СТАБИЛИЗАТОР ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК G05F1/20 

Изобретение относится к электротехнике и может найти применение в устройствах электропитания аппаратуры различного назначения.

Известен стабилизатор переменного напряжения, содержащий регулирующий орган дискретного действия, к выходу которого подсоединены соединенные каскадно измеритель переменного напряжения и трехпозиционный орган сравнения, а к управляющим входам двоичный реверсивный счетчик, входы которого соединены с выходами конъюнкторов, первые входы которых соединены с измерителем переменного напряжения, вторые входы с выходами терхпозиционного органа сравнения, а третьи входы через дешифраторы подсоединены к выходам реверсивного двоичного счетчика [1]
Недостатком такого стабилизатора переменного напряжения является наличие существенной динамической погрешности выходного напряжения при перепадах напряжения сети.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному техническому решению является стабилизатор переменного напряжения, содержащий генератор тактовых импульсов, а также каскадно включенные формирователь синхроимпульсов и регулирующий орган дискретного действия, к выходу которого подсоединен цифровой измеритель переменного напряжения, а к управляющим входам двоичный реверсивный счетчик, входы которого соединены с выходами конъюнкторов [2]
Недостатком такого стабилизатора переменного напряжения также является наличие существенной динамической погрешности выходного напряжения при перепадах напряжения сети.

Техническим результатом, получаемым при осуществлении изобретения, является уменьшение динамической погрешности стабилизатора.

Указанный технический результат достигается тем, что в известный стабилизатор переменного напряжения, содержащий генератор тактовых импульсов, а также каскадно включенные формирователь синхроимпульсов и регулирующий орган дискретного действия к выходу которого подсоединен цифровой измеритель переменного напряжения, а к управляющим входам двоичный реверсивный счетчик, входы которого соединены с выходами конъюнкторов, введены схему ПЗУ, подключенная входами к выходу цифрового измерителя переменного напряжения, а первым и вторым выходами к первым входам конюънкторов, а также дополнительный двоичный реверсивный счетчик и RS-триггер, выходы которого соединены со вторыми входами конъюнкторов, третьи входы которых подключены к выходу генератора тактовых импульсов, и вычитающему входу дополнительного двоичного реверсивного счетчика, причем его выход перехода через нуль соединен с единичным установочным входом и S входом RS-триггера, R вход которого соединен с выходом формирователя синхроимпульсов, а входы предварительной установки с остальными выходами схемы ПЗУ.

На фиг.1 показана электрическая схема предложенного стабилизатора переменного напряжения; на фиг.2,3 и 4 диаграммы, поясняющие его работу. Диаграммы фиг.2 соответствуют напряжению на нагрузке, меньшем нижнего порогового уровня, диаграммы фиг. 3 напряжению на нагрузке, находящемся в диапазоне между нижним и верхним пороговыми уровнями, диаграммы фиг.4 - напряжению на нагрузке, большем верхнего порогового уровня. При этом показаны изменения во времени:
а выходного напряжения U;
б сигнала b выхода напряжения нагрузки за пределы верхнего порога (первый выход схемы ПЗУ);
в сигнала S выхода напряжения нагрузки за пределы нижнего порога (второй вывод схемы ПЗУ);
г цифрового кода Y на выходе схемы ПЗУ (остальные выводы схемы ПЗУ);
д сигнала Z формирователя синхроимпульсов 2;
е сигнала f генератора тактовых импульсов 1;
ж сигала r выхода перехода через нуль дополнительного двоичного счетчика 9;
з сигнала h выхода RS-триггера 10;
и сигнала р суммирующего входа двоичного реверсивного счетчика 5;
к сигнала m вычитающего входа двоичного реверсивного счетчика 5.

Стабилизатор переменного напряжения (фиг.1), содержит генератор тактовых импульсов 1, а также каскадно включенные формирователь синхроимпульсов 2 и регулирующий орган дискретного действия 3, к выходу которого подсоединен цифровой измеритель переменного напряжения 4, а к управляющим входам - двоичный реверсивный счетчик 5, входы которого соединены с выходами конъюнкторов 6 и 7, схему ПЗУ 8, подключенную входами к выходу цифрового измерителя переменного напряжения, а первым и вторым выходами к первым входам конъюнкторов 6 и 7, а также дополнительный двоичный реверсивный счетчик 9 и RS-триггер 10, выходы которого соединены со вторыми входами конъюнкторов 6 и 7, третьи входы которых подключены к выходу генератора тактовых импульсов 1 и вычитающему входу дополнительного двоичного реверсивного счетчика 9, причем его выход перехода через нуль соединен с единичным установочным входом и R-входом RS-триггера 10, S-вход которого соединен с выходом формирователя синхроимпульсов 2, а входы предварительной установки с остальными выходами схемы ПЗУ 8.

Формирователь синхроимпульсов 2 выполнен на основе трансформатора тока, выходная обмотка которого подсоединена к каскадно включенным выпрямителю и компаратору напряжения. Регулирующий орган дискретного действия выполнен на трансформаторе с секционированной вторичной обмоткой, секции которой, имеющие числа витков, пропорциональные целым степеням числа два, подключены к нагрузке посредством тиристорных ключевых элементов. Коэффициент передачи напряжения регулирующим органом дискретного действия пропорционален его управляющему коду. Цифровой измеритель переменного напряжения выполнен на основе двоичного счетчика, счетный вход которого подключен к выходу ключа, подсоединенного информационным входом к генератору тактовых импульсов, а управляющим входом - к выходу аналогового компаратора, первый вход которого подключен к генератору пилообразного напряжения, а второй вход к информационному входу измерителя. Все логические узлы стабилизатора выполнены на интегральных микросхемах серии К155.

Работа стабилизатора происходит следующим образом.

Из выходного напряжения U цифровым измерителем 4 формируется двоичный код, преобразуемый схемой ПЗУ 8 в код управления, представляющий собой совокупность кода рассогласования Y и два логических сигнала р и m, формируемые по следующим правилам

где U величина напряжения, определенная цифровым измерителем 4;
U_min, U_max предельно допустимые значения этих величин.

Код рассогласования Y формируется следующим образом. Если выходное напряжение не выходит за пределы допустимых значений, этот код равен нулевому значению. Если выходное напряжение выходит за пределы допустимых значений, формируется ненулевой код, значение которого определяется степенью отклонения выходного напряжения от его предельных значений, при этом изменение величины коэффициента передачи регулирующего органа дискретного действия 3 в 1-й полупериод DK (i) определяется следующей формулой

где K (i-1) величина коэффициента передачи регулирующего органа дискретного действия в (i-1)-м полупериоде.

В соответствии с этим обеспечивается следующий алгоритм регулирования напряжения. При напряжении нагрузки, соответствующем предельным допустимым значениям U_min и U_max, схема ПЗУ 8 (фиг.1) не вырабатывает никаких управляющих сигналов (см.фиг.3). При этом состояние схемы не изменяется.

При напряжении нагрузки, меньшем нижнего предельного уровня (см.фиг.2), схемой ПЗУ 8 формируется сигнал S и код рассогласования Y, который заносится в дополнительный двоичный счетчик 9 синхроимпульсов Z, сформированным формирователем 2. Одновременно сигналом Z осуществляется установка RS-триггера 10 в единичное состояние. Выходной сигнал h триггера 10 разрешает прохождение импульсов f генератора 1 через конъюнктор 6 на суммирующий вход двоичного реверсивного счетчика 5. Количество импульсов р, поступивших на счетчик 5 определяется кодом, записанным в двоичном реверсивном счетчике 9. Это обеспечивается тем, что каждый импульс генератора 1 вычитается счетчиком 9 до тех пор, пока не происходит его обнуление, приводящее к переводу RS-триггера 10 в нулевое состояние, запрещающее нулевым значением сигнала h прохождение импульсов f генератора 1 на суммирующий вход двоичного реверсивного счетчика 5.

Количество импульсов, поступивших на счетчик, таким образом изменяет код управления регулирующим органом 3, что новое значение его коэффициента передачи обеспечивает установление выходного напряжения в диапазоне значений (U_min, U_max).

При напряжении нагрузки, большем верхнего предельного уровня (см. фиг. 4), происходит аналогичные процессы, отличающиеся тем, что при этом схемой ПЗУ формируется сигнал b, обеспечивающий подачу импульсной последовательности через конъюнктор 7 на вычитающий вход двоичного реверсивного счетчика 5.

Алгоритм формирователя управляющих кодов переполнения реализуется программой ПЗУ 8, составленной на основании приведенного выше соотношения.

Предложенный вариант стабилизатора переменного напряжения обеспечивает отслеживание изменений напряжения на нагрузке в течение одного полупериода напряжения сети, что позволяет полностью исключить динамическую погрешность, возникающую при резких перепадах сетевого напряжения.

Использование: в устройствах электропитания аппаратуры различного назначения. Сущность изобретения: стабилизатор переменного напряжения содержит генератор 1 тактовых импульсов и каскадно включенные формирователь 2 синхроимпульсов и регулирующий орган 3 дискретного действия, к выходу которого подсоединен цифровой измеритель 4 переменного напряжения, а к управляющим входам - двоичный реверсивный счетчик 5, входы которого соединены с выходами конъюнкторов 6 и 7. Для уменьшения динамической погрешности в него введены схема ПЗУ 8, подключенная входами к выходу цифрового измерителя 4 переменного напряжения, а первым и вторым выходами - к первым входам конъюнкторов 6 и 7, а также дополнительный двоичный реверсивный счетчик 9 и RS-триггер 10, выходы которого соединены со вторыми входами конъюнкторов 6 и 7, третьи входы которых подключены к выходу генератора 1 тактовых импульсов и вычитающему входу дополнительного двоичного реверсивного счетчика 9, причем его выход перехода через нуль соединен с единичным установочным входом и S входом RS-триггера 10, R вход которого соединен с выходом формирователя 2 синхроимпульсов, а входы предварительной установки - с остальными выходами схемы ПЗУ 8. 4 ил.

Стабилизатор переменного напряжения, содержащий генератор тактовых импульсов, а также каскадно включенные формирователь синхроимпульсов и регулирующий орган дискретного действия, к выходу которого подсоединен цифровой измеритель переменного напряжения, а к управляющим входам двоичный реверсивный счетчик, входы которого соединены с выходами первого и второго конъюнкторов, отличающийся тем, что в него введены дополнительный двоичный реверсивный счетчик, схема ПЗУ, подключенная входами к выходу цифрового измерителя переменного напряжения, состояние первого выхода которой, подключенного к входу первого конъюнктора, равно лог. 1 при выходном напряжении стабилизатора, меньшем или равном минимально допустимому, и равно лог. 0 во всех остальных случаях, состояние второго выхода, подключенного к входу второго конъюнктора, равно лог. 1 при выходном напряжении стабилизатора, большем или равном максимально допустимому, и равно лог. 0 во всех остальных случаях, состояние остальных выходов, подключенных к входам предварительной установки дополнительного двоичного реверсивного счетчика, равно произведению текущего коэффициента передачи регулирующего органа дискретного действия на разность между частным от деления максимально допустимого напряжения на текущее выходное напряжение стабилизатора и единицей при выходном напряжении стабилизатора, большем или равном максимально допустимому, или равно произведению текущего коэффициента передачи регулирующего органа дискретного действия на разность между частным от деления минимально допустимого напряжения на текущее выходное напряжение стабилизатора и единицей при выходном напряжении стабилизатора, большем или равном минимально допустимому, и равно нулевому коду во всех остальных случаях, а также RS-триггер, выходы которого соединены с вторыми входами конъюнкторов, третьи входы которых подключены к выходу генератора тактовых импульсов и вычитающему входу дополнительного двоичного реверсивного счетчика, причем его выход перехода через нуль соединен с единичным установочным входом и R-входом RS-триггера, S-вход которого соединен с выходом формирователя синхроимпульсов.