Стабилизированный преобразователь напряжения Советский патент 1984 года по МПК G05F1/56 

1 Изобретение, относится к преобразовательной технике и может найти .применение при разработке стабилизи рованных источников питания радиоэлектронной аппаратуры. Известен стабилизированный преобразователь напряжения, которьй относится к компенсационно-параметричес ким импульсным стабилизаторам напря Jжeния и содержит ключевой регулирую щйн элемент, сглаживающийфильтр, задающий генератор, модулятор ширины импульсов, устройство согласования С управляющим входом регулирующего элемента и датчик обратной связи. .Стабилизированный преобразователь обладает высоким динамическим коэффициентом стабилизации выходного напряжения lj . Однако его применение ограничено устройствами со сходными регулировоч ными характеристиками. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является стабилизированный преобразователь, содержащий инвертор, первый входной вывод которого подключен к первому входному выводу, первый выход инвертора соединен с выходными выводами, а второй выход - с входом вьшрямителя, выход которого через ключ соединен с входом LCD-фильтра, выход кото рого соединен с вторым входным выводом инвертора и входом первого делителя напряжения, выход которого соединен с инвертирующим входом первого дифференциального усилителя, неинвертирующий вход которого подключен к выходу источника опорного напряжения, задакнций генератор, выход которого соединен с управляющим входом инвертора и стробирующим входом генератора пилообразного напряжения выход которого соединен с первым из двух входов компаратора, выход которого соединен с управляющим входом ключа, к второму входному выводу подключены общие точки выпрямителя, LCD-фильтра и вход второго делителя напряжения Zj , Недостатком известного устройства являются значительные изменения напряжения на выходе при воздействии широкого частотного спектра возмущений на входе устройства, т.е. малая величина динамического коэффициента стабилизации. Это обусловлено тем, что в противопоставленном уст52ройстве невозможно добиться постоянства динамического коэффициента стабилизации в диапазоне частот от нуля до резонансной частоты сглаживающего фильтра при высоком статическом коэффициенте стабилизации и сохранении устойчивости работы стабилизатора. Цель изобретения - увеличение динамического коэффициента стабилизации при воздействии широкого частотного спектра возмущений входного напряжения. Указанная цель достигается тем, что стабилизированный преобразователь напряжения, содержащий инвертор, первый входной вывод которого подключен к первому входному выводу, первый выход инвертора соединен с выходными выводами, а второй выход - с входом. вьшрямителя, выход которого через клк Ч;Соединен с входом LCD-фильтра выход которого соединен с вторым входным выводом инвертора и входом первого делителя напряжения, выход которого соединен с инвертирующим входом первого дифференциального усилителя, неинвертирующий вход которого подключен,к выходу источника опорного напряжения, задающий генератор, выход которого соединен с управляющим входом инвертора и стробирующим входом генератора пилообразного напряжения, выход которого соединен с первым из двух входов компаратора. выход которого соединен с управляющим входом ключа, к второму входному выводу подключены общие точки вьшрямителя, LCD-фильтра и вход второго делителя напряжения, снабжен вторым дифференциальным усилителем, инвертирующий вход которого соединен с выходом второго делителя напряжения , неинвертирующий вход - с выходом первого, делителя напряжения, а выход соединен с вторым входом компаратора, выход первого дифферен-циального усилителя соединен с введенным управляющим входом генератора пилообразного напряжения. На фиг. 1 приведена структурная схема предлагаемого стабилизированного преобразователя; на фиг. 2 диаграммы напряжений, поясняющие его работу. Устройство (фиг. 1) содержит инвертор 1, первый входной вывод которого соединен с первым входным выводом, а второй вьгход инвертора 1 с входом выпрямителя 2, выход которо го соединен с входом ключа 3, выход ключа 3 соединен с входом LCD-фильтра А, выход которого соединен с вторым входным выводом инвертора 1. Общие точки выпрямителя 2 и LCDфильтра 4 соединены с вторым входным выводом и входом второго делителя 5 напряжения. Вход первого делителя 6 соединен с вторь м входным выводом инвертора 1, а выход - с инвертирующим входом первого дифференциального усилителя 7 и неинвертирующим входом второго дифференциального усилителя 8, инвертирующий вход которого соединен с выходом второго делителя 5 напряжения. Неинвертируюисий вход первого дифференциального усили теля 7 подключен к источнику опорного напряжения VQ . Выход задающего генератора 9 соединен с управляюпщм входом инвертора 1 и стробирующим входом генератора 10 пилообразного напряжения, управляющий вход которого соединен с выходом первого дифференциального усилителя 7, а выход - с первым входом компаратора 11, второй вход которого соединен с выходом второго дифференциального усилителя 8, а выход - с управляющим входом ключа 3. Устройство электропитания представляет собой вольтдобавочный компенсационно-параметрический стабили.зированный источник питания с широтно-импульсной модуляцией. Задающий генератор 9 вырабатывает импульсы с постоянной частотой следования (диаграмма 12), которые поступают на стробирующий вход гене ратора 10 пилообразного напряжения и управляющий вход инвертора 1. Длительность паузы между импульсами за дающего генератора 9 обеспечивает восстановление генератора 10 пилообразного напряжения. На втором йыходе инвертора 1 вырабатывается напряжение вольтодобавки., которое после выпрямителя 2 поступает на вход клю ча 3. Напряжение вольтодобавки скла дьшается с напряжением на входньпс выводах, .Напряжение с входных выводо инвертора 1 (с выхода стабилизатора через первый делитель 6 напряжения сравнивается с опорным напряжением Upj, на входах первого дифференциальнЬго усилителя 7, являющегося усилителем обратной связи. Усиленный сиг нал рассогласования, поступая на управляющий вход генератора 10 пилообразного напряжения, регулирует угол наклона пилы (диаграмма 13) таким образом, что при увеличении выходного напряжения угол наклона увеличивается. Пилообразное напряжение подается на первый вход компаратора 11. Второй дифференциальный усилитель 8 выполняет функцию вычитания напряжения, пропорционального входному из напряжения, пропорционального выходному напряжению стабилизатора. Разностное напряжение подается на второй вход компаратора 11 и является пороговым (диаграмма 13). Таким образом, на вькоде компаратора 11 формируются импульсы управления ключом 3 (диаграмма 14), длительность которых зависит как от разности между выходным напряжением ключевого стабилизатора и входным напряжением устройства, так и от угла наклона пилообразного напряжения . При постоянном напряжении на входе инвертора 1 второй дифференциальный усилитель 8 отслеживает измейения входного напряжения таким образом, что при увеличении его на определенную величину на такую же величину уменьшается напряжение на выходе фильтра и наоборот. При этом зависимость длительности импульса управления от входного напряжения линейна, если диапазон изменений входного напряжения не превышает напряжения вольтдобавки. Из изложенного следует, что предлагаемое устройство электропитания является компенсационно-параметрическим стабилизатором напряжения и обеспечивает инвариантное регулирование выходного параметра относительно входного напряжения, что позволяет уменьшить изменения напряжения на выходе при воздействии широкого частотного спектра помех на входе устройства. Это может быть подтверждено следующими расчетами. Закон регулирования записывается в виде ,p, где К - коэффициент трансформации напряжения первичной обмотки трансформатора инвертора 1 в вольтдобавочную обмотку;

Ч .коэффициент заполнения импульсов управления. Преобразуем выражение (1) U qKTp U| Ug илиПд. , (2) где .

UrV BxТаким образом, для реализации

параметрической стабилизации используем двухвходсвую схему сравнения, на первый вход которой подается линейно нарастающее напряжение, крутизна которого пропорщ ональна }„, а на второй - напряжение, пропорциональное Uj (компаратор 11). Выходное напряжение на емкости генератора пилообразного напряжения записывается в виде.

:il KjiU| t

и.

R-C

где К„ - коэффициент пропорциональности.

Уравнение срабатывания компаратора 11 записьшается в виде

К- ТГ 11 с, R.C

где К, - коэффициент пропорциональности;

длительность импульса управления на выходе компаратора 11 , откуда

JJji

м и

Поделив обе части на Т (период следования импульсов), получаем U4 К RC . ;„.

(3)

и

Если выражение (3) подставить в ражение (2), получаем K iRC

1.

Кд-Т

Это условие инвариантного .регулирования.

Таким образом, использование изобретения позволит значительно уменьшить изменения напряжения на выходе при воздействии широкого частотного спектра возмущений на входе стабили(Зированного преобразователя.

СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий инвертор, первьй входной вывод которого подключен к первому входному выводу, первый выход инвертора соединен с вЪгходнымн выводами, а второй выход - с входом выпрямителя, выход которого через ключ соединен с входом LCD-фильтра, выход которого соединен с вторым входным выводом инвертора и входом первого делителя напряжения, выход которого соединен с инвертирующим входом первого Дифференциального усилителя, неинвертирующий вход которого подключен к выходу источника опорного напряжения, задающий генератор, выход которого соединен с управляющим входом инвертора и стробируюшим входом генератора пилообразного напряжения, выход которого соединен с первым из двух входов компаратора, выход которого соединен с управляющим входом ключа, к второму входному выводу подключены общие точк,и выпрямителя, t.CD-фильтра и вход второго делителя напряжения, отличаю иийся тем, что, с целью увеличения динамического коэффициента стабилизации при воздействии широкого частотного спектра возмущений входного напряжения, он снабжен вторым дифференциальным усилителем, инвертирукищй вход которого (Л соединен с выходом второго делителя напряжения, неинвертирующий вход с выходом первого делителя напряжения, а выход соединен с вторым входом компаратора, выход первого дифференциального усилителя соединен с введенным управляющим входом генератора пилообразного напряжения.

13

и пор t

Фиг. г