Стабилизатор постоянного тока Советский патент 1987 года по МПК G05F1/56 

Изобретение относится к электро- технике, в частности к стабилизированным источникам тока.

Целью изобретения является повышение точности стабилизатора за счет уменьшения отклонения действительного значения выходного тока стабилизатора от задаваемого значения.

На фиг. 1 представлена блок-схема стабилизатора тока; на фиг. 2 - ста- тические характеристики магнитомоду- ляционных узлов известного и предлагаемого стабилизаторов и силового регулятора.

Стабилизатор тока (фиг. 1) содер- жит силовой регулятор 1, источник 2 опорного тока, нагрузку 3 и датчик 4 тока, который имеет магнитомодуля- ционный узел, включающий магнитный экран 5, внутри которого помещен. рабочий магнитопровод 6 с обмоткой 7 возбуждения и дополнительной обмоткой 8, поверх магнитного экрана 5 размещены компенсационная 9 и первичная 10 обмотки. Генератор 11 воз- буждения выполнен в виде транзисторного инвертора напряжения, к выходу которого подключены последовательно соединенные конденсатор 12, резистор 13 и обмотка 7 возбуждения. Парал- лельно конденсатору 12 подключен дополнительный резистор 14.

Трехобмоточный трансформатор 15 имеет первичную обмотку 16, подключенную к резистору 13, а также пер- вую 17 и вторую 18 вторичные обмотки которые соединены последовательно согласно. К обмотке 17 подключен вход первого однополупериодного пикового детектора 19, а к обмотке 18- вход второго однополупериодного пикового детектора 20. Выходы детекторов 19 и 20 подключены к входам дифференциального усилителя 21 постоянного тока, его выход подключен к управляющему входу силового регулятора 1 .

Дополнительная обмотка 8 подключена к выходу усилителя 22 переменного тока, вход которого подключен к выхо ду делителя 23 частоты, а вход последнего подключен к выходу генератора 11 возбуждения. Компенсационная обмотка 9 подключена к источнику опорного тока через дроссель 24. Первичная обмотка 10 через нагрузку 3 соединена с выходом силового регулятора 1 .

Кривая q (фиг. 2) представляет собой начальный участок статической характеристики датчика тока предложенного стабилизатора, а кривая Ь - начальный участок статической характеристики датчика тока известного стабилизатора, а прямая с-нормированная, статическая характеристика силового регулятора 1.

Стабилизатор работает следующим образом.

На магнитный экран 5 и рабочий магнитопровод 6 действуют две насыщающие силы (Н.С.) постоянного тока (,„ W|, где 1д - ток опорного источника тока; U - число витков компенсационной обмотки и направленная ей навстречу И.С., loW, где I - действительное значение выходного тока; W, - число витков первичной обмотки. Кроме того, на рабочий магнитопровод 6 действует еще две Н.С. переменного тока: Н.С. частоты F , создаваемая обмо ткой 7 возбуждения, и Н.С. частоты , создаваемая дополнительной обмоткой 8 (делителем 23 частоты обеспечивается примерно десятикратное понижение,частоты возбуждения (п 5 10), применение делителя частоты для формирования подаваемого в обмотку 8 тока обеспечивает стационарные фазовые соотношения комбинационных частот на выходах пиковых детекторов 19 и 20, что исключает возможность возникновения биений низкой частоты.

Амплитуда напряжения возбуждения подводимого от генератора 11 возбуждения к обмотке 7 возбуждения, выбирается из условия, обеспечивающего примерное равенство амплитуды индукции в рабочем магнитопроводе 6 индукции насыщения. При одновременном воздействии на рабочий магнитопровод 6 обеих Н.С. переменного тока (при Н.С. постоянного тока равных нулю) индукция в этом магнитопроводе в течение некоторой части периода Н.С. частоты превышает индукцию насыщения, причем длительность каждого такого интервала зависит от амплитуды тока, подводимого к дополнительной обмотке 8 от усилителя 22 переменного тока. Б этом случае в цепи обмотки 7 возбуждения протекает ток в виде двухполярных импульсов частоты возбуждения F, модулированных по амплитуде с частотой .

При отсутствии постоянного под- магничивания магнитопровода 6 импульсы тока одной полярности (вследствие симметрии кривой намагничивания) в точности повторяют импульсы тока другой полярности (по амплитуде и форме). При наличии постоянного под- магничивания эта симметрия нарушается . Этим же свойством обладают и импульсы напряжения на резисторе 13.

Напряжение с резистора 13 через трансформатор 15 подводится к одно- полупериодным пиковым детекторам 19 и 20. Постоянные напряжения на выходах детекторов 19 и 20 имеют одина ковую полярность, при этом благодаря указанному включению обмоток 17 и 18 каждый из детекторов 19 и 20 детектирует свою полуволну тока возбуждения, например, детектор 19 - положи- тельную, а детектор 20 - отрицательную.

Для режима - 0 напряжения на выходах детекторов 19 и 20 равны по величине, следовательно, их разность, вьщеляемая дифференциальным усилителем 2-1, равна нулю.

При появлении разбаланса ампервитков IgW, и IJ, (1„Л - з. дМ 7 0) магнитопровод 6 подмагни- чивается полем постоянного тока, при этом симметрия импульсов напряжения на резисторе 13 нарушается, что приводит к появлению разбаланса напряжений на выходах детекторов 19 и 20. Напряжение U, с выхода усилителя 21, пропорциональное указанному разбалансу, поступает на управляющий вход силового регулятора 1. Величина и знак Ug зависят соответствен- но от величины и знака разбаланса ампервитков дШ. Предложенное техническое решение характеризуется зависимостью и f(&IW), которая не имеет зоны нечувствительности (кри- вая I). Это достигается благодаря подаче тока частоты F /п (медленно меняющегося тока) в дополнительную обмотку 8 от усилителя 22 переменного тока. Под действием напряжения U:,, ток Та изменяется до тех пор, пока не достигнет своего установившегося значения. Установившийся режим характеризуется точкой пересечения статической характеристики дат- чика тока со статической характеристикой силового регулятора (точки А и В соответственно для предложенного и известного стабилизаторов.

Отклонение действительного значения тока стабилизатора от задаваемого равно 4l,W/Wj (для предложенного стабилизатора). Аналогично, указанное отклонение для известного стабилизатора равно , Предложенный стабилизатор характеризуется более высокой точностью воспроизведния задаваемого значения тока.

Прямоугольное напряжение возбуждения с выхода генератора 11 возбуждения поступает к обмотке 7 возбуждения через параллельно соединенные конденсатор 12 и дополнительньй резистор 14. При отсутствии разбаланса ампервитков или при незначительном их разбалансе (порядка единиц ампер- витков) индуктивность обмотки 7 возбуждения велика и элементы 12 и 14 практически не.оказьшают влияния на работу устройства..

Для надежной работы стабилизатора во всем диапазоне стабилизируемых токов необходимо обеспечить выполнение условия

-Ьма.кс b и меле «

где W - число витков обмотки 7 возбуждения,

b МСХКС ,5

нмйкс соответственно масималь- ные значения тока возбуждения и тока нагрузки стабилизатора.

Включение конденсатора 12 в цепь тока возбуждения позволяет увеличить амплитуду тока возбуждения I мсхкс без увеличения амплитуды выходного напряжения генератора 11 ( за счет сложения выходного напряжения генератора 11 и напряжения на конденсаторе 12; при большом разбалансе U.IW; конденсатор заряжается до амплитудного значения выходного напряжения генератора 11i сложение упомянутых напряжений наиболее эффективно происходит при использовании в качестве генератора возбуждения именно транзисторного инвертора напряжения, так как вследствие ключевого характера работы инвертора конденсатор 12 после заряда отсекается от остальной схемы и в паузе между импульсами тока возбуждения не разряжается на низкоомные параллельные цепи).

Кроме того, с помощью конденсатора 12 обостряются импульсы тока возбуждения, что позволяет существенно уменьшить действующее значение тока возбуждения при сохранении требуемого амплитудного значения этого тока.

С помощью резистора 14 обеспечивается подавление колебательных про- цессов, возникающих в цепи возбуждения при переходных режимах.

Магнитньй экран 5 в значительной степени увеличивает индуктивность Компенсационной обмотки 9, что позволяет получить требуемую развязку цепей опорного тока (обмотка 9, блок 2) и цепей переменного тока (обмотки 7 и 8 и блоки 11 и 22) при относительно малой индуктивности внешнего дросселя 24. Кроме того, магнитный экран 5 ослабляет влияние внешних магнитных полей на рабочий магнитопровод 6..

Трансформатор является повышающим с коэффициентом трансформации порядка 10-20. С помощью трансформадифференциального усилителя, и магни томодуляционного узла, включающего рабочий магнитопровод и магнитный экран, внутри которого помещен рабочий магнитопровод с намотанной на нем обмоткой возбуждения, а обмотки, компенсационная и первичная, намотаны поверх магнитного экрана, при это первичная обмотка подключена к входным зажимам датчика тока, генератор возбуждения выполнен -в виде транзисторного инвертора напряжения, первый выходной зажим которого соединен с одной обкладкой конденсатора, и два резистора, отличающийся тем, что, с целью повьшения точности за счет уменьщения отклонения действительного значения выходного тока стабилизатора от задаваемого значения, в него введены делитель частоты усилитель переменного тока, трехоб- моточный трансформатор и дроссель, а магнитомодуляционный узел снабжен дополнительной обмоткой, намота.нной

30

тора достигается требуемая фазировка 25 да рабочий магнитопровод, указанная сигналов, подаваемых на входы детекторов, обеспечивается гальваническая развязка цепи возбуждения магнитомо- дуляционного узла и входной цепи силового регулятора 1, а также увеличивается уровень (на порядок по напряжению) сигнала рассогласования, что позволяет ослабить влияние дрейфа нуля дифференциального усилителя и повысить, таким образом, точность стабилизатора.

Формула изобретения

обмотка подключена к выходу усилител переменного тока, вход которого подключен к выходу делителя частоты, вход последнего подключен к выходу генератора возбуждения, источник опо ного тока через дроссель подключен к компенсационной обмотке, выход диф ференциального усилителя постоянного тока подключен к управляющему входу

35 силового регулятора, первичная обмот ка трехобмоточного трансформатора подключена параллельно первому резис тору , включенному между другой обкладкой конденсатора и одним выводом

Стабилизатор постоянного тока, содержащий источник опорного тока, датчик тока и силовой регулятор,сое- дине нньй с клеммами для подключения нагрузки через датчик тока, который вьтолнен на базе генератора возбуждения, дифференциального усилителя постоянного тока, двух однополупери- одных пиковых детекторов, выходы которых подключены к входам указанного

дифференциального усилителя, и магни томодуляционного узла, включающего рабочий магнитопровод и магнитный экран, внутри которого помещен рабочий магнитопровод с намотанной на нем обмоткой возбуждения, а обмотки, компенсационная и первичная, намотаны поверх магнитного экрана, при это первичная обмотка подключена к вход- ным зажимам датчика тока, генератор возбуждения выполнен -в виде транзисторного инвертора напряжения, первый выходной зажим которого соединен с одной обкладкой конденсатора, и два резистора, отличающийся тем, что, с целью повьшения точности за счет уменьщения отклонения действительного значения выходного тока стабилизатора от задаваемого значения, в него введены делитель частоты усилитель переменного тока, трехоб- моточный трансформатор и дроссель, а магнитомодуляционный узел снабжен дополнительной обмоткой, намота.нной

да рабочий магнитопровод, указанная

да рабочий магнитопровод, указанная

обмотка подключена к выходу усилителя переменного тока, вход которого подключен к выходу делителя частоты, вход последнего подключен к выходу генератора возбуждения, источник опорного тока через дроссель подключен к компенсационной обмотке, выход дифференциального усилителя постоянного тока подключен к управляющему входу

силового регулятора, первичная обмотка трехобмоточного трансформатора подключена параллельно первому резистору , включенному между другой обкладкой конденсатора и одним выводом

обмотки возбуждения, другой вывод которой соединен с вторым выходным зажимом генератора возбуждения, второй pesHCTQp подключен параллельно конденсатору, а соединенные согласно

последовательно первая и вторая вторичные обмотки трехобмоточного трансформатора подключены соответственно к входам первого и второго однополу- периодных пиковых детекторов.

Изобретение относится к вторичным источникам питания радиоаппаратуры. Целью изобретения является повышение точности стабилизатора постоянного тока за счет уменьшения отклонения действующего значения выходного тока стабилизатора от заданного. На магнитопровод 6 действуют две насыщающие силы (НС) постоянного тока и две НС переменного тока. В результате индукция в этом магнитопроводе в течений части периода будет превьшать индукцию нacьш eния. Причем длительность каждого такого интервала зависит от амплитуды тока, подводимого к дополнительной обмотке 8 от усилителя 22. При появлении разбаланса магнитопровод 6 подмагничивается полем постоянного тока. Симметрия импульсов напряжения на резисторе 13 нарушается и приводит к появлению разбаланса напряжений на выходах детекторов.19 и 20. Разница напряжений с усилителя 21 поступает на вход регулирующего элемента 1. 2 ил. (Л ьэ 00 00 О) О5 ел

Редактор О.Головач

Заказ 7807/46Тираж 885 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная, 4

Составитель С.Чернышева Техред Н.Глущенко Корректор А.Обручар