Стабилизированный источник переменного напряжения Советский патент 1984 года по МПК G05F1/44 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в источниках электропитания переменного тока, когда требуется высокое качество выходных параметров.

Известны преобразователи с синусоидальной формой выходного напряжения, образуемого путем широтно-импульсной.модуляции постоянного напряжения ij и 2 .

В известных преобразователях постоянная составлявшая изменяется за счет широтно-импульсной модуляции по требуемому закону, задаваемому источником опорного сигнала (например по синусоидальному), с последующим инвертированием выходного напряжения. Моменты инвертирования совпадают с моментами перехода чере нуль модулированного сигнала l .

В некоторых случаях инвертируют не отфильтрованный синусоидальный сигнал, а миротно-модулированный с последующей фильтрацией 2J.

В известных устройствах не удается обеспечить высокое качество выходного напряжения (нестабильность и требуег1ую форму) в широком диапазоне изменений тока нагрузки, а также при работе преобразователя на комплексную нагрузку с большим фазовым сдвигом между током и напряжением нагрузки. .Зачастую питаемая аппаратура содержит нелинейную нагрузку, например выпрямители с емкостным фильтром. Наличие таких цепей приводит к отсечке потребляемого тока, что способствует значительным искажениям формы выходного напряжения из-за невозможности эффективно и без потерь рекуперировать реактивную мощность в первичный источник питания-.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство, содержащее ключевой усилитель мощности, подключенный силовым входом к клеммам для подключения первичного источника постоянного напряжения, источник эталонного переменного напряжения, подключенный к первому входу узла выделения сигнала ошибки выходного напряжения, широтно-импульсный модулятор, входом подключенный к управляющему входу ключевого усилителя мощности, и сглаживающий LC-фильтр, выход KOTopoio подключен к кле /виам для подключения нагрузки и ко второfiy входу узла выделения сигнала ошибки.

Данный стабилизированный источник переменного напряжения сохраняет работоспособность в широком диапазоне изменения токов нагрузки, однако он не обеспечивает высокой стабильности и малых искажений формы выходного напр яжения при воздейст.вии различных дестабилизирующих

факторов таких, как изменение тока нагрузки, питающего напряжения и т.д. в связи с тем, что качество его выходного напряжения зависитот коэффициента усиления в цепи обрат5 ной связи. Возможности увеличения коэффициента усиления в контуре обратной связи с целью улучшения выходных параметров источника ограничены предельной величиной коэффициен10 та усиления Кпред,при котором обеспечивается устойчивая работа стабилизированного источника, как систеь/м автоматического регулирования.

Цель изобретения - повышение точ5 ности стабилизации и снижение коэффициента нелинейных искажений выходного напряжения.

Поставленная цель достигается тем, что в стабилизированный источQ ник переменного напряжения, содержащий ключевой усилитель мощности, подключенный силовым входом к клеммам для подключения первичного источника постоянного напряжения, ис5 точник эталонного переменного напряжения, подключенный к первому входу узла выделения сигнала ошибки выходного напряжения, широтно-импульсный модулятор, выходом подключенный к управляющему входу ключевого усили.геля мощности, и сглаживаюгт1ий LC-фильтр, выход которого подключен к клеммам для подключения нагрузки и к второму входу узла выделения сигнала ошибки, введены датчик тока

5 дросселя сглаживающего LC -фильтра и узел сравнения, первый вход которого подключен к выходу узла выделения сигнала ошибки, второй - к выходу датчика тока дросселя, а выход - к

0 входу широтно-импульсного модулятора, причем вход LC -фильтра подключен к выходу ключевого усилителя мощности через датчик тока дросселя.

5 На фиг.1 представлена блок-схема стабилизированного источника напряжения; на фиг.2 - пример конкретного выполнения предлагаемого устройства.

П Стабилизированный источник переменного напряжения (фиг.1) содержит источник 1 эталонного переменного напряжения, узел 2 выделения сигнала ошибки выходного напряжения, узел 3

- сравнения, широтно-импульсный модулятор 4, ключевой усилитель 5 мощности, первичный источник 6 постоянного напряжения, датчик 7 тока дросселя сглаживаюр1его LC-фильтра 8.Выход узла 2 выделения сигнала ошибки сое0 динен с первым входом узла 3 сравнения , а второй вход - с выходом датчика 7 тока дросселя. Выход узла 3 сравнения соединен с входом широтноимпульсного модулятора 4, выход ко5 торого подключен к управляюсаему вхоу ключевого усилителя 5 мощности. ыход последнего через датчик 7 тоа дросселя соединен со.входом сглаивающего LC -фильтра 8, вглход которого подключен к клеммам для подключения нагрузки 9 и второму входу уза 2 выделения сигнала ошибки, перый вход которого подключен к выхоу источника 1 эталонного переменного напряжения.

Источник переменного напряжения работает следующим образом.

Источник переменного напряжения формирует переменное напряжение, например синусоидальное, которое на входе узла 2 выделения сигнала ошибки сравнивается с выходным напряжением, в результате чего на выходе этого узла формируется разностный сигнал, пропорциональный отклонению выходного напряжения от заданного. Этот сигнал, в свою очередь, сравнивается с выходным сигналом датчика 7 тока дросселя на входе узла 3 сравнения. Образованный в результате э.того сравнения сигнал поступает на вход широтно-импульсного модулятора 4, который управляет работой ключевого усилителя 5 мощности. Выходное напряжение ключевого усилителя 5 мощности через датчик 7 тока дросселя и сглаживаюиий LC-фильтр 8, обеспечиваю11ий сглаживание на частоте модуляции, поступает на выход устройства.

Узел 3 сравнения, широтно-импульсный модулятор 4, ключевой усилитель 5 мощности с первичным источником 6, датчиком 7 тока и дросселем сглаживающего LC -фильтра 8 представляют собой стабилизатор тока.дросселя . Величина стабилизируемого тока дросселя в этом случае определяется величиной напряжения на выходе узла 2 выделения сигнала ошибки. В свою очередь на выходе узла 2 выделения сигнала ошибки в каждый момент времени формируется напряжение, обеспечивающее такой ток дросселя LC -Фильтра В., при котором выходное напряжение соответствует заданному источником 1 эталонного переменного напряжения.

Фазовый сдвиг между сигналами, поступающими на вход узла 3 сравнения , определяется коэффициентом усиления в контуре,, охваченном обратной связью с выхода датчика 7 тока дросселя на вход узла 3 сравнения, и по мере повышения его уменьшает фазовый сдвиг практически до нуля. Таким образом, указанный стабилизатор тока дросселя представляет собой пропорциональное безынерционное звено с практически нулевым фазовым сдвигом между входным и выходным ситналами.

в устройстве-прототипе фазовый сдвиг между выходными сигналами узла выделения сигнала ошибки и выходным напряжением определяется в основном фазовым сдвигом, вносимым сглаживающим фильтром, который является звеном второго порядка, и приближается к 180, что и ограничивает величину критического.коэффициента усиления на весьма малом уровне (к-ак отмечалось выше, порядка 10-12) .

Введение дополнительного контура обратной связи в предлагаемом устройстве снижает фазовый сдвиг между выходным напряжением и напряжением на выходе узла выделения сигнала ошибки по мере уве::1ичения коэффициента усиления последнего вплоть до величины, определяемой только конденсатором сглаживающего LC -фильтра, которая не может превышать 90°.

Благодаря возникающему дополнительному запасу по фазе оказывается возможным значительное повышение значения критического коэффициента усиления системы, а, следовательно, существенное снижение нестабильности и коэффициента нелинейных искажений выходного- напряжения.

На фиг.2 представлен пример практической реализации предлагаемого стабилизированного источника переменного напряжения, в котором узел 2 выделения сигнала ошибки и узел 3 сравнения выполнены на масштабирующих операционных усилителях, широтноимпульсный модулятор 4 содержит генератор пилообразного напряжения (.ГПН), компараторы k и усилители широтно-модулированных сигналов .Источник переменного напряжения выполт нен с средней точкой,между которой и выходом ключевого усилителя 5 мощности через датчик 7 токд дросселя,выпоненным на резисторе К и масштабирую1(ем усилителе, включен сглаживающий LC-фильтр 8. Выход фильтра 8 подключен к клеммам для подключения нагрузки 9.

Работа этого устройства полностью соответствуюет работе устройства, приведенного на фиг.1.

Информация о токе дросселя может быть получена также при помощи других устройств, например при помощи трансформатора тока, включенного в разрыв любого участка цепи, по которому протекает только ток дросселя, что не имеет принципиального значения.

Таким образом, введение датчика 7 тока дросселя и узла 3 сравнения с описанными связями позволяет получить дополнительный запас по фазе в контуре, охваченном обратной связью по выходному напряжению, повысить коэффициент усиления в этом контуре, а, следовательно, снизить нестабильность и коэффициент нелинейных искажений выходного напряжения. Предлагаемый источник может быть использован для получения не только

синусоидальных, но и других стабили эированных переменных напряжений, закон изменения которых должен быть задан источником эталонного переменного напряжения.

СТЛБИЛИЗИРОВАННиЙ ИСТОЧНИК ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий ключевой усилитель мощности, подключенный силовьам входом к клеммам для подключения первичного источника постоянного напряжения, источник . эталонного переменного напряжения, подключенный к первому входу узла выделения сигнала ошибки выходного напряжения, широтно-импульсный мо- дулятор, выходом подключенный к уп-. равлягацему входу ключевого усилителя мощности, и сглс1живаюк1ий Lс-фильтр выход которого подключен к клеммам для подключения нагрузки и к второму входу узла выделения сигнала ошибки, отличающийся тем, что, с целью по.вьлиения точности стабилизации и снижения коэффициента нелинейных искажений выходного .напряжения, в него введены датчик тока дросселя сглаживающего LC -фильтра и узел сравнения, первый вход которого подключен к выходу узла выделения сигнала ошибки, второй - к выходу датчика тока дросселя, а выход - к (Л С входу широтно-иштульсного модулятора, причем вход LC-фильтра подключен к выходу ключевого усилителя мощности через датчик тока дросселя. со

Фиг.2