ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ Российский патент 2003 года по МПК H02M3/00 H03G3/12 G05B11/06 

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в радиотехнике и автоматике, в частности в системах измерения и слежения.

Известны схемы автокомпенсационных усилителей (масштабных преобразователей) с замкнутой структурной схемой измерительного устройства (см. Туз Ю. М. Структурные методы повышения точности измерительных устройств. Издательское объединение "Вища школа", 1976, с. 37, табл. 3, п.2). В этих устройствах содержатся каналы коррекции усиления, что приводит к изменению уравнения преобразования и появлению петли положительной обратной связи.

Недостатком данных преобразователей является трудность обеспечения устойчивости при их реализации на операционных усилителях.

Наиболее близким схемотехническим решением к предлагаемому является принятый авторами за прототип преобразователь, содержащий усилитель, охваченный петлей отрицательной обратной связи и петлей положительной обратной связи, содержащей в своем составе второй усилитель (см. Туз. Ю.М. Структурные методы повышения точности измерительных устройств. Издательское объединение "Вища школа", 1976, с. 37, табл. 3, п.2). Таким образом, преобразователь представляет усилитель с корректирующим каналом в виде петли положительной обратной связи. При коэффициенте передачи корректирующего канала, близком к единице, удается уменьшить значение нестабильности коэффициента усиления преобразователя, вызванной нестабильностью усилителя.

Недостатком этого преобразователя является низкая устойчивость при значении коэффициента передачи корректирующего канала, близком или равном единице.

Задачей, решаемой заявленным техническим решением, является повышение устойчивости системы в области медленно меняющихся напряжений.

Поставленная задача достигается тем, что в преобразователь постоянного напряжения в постоянное, содержащий первый усилитель, вход которого подсоединен к выходу суммирующего устройства, цепь отрицательной обратной связи, включенную между выходом первого усилителя, являющимся выходом преобразователя, и первым входом суммирующего устройства, второй вход которого является входом преобразователя, цепь положительной обратной связи, содержащую второй усилитель, вход которого подключен к входу первого усилителя, а выход соединен с третьим входом суммирующего устройства, введены блок управления и развязывающий блок, включенный в цепь положительной обратной связи и содержащий две параллельные ветви, первая из которых состоит из последовательно соединенных размыкающегося ключа, первого запоминающего устройства и замыкающегося ключа, вторая ветвь - из последовательно соединенных замыкающегося ключа, второго запоминающего устройства и размыкающегося ключа, причем входы размыкающегося ключа первой ветви и замыкающегося ключа второй ветви подключены к выходу второго усилителя, выходы замыкающегося ключа первой ветви и размыкающегося ключа второй ветви подключены к третьему входу суммирующего устройства, а к управляющим входам ключей подключен выход блока управления.

Сущность настоящего изобретения состоит в создании в заявляемом преобразователе прерывистой положительной обратной связи, повышающей устойчивость системы по сравнению с применением традиционной положительной обратной связи.

В заявляемом техническом решении благодаря совокупности перечисленных признаков в процессе работы устройства наличие положительной обратной связи не приводит к потере устойчивости, что предотвращает преобразователь от самовозбуждения.

На чертеже приведена функциональная схема заявляемого преобразователя.

Преобразователь постоянного напряжения в постоянное содержит суммирующее устройство 1, к выходу которого подсоединен усилитель 2, охваченный цепью отрицательной обратной связи 3, подключенной между выходом усилителя 2 и первым входом суммирующего устройства 1. Второй вход суммирующего устройства 1 является входом преобразователя, а выходом преобразователя является выход усилителя 2. Между входом усилителя 2 и третьим входом суммирующего устройства 1 включена цепь положительной обратной связи, содержащая усилитель 4 и развязывающий блок, который состоит из двух параллельных ветвей, первая из которых содержит последовательно соединенные размыкающийся ключ 5, запоминающее устройство 6 и замыкающийся ключ 7, а вторая - последовательно соединенные замыкающийся ключ 8, запоминающее устройство 9 и размыкающийся ключ 10. Входы размыкающегося ключа 5 первой ветви и замыкающегося ключа 8 второй ветви развязывающего блока подключены к выходу усилителя 4, вход которого подключен к входу усилителя 2, а выходы замыкающегося ключа 7 первой ветви и размыкающегося ключа 10 второй ветви развязывающего блока подключены к третьему входу суммирующего устройства 1. Управляющие входы всех четырех ключей подключены к выходу блока управления 11.

Устройство работает следующим образом. Входной сигнал поступает на первый вход суммирующего устройства 1, на второй и третий входы которого поступают соответственно сигналы отрицательной и положительной обратной связи. Выходной сигнал суммирующего устройства 1 поступает на входы усилителей 3 и 4. Сигнал с выхода усилителя 4 поступает на входы ключей 5 и 8, коммутирующих входы запоминающих устройств 6 и 9 с периодом Т. Сигнал с запоминающих устройств 6 и 9 поступает на входы ключей 7 и 10, которые коммутируют выходы запоминающих устройств 6 и 9 с периодом Т. Коммутация ключей осуществляется блоком управления 11 так, что в течение времени, когда выход усилителя 4 через ключ 5 замкнут на вход запоминающего устройства 6, выход второго запоминающего устройства 9 через ключ 10 замкнут на вход суммирующего устройства 1. Через полпериода происходит синхронное для всех четырех ключей переключение, в результате которого вход второго запоминающего устройства 9 замыкается на выход усилителя 4 через ключ 8, а выход первого запоминающего устройства 6 через ключ 7 - на вход суммирующего устройства 1. Через полпериода происходит синхронное переключение всех четырех ключей, возвращающее их в исходное состояние. Таким образом происходит коммутация сигнала положительной обратной связи и гальваническая развязка сигналов на выходе усилителя 4 и на третьем входе суммирующего устройства 1. Гальваническая развязка в цепи положительной обратной связи исключает возможность самовозбуждения преобразователя через цепь положительной обратной связи при условии, что 1/Т < f_R, где Т - период коммутации, f_R - частота, на которой преобразователь наиболее близок к потере устойчивости при непосредственном подключении выхода усилителя 4 к входу суммирующего устройства 1.

Для преобразователя постоянного напряжения в постоянное, содержащего только отрицательную обратную связь, уравнением преобразования является

где К_п - коэффициент усиления преобразователя,
k₁ - коэффициент усиления усилителя, не охваченного цепью обратной связи,
β - коэффициент преобразования цепи отрицательной обратной связи.

При введении цепи положительной обратной связи уравнение преобразования примет вид

где К₂ - коэффициент передачи цепи положительной обратной связи, равный произведению коэффициента усиления усилителя 4 на коэффициент передачи развязывающего блока.

При К₂ -->1 имеем формулу

Таким образом, при условии K₂=1=const имеем коэффициент преобразования преобразователя К_п, не зависящий от величины нестабильности K₁. При условии 1/Т<f_R, где Т - период коммутации, f_R - частота, на которой преобразователь наиболее близок к потере устойчивости, коэффициент передачи цепи положительной обратной связи К₂ в области частоты f_R близок или равен нулю, т.е. наличие положительной обратной связи практически не влияет на устойчивость преобразователя.

Относится к измерительной технике и может быть использовано в радиотехнике и автоматике, в частности в системах измерения и слежения. Техническим результатом является повышение устойчивости преобразователя, охваченного цепями отрицательной и положительной обратной связи. В преобразователе постоянного напряжения в постоянное, содержащем усилители 2, 4, введены блок управления 11 и развязывающий блок, включенный в цепь положительной обратной связи и содержащий два размыкающихся ключа 5 и 10, два замыкающихся ключа 7 и 8, два запоминающих устройства 6 и 9. При условии 1/Т<f_R, где Т - период коммутации ключей, f_R - частота, на которой преобразователь наиболее близок к потере устойчивости, коэффициент передачи цепи положительной обратной связи К₂ в области частоты f_R близок или равен нулю, т.е. наличие положительной обратной связи практически не влияет на устойчивость преобразователя. 1 ил.

Преобразователь постоянного напряжения в постоянное, содержащий первый усилитель, вход которого подсоединен к выходу суммирующего устройства, цепь отрицательной обратной связи, включенную между выходом первого усилителя, являющимся выходом преобразователя, и первым входом суммирующего устройства, второго вход которого является входом преобразователя, цепь положительной обратной связи, содержащую второй усилитель, вход которого подключен к входу первого усилителя, отличающийся тем, что преобразователь содержит блок управления, а в цепь положительной обратной связи введен развязывающий блок, содержащий две параллельные ветви, первая из которых состоит из последовательно соединенных размыкающего ключа, первого запоминающего устройства и замыкающегося ключа, вторая ветвь - из последовательно соединенных замыкающегося ключа, второго запоминающего устройства и размыкающегося ключа, причем входы размыкающегося замкнутого ключа первой ветви и замыкающегося ключа второй ветви подключены к выходу второго усилителя, выходы замыкающегося ключа первой ветви и размыкающегося ключа второй ветви подключены к третьему входу суммирующего устройства, а к управляющим входам упомянутых ключей подключен выход блока управления.