Способ регулирования выходного напряжения многоканального импульсного преобразователя Советский патент 1987 года по МПК H02M5/12 

Изобретение относится к электротехнике и может найти применение при создании регулируемых источников электропитания с модуляцией выходного напряжения и мощных ключевых усилителей, в тех случаях, когда тре буется высокое качество выходного напряжения, быстродействие регулирования при минимальной массе и габаритах самих регуляторов.

Цель изобретения - повышение качества выходного напряжения преобразователя за счет улучшения спектрального состава и получения линейной регулировочной характеристики.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства для реализации способа; на фиг. 2 - функциональная схема регулятора напряжения со звеном повышенной частоты, реализующего способ; на фиг. 3 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства, реализующего предлагаемый способ; на фиг. 4 - временные диаграммы, поясняющие сущность способа при изменении импульсных последовательностей в трех каналах преобразователя на примере линейно нарастающего входного сигнала; на фиг. 5 - функциональная схема управляемого и неуправляемого блоков формирования разнополярных импульсов.

Устройство (фиг. 1) содержит источник 1 питания, многоканальный импульсный преобразователь 2, сумматор 3, соединенный с фильтром 4, схе му управления, включающую генератор 5, широтно-импульсный модулятор 6.

Регулятор (фиг. 2) содержит п (в данном случае 3) параллельно вклю ченных инверторов, каждый из которых выполнен на полностью управляемых ключах 7.1-7.4, 8.1-8.4 и 9.1- 9.4, высокочастотные трансформаторы 10-12, вторичные обмотки которых подключены к входам выпрямительных мостов 13-15, соединенных последовательно и подключенных к нагрузке через выходной фильтр 16, и п-каналь- ный блок управления, каждый из каналов 17.1-17.3 блока управления выполнен в виде последовательно соединенных преобразователя напряжение - частота 18, триггера 19, ждущего мультивибратора 20, генератора 21 развертьшающего напряжения, компаратора 22, элемента И 23, выход которого подключен к входу управляемого

5

0

5

0

5

0

5

0

5

блока 24 формирования разнополярных импульсов, выходами соединенного с управляющими входами ключей 7.1 и

7.3инверторной ячейки. Также последовательно соединены ждущий мультивибратор 25, генератор 26 развертывающего напряжения, компаратор 27, элемент .И 28, неуправляемый блок

29 формирования разнополярных импульсов, выходы которого соединены с управляющими входами ключей 7.2 и

7.4инверторной ячейки. Управляемый блок 24 формирования

разнополярных импульсов (фиг. 5) содержит последовательно соединенные элемент ИЛИ 30 и триггер 31, срабатывающий при перепаде напряжения из I и О, прямой и инверсный выходы которого соединены с усилителями мощности, содержащими трансформаторные развязывающие узлы, выходные обмотки которых соединены с управляющими входами соответствующих ключей инверторных ячеек. Устройство неуправляемого блока 29 формирования разнополярных импульсов аналогично устройству блока 24, за исключением того, что триггер, входящий в состав блока 29, опрокидывается .не по спадающему, а по нарастающему фронту входного сигнала, таким образом фаза его выходных напряжений по отношению к фазе импульсов задающего

генератора остается неизменной.

I

Предлагаемый.способ заключается в том, что весь диапазон регулирования выходного напряжения по амплитуде разделяют на зоны (фиг 4, для определенности число зон принято , равным трем), генератор 5 (фиг. 1), преобразующий напряжение управления и работающий с ним щиротно-импульсный модулятор 6, воздействует на импульсный преобразователь 2 так, что преобразуют -напряжение источника I Питания, одного из его каналов в импульсную последовательность U,, (фиг. 3 или 4), длительность импульсов которой и частота их следования изменяется в функциональной зависимости от входного сигнала. К моменту времени t , t, t (фиг. 4) частота следования импульсной последовательности изменяется от минимального значения до максимального, длительность импульсов становится максимальной. При этом среднее значение напряжения этой импульсной последовательности равно

единице и не содержит нерегулируемых пауз. С этого момента напряжение регулируют в следующей зоне.

Напряжение на выходе сумматора 3 (фиг, 1) равно сумме напряжений все последовательностей.

На выходе фильтра 4 Сфиг. 1) действует сглаженное напряжение усиленного по мощности входного сигнала

UM.

блоке 29 формирования разно импульсов входной триггер вает на перепад напряжения 1 и формирует на выходах ния и - и и . Диаграмма на на выходе неуправляемого бл вязки и усиления, действуюсц мотках трансформаторов мопн приведена на фиг. 3 - . выходами соединен с управля входами ключей инверторных

Аналогичные диаграммам U

33

5

20

/

U,jg напряжения, сдвинутью н тельность импульсов и,., и I мируются в блоке 24. Диагра пряжений, действующих на об трансформаторов блока 24, п изображением U, .

Совместная работа ключей тора иллюстрируется диаграм пряжения на первичной обмот сокочастотного трансформато Си , фиг. 3). При увеличен

Устройство (фиг. 2) работает следующим образом.

Управляющий сигнал U имеет линейно-нарастающую форму, а преобразователь содержит три канала. В качестве импульсного преобразователя может быть использован любой регулятор напряжения со звеном повыщен- ной частоты.

Регулирование напряжения инверторами путем изменения длительности импульсов и частоты их следования осуществляется изменением фаз замыкания пар ключевых элементов 7.1 - 7.4, 8.1-8.4 и 9.1-9.4 друг относительно друга. Работа преобразователя (фиг. 2) поясняется приведенными диаграммами (фиг. 3). При появлении

входного управляющего сигнала Uy пре-30 искажений более, чем на 20К образователь 18 напряжение-частота вырабатывает короткие импульсы U , следующие с частотой повторения изменяющейся пропорционально уровню управляющего сигнала. Триггер 19 срабатывает на перепад напряжения с О в 1 от сигналов преобразователя 18 (и,„ фиг. 3), входные цепи

25

35

19

ждущих мультивибраторов 20 и 25 дифференцируют сигнал триггера 19 (U ), 40 а каждый из ждущих мультивибраторов срабатывает на входной сигнал одной из полярностей (U. , , фиг. 3) . Сигналы с мультивибраторов поступают

TenbHOCTK импульсов мультив 20 и 25 регулятор работает с перекрытием.

Таким образом, предлагае соб позволяет, повысить каче ходного напряжения за счет

канале, при их числе больше Это достигается исключением лируемых импульсов в выходн жении, в процессе регулиров спектр импульсной последова ти не содержит искажающих г с амплитудой приближающейся ной, кроме того, эти гармон ны в сторону высших частот, воляет практически исключит падание в полосу пропускани

Существенное снижение ис выходного напряжения позвол зить проектную мощность фил

Существенное снижение искажений выходного напряжения позволяет снизить проектную мощность фильтров и

на генераторы 21 и 26 развертывающего45 повысить быстродействие регулированапряжения, формирующие сигналы U, , и ;j6 (фиг. 3), которые поступают на входы компараторов 22 и 27. На вторых входах компараторов действует управляющий сигнал U,j, а выходное напряжение компараторов представлено диаграммами , и U,j7 (фиг. 3). Элементы И выделяют сигналы U и U- при одновременном воздействии

29

55

и., и и.

входных напряжений U и ,j соответственно.

Сигналы и23 U,g поступают на блоки 24 и 29 формирования разнополярных импульсов. В неуправляемом

ния.

Формула изобретени

50 Способ регулирования выходного напряжения многоканального импульсного преобразователя, заключающийся в том, что распределяют регулируемо напряжение по п каналам преобразова

55 теля, регулирование среднего значен напряжения осуществляют во всех кан лах поочередно изменением длительности и частоты следования импульсо причем регулирование в очередном ка

блоке 29 формирования разнополярных импульсов входной триггер срабатывает на перепад напряжения О в 1 и формирует на выходах напряжения и - и и . Диаграмма напряжений на выходе неуправляемого блока развязки и усиления, действуюсцих на обмотках трансформаторов мопности, приведена на фиг. 3 - . Блок 29 выходами соединен с управляющими входами ключей инверторных ячеек.

диаграммам U

33

и

ъЭ

И

5

20

U,jg напряжения, сдвинутью на длительность импульсов и,., и , фор мируются в блоке 24. Диаграмма напряжений, действующих на обмотках трансформаторов блока 24, показана изображением U, .

Совместная работа ключей 7 инвертора иллюстрируется диаграммой напряжения на первичной обмотке высокочастотного трансформатора 10 Си , фиг. 3). При увеличении дли30 искажений более, чем на 20К

25

35

40

TenbHOCTK импульсов мультивибраторов 20 и 25 регулятор работает в режиме с перекрытием.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет, повысить качество выходного напряжения за счет снижения

в каждом

канале, при их числе больше трех. Это достигается исключением нерегулируемых импульсов в выходном напряжении, в процессе регулирования спектр импульсной последовательности не содержит искажающих гармоник с амплитудой приближающейся к основной, кроме того, эти гармоники смещены в сторону высших частот, что позволяет практически исключить их попадание в полосу пропускания фильтра.

Существенное снижение искажений выходного напряжения позволяет снизить проектную мощность фильтров и

45 повысить быстродействие регулирования.

Формула изобретения

Способ регулирования выходного напряжения многоканального импульсного преобразователя, заключающийся в том, что распределяют регулируемое напряжение по п каналам преобразователя, регулирование среднего значения напряжения осуществляют во всех каналах поочередно изменением длительности и частоты следования импульсов, причем регулирование в очередном канале начинают после достижения максимального (минимального) значения напряжения в предыдущем канале, а напряжения всех каналов суммируют, отличающийся тем, что.

с целью повышения качества выходного напряжения, регулирова1 ие осуществляют в каждом канале одновременным изменением длительности импульсов и частоты их следования.

„

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в регулируемых источниках, электропитания. Целью изобретения является повышение качества выходного напряжения импульсного преобразователя за счет улучшения спектраль- if. ного состава и получение линейной регулировочной характеристики. Цель изобретения достигается тем, что регулирование выходного напряжения осуществляется одновременным изменением длительности импульсов управления и частоты их следования. Для этого управляющее напряжение U, распределенное по п каналам импульсного преобразователя, в каждом канале преобразуется в импульсную последовательность, частота следования импульсов которой изменяется в зависимости ее величины управляющего напряжения U. С заданной таким способом частотой генераторы развертывсцощего напряжения 21 и 26 вырабатывают сигналы и,21 и и,, которые сравниваются с управляющим напряжением U у компараторами 22 и 27, при и (и.) и„ 2i 1 к о J на выходах которых появляются сигналы U,j и и27 . Таким образом, наряду с изменением частоты следования импульсов изменяется и их длительность.. 5 ил. i сл с

и,

13

n fl n I

t,t t,U

фиг.З

1ц /vaK..

в UH.CP.

I макс

29

Составитель А. Меркулова Редактор М. Бланар Техред Л.Сердюкова Корректор И. Муска

Заказ 7820/55 Тираж 683Подписное

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

и €7

.2 .U

фиг. 5