Устройство регулирования напряжения Советский патент 1984 года по МПК G05F1/56 

рерывного контура регулирования под- денным 1 сточникам напряжений смещения ключены через резистивные цепи к вве- соответствующей полярности.

1107113

1. УСТРОЙСТВО РЕГУЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ, содержащее контур дискретного регулирования, входом подключенный к входным выводам питания, выполненный на параллельно соединенных по входу коммутируемых двухтактных преобразовательных ячейках с прогрессивно распределенными числами витков первых выходных обмоток их трансформаторов, подключенных к первым двухполупериодным выпрямителям, которые по выходу соединены согласно и последовательно и подключены в соответствующей полярности к первому входному выводу питания JKOHTypa непрерывного регулирования Гс первым последовательным регулирующим транзистором, управляющий вход которого связан с входом усилителя .рассогласования, первый вход которого соединен с выходным выводоя,-а второй вход - с клеммой дпя подключения источника задающего напряжения. управляющие входы контура дискретного регулирования подключены к соответствующим выходам реверсивного с счетчика импульсов, входы сложения и вычитания которого связаны с соответствующими выходами трехпозиционного органа сравнения, а счетный вход соединен с выходом генератора тактовых импульсов, два пороговых входа трехпозиционно о органа сравнения соединены с соответствующими источниками эталонных напряжений, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства, трансформаторы преобразовательных ячеек снабжены fвторыми выходными обмотками, подключенными к введенным вторым двух- полупериодным выпрямителям, которые по выходу соединены согласно и последовательно и подключены в противоположной полярности к второму входному выводу питания контура нёпре- -х рывного регулирования, образованного введенным вторым последовательным ре,гулирзтащим транзистором противоположНого типа проводимости, управляющий вход которого связан:.с выходом усилителя рассогласования, управляющий н-i 00 вход трехпозиционного органа .сравнения соединен с выходом введенного суммирующего по модулю усилителя, входы которого подключены соответственно к первому и второму входным вы водам питания контура непрерывного регулирования. 2. Устройство по П.1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повьшения точности регулирования в окрестности нулевых значений, управляющие входы регулирующих транзисторов неп

I

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитания комплексов радиоэлектронной аппаратуры, в качестве модулирующих блоков технологических агрегатов и систем автоматического регулирования, в качестве широкодиапазонньпс лабораторных источников разнополярного напряжения, а также в качестве усилителей сигналов произвольной, в частности гармонической, формы в ограниченной полосе частот.

Известно устройство высококачественного регулирования напряжения, использующее принцип непрерывного регулирования, в котором с целью улучшения энергетических характеристик диапазон регулирования разбивается на зоны (участки), в каждом из которых в активном (рабочем) состоянии находится отдельный (для каждой зоны) регулиру5ощий элемент непрерывного действия, а переход из одной зоны в , другую осуществляется с помощью переключакячих устройств t J«

Недостатком устройства является усложнение силовой цепи при расширении диапазона регулирования при сохранении высокого уровня КПД либо сни жение.ИЦГпри неизменной сложности силовой цепи.

Наиболее близким к изобретению по те снической сущности является устройство, содержащее контур непрерывного регулирования,выполненный в виде соединенных по типовой схеме последовательного стабилизатора напряжения, регулирующего транзистора, сопротивления нагрузки, источника задающего (эталонного) напряжения, усилителя рассогласования и контур дискретного, регулирования, содержащий регулирующий орган дискретного действия, подСключенный к входньм зажимам и вы полненный в виде коммутируемых ячеек (секций с прогрессивно распределенными выходными напряжениями), управлякнцие (коммутирующие) входы которых

подключены к выходам соответствующих разрядов реверсивного счетчика импульсов, входные шины сложения и вычитания которого связаны с соответствующими Ёыходами трехпозиционного органа сравнения, а счетчный вход подключен к выходу генератора тактовых импульсов, В общем случае регулирующий орган дискретного действия может быть вьтолнен по любой известной схеме, однако для широкодиапазонного регулирования из указанных вариантов наиболее целесообразно использование схем, реализующих суммирование выходных напряжений преобразоват ельных s ячеек (секций), во вторичной цепи регулирующий орган дискретного действия выполнен в виде соединенных параллельно по входу двухтактных, например транзисторных, преобразовательных ячеек с прогрессивно распределенными напряжениями выходных обмоток трансформаторов, нагруженных на двухполупериодные выпрямители, выходы которых соединены согласно и последовательно между собой, образуя общий выход регулирукщего органа дискретного действия. В данном устройстве регулирующий транзистор контура непрерывного регулирования работает в узком диапазоне изменения напряжения, определяемом дискретностью изменения напряжения на выходе контура дискретного регулирования, в связи с чем поддержание высокого уровня К1Щ а ffitpoKc диапазоне регулирования не требует увеличения числа непрерьшных регулирующих элементов 2

Недостатком известного устройства, ограничивакщим функциональные возможности, является невозможность получения разнополярного регулируе-. мого с штавн{ | переходом через нулевой уровень выходного напряжения, а также низкая точность регулирования в области значений выходного напряжения, близких к нулевому.

Целью изобретения является расщирение функциональных возможностей.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве регулирования напряжения, содержащем контур дисгрет- ного регулирования, входом подклюценный к входным выводам питания, выполненный на параллельно соединенных по входу коммутируемых двухтактных преобразовательных ячейках с прогрессивно распределенными числами витков первых входных обмоток их трансфорнаторов, подключенных к первым двухполупериодным вьшрямителям,которые по выходу соединены согласно и последовательно и подключены в соответствующей полярности к первому входному вьшоду питания контура непрерьгеного регулирования с первым последовательным регулирующим транзистором, управляющий вход которого связан с выхрдом усилителя рассогласования, первый вход которого соединен с выходными выводами питания и выходом контура непрерывного регулирования а второй вход - с клеммой для подключения источника задающего напряжения управляющие входы контура дискретного регулирования подключены к соответствуюгцим выходам реверсивного счетчика импульсов, входы сложения и вычитания которого связаны с соответствующими выходами трехпозиционного органа сравнения, а счетньй вход соединен с выходом генератора тактовых импульсов, два пороговых входа трехпозиционного органа сравнения соединены с соответствующими источниками эталонных напряжений, трансформаторы преобразовательных ячеек снабжены вторыми выходными обмотками, подключенными к введенным вторым двухполупериодным выпрямителям, которые по выходу соединены согласно и последовательно и подключены в противополояс ной полярности к второму входному выводу питания контура непрерывного регулирования, образованного введенным вторым последовательным регулирующим транзистором противоположного типа проводимости, управляющий вход которого связан с выходом усилителя рассогласования, управляющий вход трехпозиционного органа сравнения соединен с выходом введенного суммирующего по модулю усилителя, входы которого подключены «соответственно к первому и второму входным выходам витания контура непрерывного регулирования,

Управляющие входы регулирующих транзисторов непрерывного контуру регулирования подключены через резистиные цепочки к введенным источникам напряжений смещений соответствующей полярности.

На фиг. 1 приведена схема устройства регулирования напряжения; на фиг. 2 - вариант выполнения суммирующего по модулю усилителя.

Устройство содержит контур 1 непрерывного регулирования с первым регулирующим транзистором 2 h-p-n типа проводимости, выходом соединенный с нагрузкой 3, источник 4 задающего (в общем случае произвольной формы) напряжения, подключенный к входу усилителя 5 рассогласования, другой вход которого соединен с выходом непрерывного контура 1 регулирования, контур 6 дискретного регулирования,, содержащий регулирующий орган 7 дискретного действия, соединенный с ;г входными выводами 8 и 9 питания, управляющие входы которого подключен к выходам реверсивного счетчика 10 импульсов, входы сложения и вычитани KOTopoiro подключены к выходам трехпозиционного органа 11 сравнения, а v счетный вход к выходу генератора 12 тактовых импульсов, причем орган 7 дискретного регулирования содержит преобразовательные транзисторные ячейки 13 с выходными обмотками 14 трансформаторов 15, соединенных с первьпчи вьшрямителями 16, вторые выходные обмотки 17, соединены с вторыми выпрямителями 18, выходы выпрямителей подключены к входным выводам питания контура 1 непрерывного регулирования . и входам суммир.ующего по модулю усилителя 19, выходкоторого подключен к органу 18 сравнени второй регулируюпщй транзистор 20 противоположного типа проводимости, управля)ощие входа регулирующих транзисторов 2 и 20 через цепочки смещения 2} It 22 соединены с выходом усилителя 5 рассогласования.

Суммируюпщй по модулю усилитель 19 (фиг. 2) содержит базовый операционный усилитель 23, неинвертирующий вход которого через резистор 24 подключен к коллектору транзистора 2, а его инвертирующий вход через резисто 25 подключен к коллектору транзистора 20. С помощью резисторов 26 и 27 совместно с резисторами 24 и 25 устанавливается требуемый коэффициент передачи усилителя. Оба входа операционного усилителя 23 шунтированы ключевь1ми транзисторами 28 и 29 с разным типом проводимости, базовые цепи которых через токоограничивающие резисторы подключены к выходу компаратора 30, неинвертируюций вход которого через суммирующие резисторы 31 и 32 подключен соответственно к коллекторам транзисторов 2 и 20/ Устройство работает следующим образом. Выходные напряжения на нагрузке 3 с помощью контура 1 непрывного регулирования с заданным коэффициентом пропорциональности отслеживает задаю щее напряжение. При отрицательном за дающем напряжении в активном режиме находится транзистор 2 и транзистор 20 закрь:, при положительном состояние транзисторов меняется. Увеличение абсолютной величины вьгходного напряжения приводит к снижению падения напряжения на регулирующем транзисторе 2 или 20. При достижении пад ния напряжения на транзисторах 2 или 20, близком к напряжению насьщения, сигнал управления на выходе усилител 19 достигает порогового уровня, при этом на выходе органа 11 появляется единичный сигнал, разрешающий пода чу импульсов тактового генератора на шину сложения счетчика 10. Каждый тактовый импульс, прошедший на шину сложения счетчика 10, увеличивает за пасенный в нем код на единицу, вызывая соответствующее переключение преобразовательных ячеек 13, следова тельно, к соответствующему ступенчатому увеличению модулей напряжений на выходах последовательных цепочек вьтрямителей 16 и 18 на минимальную величину, определяемую значением модуля выходного напряжения преобразовательной ячейки 13 младшего разряда Информацией управления в контуре дискретного регулирования является падение напряжения на открытом регулирующем транзисторе, но вследствие наличия двух регулирующих транзисторов с противо11рложным знаками падени напряжения на них,в схему суммирующего по модулю усилителя 19 (фиг. 2) дополнительно введен компаратор 30, обеспечивающий устранение прохождения информации о падении напряжения на закрытом регулирующем транзисторе в контур дискретного регулирования. На неинвертирующем входе компаратора нулевого уровня 30 через резисторы 31 и 32, подключенные к коллекторам транзисторов 2 и 20, вьщеляется алгебраическая сумма падения напряжений на последних, равная удвоенному значению выходного напряжения, в связи с чем срабатывание компаратора 30 происходит в момент перехода выходньм напряжением нулевого уровня. При срабатывании компаратора 30 полярность его входного сигнала меняется на противоположную, что вызывает требуемое переключение шунтирующих транзисторов 28 или 29. Под действием выходного сигнала компаратора 30 ключевой транзистор 28 п-р-п типа заперт и напряжение прикладывается через резистор 24 к неинвертирующему входу операционного усилителя 23, выходной сигнал компаратора 30 отпирает ключевой транзистор 29 р-п-р типа, обеспечивая близкий к нулевому уровень сигнала на инвертирующем входе операционного усилителя 23 и устранения тем самым влияние падения напряжения закрытого транзистора 20 на выходной сигнал усилителя 23. При положительном падающем напряжении суммирующий по модулю усилитель 19 работает аналогично, с той лишь разницей, что напряжение на транзисторе 20 прикладывается через резистор 25 к неинвертирукнцему входу операционного усилителя 23, а его неин-« вертирующий вход шунтирован ключевым транзистором 28, управляемым выходньи сигналом компаратора 30. Выходной сигнал усилителя 23 в обоих случаях имеет одну и ту же полярность, т. е. выходной сигнал усилителя 23 несет информацию с модуля падения напряжения на непрерывном регулирующем элементе, содержащем два регулирую1щх транзистора, включающихся в работу согласно требуемой полярности выходного напряжения. Уменьщение модуля задающего напряжения увеличивает напряжение на транзисторах 2 или 20, и при достижении порога срабатьшания сигнал управления на выходе суммирующего усилителя t9 приводит к появлению разрешения на рохождение импульсов тактового генератора на шину вычитания счетчика 10 и, следовательно, к соответствуюему ступенчатому уменьшению модуля апряжений на выходе последовательых цепочек выпрямителей 16 и 18.

71

Таким образом, устройство обеспечивает широкодиапазонное регулирование напряжения с высокой точностью, обеспечиваемой с помощью имеющегося контура непрерывного регулирования выходного напряжения как положительной, так и отрицательной полярности с плавным переходом через нулевое значение при неизменной полярности входного напряжения. При этом КПД предлагаемого регулятора легко может быть реализован близким к КПД чисто импульсных регуляторов, отличающихся его высоким значением, так как регулирующие транзисторы контура непрерывного регулирования работают в достаточно малом диапазоне изменения падения напряжения на переходе коллектор-эмиттер, отклоняясь от напряжения насыщения на величину, определяемую дискретностью ступенчатого регулирования напряжения на входе . контура непрерьшного регулирования.

138

величина которой может быть выбрана весьма малой, что достигается соот-. ветствующим выбором числа преобразовательных ячеек.

С помощью устройства может быть создан усилитель сигналов переменного тока гармонической или произвольной формы, что определяется расположением его регулировочной характе ристики в 1-м и 3-м квадрантах, что позволяет использовать его в качестве модулирую1цих блоков технологических агрегатов и систем автоматического управления.

В связи с тем, что задающее напряжение может иметь произвольную форму в некотором диапазоне изменения, предлагаемое устройство при подключении к выходу ЭЦВМ через цифроаналоговое устройство позволяет реализовать широкодиапазонный программируемый источник разнополярного стабильного напряжения.

Г

НГ7г

LCDI J I Kib.

Фиг.2