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

. 1

.Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразователям, электрической энергии, и может быть использовано в системах электропитания различных технических устройств с повышенными требованиями к стабильности и точности установки питающего напряжения.

Целью изобретения является получение инвариантности выходного тока в широком диапазоне изменения входного напряжения.

На чертеже изображен стабилизатор среднего значения постоянного тока. Стабилизатор содержит последовательно подключенные к входу устройства силовой ключ 1, LC-фильтр 2, датчик 3 тока и первый интегратор 4, выход которого подключен к первому входу сумматора 5, второй вход которого соединен с источником опорного напряжения, а выход с первым входом усилителя 6 с регулируемым коэффициентом передачи, второй вход которого подключен через последовательно соединенные умножитель 7 и второй интегратор 8 к входу -устройства. Выход усилителя 6 соединен с вторым входом сумматора 9, первый вход которого соединен с выходом второго интегратора 8, а выход подключен к первому входу схемы 10 сравнения, второй вход которой соединен с выходом генератора 11 пилообразного напряжения. Выход схемы 10 сравнения подключен к управляющему входу силового ключа 1. Вход генератора 11 пилообразного напряжения подключен к выходу блока 12 управления крутизной пилообразного напряжения, управляющий вход которого подключен к выходу второго интегратора 8.

Устройство работает следующим образом.

Выходной ток широтно-импульсного стабилизатора преобразуется датчиком 3 тока в напряжение обратной свя.зи. После интегрирования, в ин:теграторе 4 напряжение обратной связи подается на вход сумматора 5, где сравнивается с опорным напряжениемI Сигнал рассогласования подается на усилитель 6 с регулируемым коэффициентом передачи, обратно пропорционагсьному управляющему воздействию, т.е„ входному напряжению Е. На управляющий вход усилителя 6 подается сигнал, пропорциональный квадрату напряжения прямо

13

р , . нроо10

328803. 2

связи (Е), снимаемый с входа силового ключа 1 через интег-ратор 8 и схему Одноквадрантного - тмножения 7 , После усиления напряжения с выхода усилителя 6 с регулируемым коэффициентом передачи поступает на сумматор 9, на котором оно суммируется с напряжением,, снимаемым с выхода интегратора 8, и подается на схему 10 сравнения, где сравнивается с пилообразным напряжением. Параметры дилообразного напряжения изменяются каскадом 12 управления крутизной пилообразного на- ig пряжения. Сигнал, снимаемый с выхода схемы 10 сравнения, поступает на управляющий вход силового ключа 1 и управляет его работой, стабилизируя ток нагрузки.

Для обеспечения инвариантности выходного тока при широком диапазоне изменения входного напряжения в схеме установлен каскад 12 управления крутизной пилообразного напряжения генератора пилообразного напряжения и усилитель 6 с регулируемым коэффициентом передачи, который управляется входным напряжением, а также одно- квадрантный умнож:-1телв 7 „

1Цокажем,, что инвариантность выходного тока в пред.п;агаемой схеме достигается ,

Выходной ток стабилизатора в статическом режиме

20

2Б

30

1„

.. ЕГ, -о - где Е - входное напряжение стабилизатора $

I - скважность импульсов широтно- импульсного преобразователя, R - сопротивпекие нагрузки. Приращение тока на выходе стабилизатора без учета составляющих второго порядка малости определяется как

AI 1 (

Е.1)

(Г)

Уравнение замыкания стабилизатора с широтно-импульснык преобразователем и комбинированным регулированием по возмутдению питающего напряжения Е и выходному току I имеет вид

и

5

где

01

К.с- -о К- пр

(2)

ос Пp -

статический коэффи1щент передачи цепи обратной связи; статический коэффициент передачи цепи прямой связи по возму-п ению,

Un

Г --- - коэффициент передачи модулятора;Т - период переключения модулятора

U(, - постоянное опорное напряжение стабилизатора Up - амплитуда пилообразного напряжения .

Уравнение (2) определяется из условия равенства выходного напряжения схемы сумматора 9 и напряжения генератора 11 пилообразного напряжения и определяется скважность импульсов широтно-импульсного преобразователя. Переходя к приращениям, получают

-K(, - KnpjE d-Tdy. (3)

Подставляют уравнение (1) в уравнение (3) и после преобразования имеют

КосR 3

+ К

пр

(с/Т + Е)

йЕ. (4)

Из уравнения (2) и уравнения 1о

Е То

L:- определяют значение

и оп - К пр Е

° ,Т. К

(5)

Если в уравнение (1) подставить уравнения (4) и (5), получают следующее выражение:

. 1 , Ucn - Кпр Е J- - V - Т Е

и.

К

Е + К„„ С/ТЕ

(6)

ПР

)4Е.

(rfT + %- Е)2

К

После преобразований из вьфажения 6) получают конечное уравнение

,с Т-К„рЕ( +

К

|-Е)

- ЛЕ. (7)

R(JT + Е)2

Как известно из теории инвариантности, в системах комбинированного регулирования при выполнении определенных условий можно добиться незави13288034

симости регулируемого параметра от входного возмущения, т.е. его инвариантности. Условие получения инвариантности тока 1 от изменения входного напряжения Е определяется приравниванием числителя уравнения (7) нулю

10

и„

Т-К, Rf2c/T + Е 0. (8)R

Это условие выполняется при соответствующем выборе коэффициента

и К

ос

а именно

К

VT Uon

ПР

E(2d4 +

К,

ос R

Е)

)

вме(4)

о

зь

ую6)

ия

7)

тевиНо условие соблюдается только 2Q для определенного значения Е (уравнение 7) и при его изменении нарушается. Для выполнения условия (8) при изменении Е в широких пределах необходимо выполнение следующих ус- 25 ловий:

и„- Е const; К.,;.- Е const.

30 Таким образом числитель вьфажения (7) становится равным О, и I не зависит от Е при - его изменении в широких пределах. Эт и соотношения получают путем введения в схему двух усилителей с регулируемым коэффициентом передачи и одноквадрантного умножителя.

Формула из.обретения

40

стабилизатор среднего значения

постоянного тока, содержащий последовательно подключенные к входному выводу силовой ключ, LC-фильтр, дат45 чик тока, первый интегратор, выход которого подсоединен к первому входу первого сумматора, второй вход которого соединен с источником опорного напряжения, а также второй сум50 матор, первый вход которого через второй интегратор соединен с входным выводом, а выход сумматора с первым входом узла сравнения, второй вход которого соединен с выходом генера55 тора пилообразного напряжения, а выход с управляющим входом силового ключа, отличающийся тем, что, с целью получения инвариантности выходного напряжения в широ-

5 1328803 6

ком диапазоне изменения входноготеля подключен к выходу второго иннапряжения, в устройство введенытегратора, а выход к первому входу

блок управления крути:зной пилообраз-усилителя с регулируемым коэффициенного напряженияJ вход которого под-том передачи,, обратно пропорциональключен к выходу второго интегратора, ным управляюв: ему воздействию, при

а выход к входу управления генера-этом второй вход усилителя с регулитора пилообразного напряжения, аруемым коэффициентом передачи подтакже одноквадрантный умножитель иключен к выходу первого сумматора,

усилитель с регулируемым коэффици-а выход к второму входу второго сументом передачи, причем вход умножи-Ш матора.

Изобретение относится к вторичным источникам питания радиоаппаратуры. Целью изобретения является получение инвариантности выходного напряжения в широком диапазоне изме.нения входного напряжения стабилизатора среднего значения постоянного тока. Цель достигается введением в схему блока 12 управления крутизной пилообразного напряжения, а также одноквадратного умножителя 7 и усилителя 6 с регулируемым коэффициентом передачи. Причем вход умножителя 7 подключен к выходу интегратора 8, а выход - к управляющему входу усилителя 6. Сигнал рассогласования с сумматора 5 подается на усилитель 6, коэффициент передачи которого обратно пропорционален управляющему воздействию. Сигнал с усилителя 6 суммируется с сигналом интегратора 8 на сумматоре 9 и через схему 10 сравнения подается на управление ключом 1. 1 ил. Ф (Л и on