϕ=ϕ+Δ,
n+1
где ϕ - значение фазы напряжения нагрузки на последующем такте работы микроконтроллера;
n
ϕ - значение фазы напряжения нагрузки на предыдущем такте работы микроконтроллера;
Δ - время работы одного такта микроконтроллера.
С датчика тока 2 поступает сигнал в блок прерывания по току 5, где определяется переход тока нагрузки через ноль тока, тем самым провоцируется создание одного события, равное такту микроконтроллера, в нашем случае это фаза импульса управления, и начинает отсчитываться фаза импульса управления между нулем тока нагрузки преобразователя и началом импульса управления полупроводникового ключа в таймере фазы по цепи тока 7, осуществляя тем самым счет событий, определяющих фазу импульса управления
ϕИУ(n+1)
n+1
ϕИУ(n)
t=ϕ+t+Δ,
ϕИУ(n+1)
где t - значение фазы импульса управления на последующем такте работы микроконтроллера;
ϕИУ(n)
t - значение фазы импульса управления на предыдущем такте
работы микроконтроллера.
ϕИУ(n+1)
n+1
ϕИУ(n+1)
n+1
ϕИУ(n+1)
n+1
2
2
Значения фазы напряжения нагрузки и фазы импульса управления сравниваются в компараторе 8, и результат обрабатывается в блоке разрешения выдачи импульсов 9. Если t-ϕ=0, то выставляется запрет на выдачу импульсов управления полупроводниковых ключей в этот момент времени и t принимает значение уставки ϕ+const, если t-ϕ≥const, то выдается разрешение на выдачу импульсов управления, const - постоянная времени, задаваемая оператором микроконтроллера; const - минимальное значение постоянной времени, задаваемой оператором микроконтроллера.
H
1
3
На диаграммах токов и напряжений преобразователя (фиг. 2) показаны: а) ток нагрузки i и напряжение нагрузки Ин, б) импульсы управления, подаваемые на полупроводниковый ключ. В промежутке времени с t по t характер сигналов соответствует нормальной работе преобразователя. В момент времени  произошла выдача импульса в запрещенной зоне, что привело к сбросу импульса в значение уставки.
Таким образом, преставлено устройство защиты, которое обладает возможностью сохранять значение фазы нагрузки и фазы импульса управления полупроводниковых ключей, поэтому по сравнению с прототипом обеспечивается возврат преобразователя в рабочий режим.