УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ УСИЛИТЕЛЯ МОЩНОСТИ

Заявляемая полезная модель относится к области измерительной техники и предназначена для использования в установках для поверки трехфазных и однофазных электронных и индукционных счетчиков электрической энергии, в частности, в источнике испытательных сигналов.
В настоящее время, известны усилители мощности испытательных сигналов с защитой от перегрузки по току, используемые в установках для поверки и калибровки счетчиков электрической энергии, например, в установке для поверки счетчиков электрической энергии СУ001[1] и в источнике испытательных сигналов по патенту на полезную модель [2]. Известные устройства предназначены для использования в установках для поверки трехфазных и однофазных счетчиков электрической энергии как электронных, так и индукционных. В аналогах [1] и [2] усилитель мощности выполнен по схеме полного моста, состоящего из двух полумостов. Известные аналоги содержат: устройство управления затворами силовых транзисторов, полумост силовых транзисторов, фильтр сигналов, датчик тока силовых транзисторов, компаратор уровня тока силовых транзисторов. Сигнал с компаратора управляет отключением силовых транзисторов при критическом значении тока. Общим для полумостов является преобразователь постоянного тока в постоянный ток, далее - DC/DC преобразователь. DC/DC преобразователь осуществляет питание устройства управления затворами силовых транзисторов.
Недостатками аналогов является то, что они имеют одно значение питающего силового напряжения и одно значение уровня защиты по току силовых транзисторов, что не обеспечивает надежной защиты усилителя мощности при малых нагрузках и снижает общую надежность.
Ближайшим из аналогов - прототипом является источник испытательных сигналов, функции которого выполняет базовый блок, встроенный в автоматическую установку для поверки счетчиков электрической энергии СУ001 [1]. Прототип имеет следующие узлы: устройство управления затворами силовых транзисторов, DC/DC преобразователь, который осуществляет питание устройства управления затворами силовых транзисторов, два полумоста силовых транзисторов, составляющих полный мост с фильтром сигналов, датчик тока силовых транзисторов полумоста, компаратор уровня тока силовых транзисторов полумоста, сигнал с которого управляет отключением силовых транзисторов при критическом значении тока, сигнал с которого поступает также в блок управления источника питания.
Недостатки прототипа заключаются в том, что такое устройство обеспечивает только одно значение питающего силового напряжения и одно значение уровня защиты по току силовых транзисторов, что не обеспечивает надежной защиты усилителя мощности при малых нагрузках и снижает общую надежность.
Целью заявляемого устройства является создание в усилителе мощности двух уровней защиты: по напряжению силового питания и двум порогам токовой защиты для максимальной выходной мощности, и пониженной выходной мощности а, следовательно, повышение надежности устройства как при малых, так и больших нагрузках.
Для реализации цели дополнительно введен DC/DC преобразователь для питания силовых транзисторов, управления уровнем напряжения силового питания и лимитом тока полумоста в зависимости от значения диапазона нагрузки. К имеющемуся компаратору уровня тока силовых транзисторов полумоста дополнительно подсоединен второй компаратор уровня тока силовых транзисторов полумоста, который, во взаимодействии с первым компаратором и устройством управления затворами силовых транзисторов, обеспечивает второй уровень защиты от перегрузки по току по двум значениям порогов.
Общие признаки предлагаемой полезной модели с прототипом: это наличие DC/DC преобразователя, который осуществляет питание устройства управления затворами силовых транзисторов, полумоста силовых транзисторов, соединенного через датчик тока силовых транзисторов с фильтром сигналов и нагрузкой, при этом датчик тока подключен к компаратору уровня тока силовых транзисторов полумоста.
Отличительные признаки заключаются в том, что дополнительно введен DC/DC преобразователь для питания силовых транзисторов, управления уровнем напряжения силового питания и лимитом тока полумоста в зависимости от значения диапазона нагрузки, с которым соединен DC/DC преобразователь, который осуществляет питание устройства управления затворами силовых транзисторов, что обеспечивает первый уровень защиты усилителя мощности от перегрузки по току. При этом DC/DC преобразователь для питания силовых транзисторов, управления уровнем напряжения силового питания и лимитом тока полумоста соединен с полумостом силовых транзисторов. Дополнительно к имеющемуся, первому, компаратору уровня тока силовых транзисторов полумоста подключен второй компаратор уровня тока силовых транзисторов полумоста, соединенный с устройством управления затворами силовых транзисторов, которое соединено с полумостом силовых транзисторов и, в зависимости от значения диапазона нагрузки в первом или во втором компараторах, при критическом значении тока, устройство управления затворами силовых транзисторов подает сигнал на отключение полумоста силовых транзисторов. Этим обеспечивается второй уровень защиты силовых транзисторов полумоста от перегрузки по току, по двум значениям порогов а, следовательно, усилителя мощности в целом.
На фиг.1 изображена структурная схема заявляемого устройства.
DC/DC преобразователь 1 для питания силовых транзисторов, управления уровнем напряжения силового питания и лимитом тока полумоста, далее - DC/DC Пр 1, соединен с DC/DC преобразователем 2, далее - DC/DC Пр 2, который осуществляет питание устройства управления затворами силовых транзисторов и непосредственно соединен с ним, далее - УУЗ 3, DC/DC преобразователь 1, соединен с полумостом силовых транзисторов 4, далее - ПМ 4, который через датчик тока силовых транзисторов 5, далее - ДТ 5, соединен с фильтром сигналов 6, далее - ФС 6, и нагрузкой 7. При этом ДТ 5 подсоединен к компаратору уровня тока силовых транзисторов полумоста 8, далее - Комп 8, содержащему первый компаратор, соединенный со вторым компаратором, который соединен с УУЗ 3, которое, в свою очередь, соединено с ПМ 4.
Работа предлагаемого устройства.
При включении усилителя мощности DC/DC преобразователь 1 выставляет силовое питание на DC/DC преобразователь 2 и полумост силовых транзисторов 4, при этом питающее напряжение зависит от значения диапазона нагрузки. DC/DC преобразователь 1 осуществляет контроль лимита общего тока усилителя мощности, обеспечивая первый уровень защиты усилителя мощности. DC/DC преобразователь 2 осуществляет питание устройства управления затворами силовых транзисторов 3. Полезный сигнал с выхода полумоста 4 поступает через датчик тока 5 на фильтр сигналов 6 в нагрузку 7, при этом контроль импульсного значения тока силовых транзисторов полумоста 4 производится в компараторе уровня тока 8 в зависимости от значения диапазона нагрузки в первом или во втором компараторах. При достижении критического значения тока компаратор 8 через УУЗ 3 выдает сигнал отключения полумоста силовых транзисторов 4, обеспечивая второй уровень защиты транзисторов по двум значениям порогов, а, следовательно, и усилителя мощности в целом.
Пример реализации полезной модели может быть следующим:
DC/DC преобразователь 1 реализован на микросхеме L4981A фирмы ST Microelectronics, диоде STD12S60 фирмы ST Microelectronics и дросселе 100 мкГн. DC/DC преобразователь 2 реализован на микросхеме MC33363 ADW фирмы ON Semiconductor. Устройство управления затворами силовых транзисторов 3 можно реализовать на элементах IR2113 фирмы International Rectifier, на микросхеме LTV817B фирмы Lite On. Полумост 4 силовых транзисторов можно выполнить на транзисторах IRFPS37N50A фирмы International Rectifier. В качестве датчика тока 5 может быть использован резистор. Фильтр сигналов 6 - на дросселях 420 мкГн. В виде нагрузки 7 может быть применен любой поверяемый прибор. Компаратор 8 может быть реализован на микросхемах LM211D фирмы Texas Instruments.
Таким образом, в предлагаемом устройстве, введена защита усилителя мощности, используемого в источнике испытательных сигналов, имеющая два уровня защиты: по напряжению силового питания и лимиту тока и двум порогам токовой защиты силовых транзисторов полумоста для максимальной выходной мощности и пониженной выходной мощности а, следовательно, повышение надежности как при малых, так и больших нагрузках.
Используемые источники информации:
1. Руководство по эксплуатации ИНЕС.411722.002РЭ. ТУ 4222-036-46146329-2003. Установка для поверки однофазных счетчиков электрической энергии Энергомера СУ001. Изготовитель ОАО «Концерн Энергомера», г.Ставрополь, Россия, www.energomera.ru
2. Патент на полезную модель №59838, МПК G01R 31/00, пр. 03.08.2006. Источник испытательных сигналов.