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

15

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.

Цел1 изобретения - получение инвариантности выходного напряжения в широком диапазоне изменения входного напряжения.

На чертеже изображен стабилизатор среднего значения постоянного напряжения.

Стабилизатор содержит последовательно соединенные силовой ключ 1, LC-фильтр 2 и первый интегратор 3, причем вход силового ключа является входом стабилизатора. Выход первого интегратора 3 соединен с входом усилителя 4 с регулируемым коэффициентом передачи, управляющий вход которого соединен с входным выводом, а выход подключен к входу еще одного усилителя 5 20 с регулируемым коэффициентом передачи, управляющий вход которого также соединен с входным выводом. Выход второго усилителя подключен к входу сумматора 6, второй вход которого через последовательно соединенные делитель 7 напряжения и второй интегра- 25 тор 8 подключен к входному выводу, а выход сумматора 6 - к входу вычита- теля 9, второй вход которого соединен с источником опорного напряжения, выход - с входом узла 10 сравнения. К второму входу узла 10 сравнения подключен генератор 11 пилообразного напряжения, а к выходу узла 10 - управляющий вход силового ключа 1. К входу генератора И пилообразного напряжения подключен усилитель 12 с регулируемым коэффициентом передачи, вход которого соединен с источником питания а управляющий вход усилителя 12 подключен к входному выводу.

Стабилизатор работает следующим образом.

Выходное напряжение, снимаемое с LC- 40 фильтра 2 после интегрирования в блоке 3 цепи обратной связи через два усилителя 4 и 5 с регулируемым коэффициентом, которые позволяют получить сигнал, пропорциональный квадрату управляющего напряжения, суммируется на сумматоре 6 с напряжением 45 прямой связи, снимаемым через последовательно соединенный делитель 7 напряжения и второй интегратор 8. Суммарное напряжение сравнивают с опорным напряжением в вычитателе 9. Сигнал рассогласования сравнивают с пилообразным напря- жением широтно-импульсного модулятора, в состав которого входит узел 10 сравнения и генератор 11 пилообразного напряжения. Напряжение питания к генератору 11 подается через усилитель 12 с регулируеляя работой силового ключа, стабилизирует выходное напряжение, которое фильтруется LC-фильтром 2.

Для обеспечения инвариантности выход- г ного напряжения в широком диапазоне изменения входного в схеме установлены усилители 4, 5 и 12 с регулируемым коэффициентом передачи, который изменяется обратно пропорционально входному напряжению Е. Последовательно соединенные уси- 10 лители 4 и 5 позволяют реализовать коэффициент передачи, обратно пропорциональный квадрату напряжения Е.

Выходное напряжение ста-билизатора в статическом режиме определяется выражением

Uo EYO,(I)

где Yo - среднее значение скважности импульсов широтно-импульсного преобразователя;

Е - входное напряжение стабилизатора.

Пусть система перешла из одного установившегося состояния DO в другое и установилось значение выходного напряжения U под действием помехи.

Найдем превращение выходного напряжения ли:

и ио+Ди (Е + ДЕ) (YO+ДТ)

Пренебрегая членами со 2-м порядком малости, получим

+ ЕД7(2)

Уравнение замыкания для нашей схемы имеет вид

Uon-KocUo-К рЕ бТ7о,(з)

где Кос - статический коэффициент передачи

цепи обратной связи; - статический коэффициент передачи цепи прямой связи по возмущению ДЕ;

- коэффициент передачи модулятора

Т - период переключения широтно-импульсного преобразователя; LJoii - постоянное опорное напряжение

стабилизатора;

LJn - амплитуда пилообразного напряжения.

Учитывая приращение напряжения и тока, получим

-К« Ди--КпрДЕ бТДу. (4) Подставляя в уравнение (4) уравнение (2), имеем

(бТ-ЬКосЕ) Д7 () ДЕ Отсюда

35

Кос7о+К

Д7 бТ-ЬКосЕ

ДЕ.

(5)

Подставляя уравнение (1) в уравнение (3), получаем выражение:

Цоп-К.||рЕ бТ+КосЕ (6)

В уравнение (2) подставляем значение

ч i е t -iji-.v V 4tf 1 и I ,if tu i. t-i v r /L/ r-

МЫМ коэффициентом передачи. Выходной сиг- V из уравнения (5) и находим

нал узла 10 сравнения поступает на управ--yggf-к „рЕ

ляющий вход силового ключа 1 и, управ-бТ-f-KocE (7)

5

0 5

0 5

ляя работой силового ключа, стабилизирует выходное напряжение, которое фильтруется LC-фильтром 2.

Для обеспечения инвариантности выход- ного напряжения в широком диапазоне изменения входного в схеме установлены усилители 4, 5 и 12 с регулируемым коэффициентом передачи, который изменяется обратно пропорционально входному напряжению Е. Последовательно соединенные уси- 0 лители 4 и 5 позволяют реализовать коэффициент передачи, обратно пропорциональный квадрату напряжения Е.

Выходное напряжение ста-билизатора в статическом режиме определяется выражением

Uo EYO,(I)

где Yo - среднее значение скважности импульсов широтно-импульсного преобразователя;

Е - входное напряжение стабилизатора.

Пусть система перешла из одного установившегося состояния DO в другое и установилось значение выходного напряжения U под действием помехи.

Найдем превращение выходного напряжения ли:

и ио+Ди (Е + ДЕ) (YO+ДТ)

Пренебрегая членами со 2-м порядком малости, получим

+ ЕД7(2)

Уравнение замыкания для нашей схемы имеет вид

Uon-KocUo-К рЕ бТ7о,(з)

где Кос - статический коэффициент передачи

цепи обратной связи; - статический коэффициент передачи цепи прямой связи по возмущению ДЕ;

- коэффициент передачи модулятора

Т - период переключения широтно-импульсного преобразователя; LJoii - постоянное опорное напряжение

стабилизатора;

LJn - амплитуда пилообразного напряжения.

Учитывая приращение напряжения и тока, получим

-К« Ди--КпрДЕ бТДу. (4) Подставляя в уравнение (4) уравнение (2), имеем

(бТ-ЬКосЕ) Д7 () ДЕ Отсюда

5

Кос7о+К

бТ-ЬКосЕ

ДЕ.

(5)

Подставляя уравнение (1) в уравнение (3), получаем выражение:

Цоп-К.||рЕ бТ+КосЕ (6)

В уравнение (2) подставляем значение

После подстановки выражения (6) в выражение (7) имеем

ЦопбТ-КпрЕбТ ли . бТ+К°сЕ

- КпрЕ

бТ+КосЕ

В результате преобразований получаем

... ЦопбТ-КпрЕ(26Т+К°сЕ) .р бТ+КосЕ

Из полученного выражения (8) видно, что при выполнении условия

EUon const; КосЕ const.

в устройстве достигается инвариантность выходного напряжения в широком изменении входного.

Формула изобретения

Стабилизатор среднего значения постоянного напряжения, содержащий последовательно соединенные силовой ключ, LC- фильтр и интегратор, причем вход силового ключа соединен с входным выводом, а выход LC-фильтра - с выходным выводом, а также

делитель напряжения, вход которого соединен через второй интегратор с входным выводом, а выход - с одним входом сумматора, причем выход сумматора подсоединен к одному входу вычитателя напряжения,

второй вход которого соединен с источником опорного напряжения, выход вычита- теля соединен с первым входом узла сравнения, к второму входу которого подключен выход генератора пилообразного напря10 жения, а к выходу подключен управляющий вход силового ключа, отличающийся тем, что, с целью получения инвариантности выходного напряжения в широком диапазоне изменения входного напряжения, в него введены три усилителя с регулируемым коэффициентом передачи, обратно пропорциональным управляющему воздействию, причем один из усилителей с регулируемым коэффициентом передачи подключен между клеммой для подключения источни20 ка питания и входом генератора пилообразного напряжения, два других усилителя с регулируемым коэффициентом передачи соединены последовательно и подключены между выходом интегратора и другим входом сумматора, при этом управляющие входы

25 всех усилителей объединены и подсоединены к входному выводу.

15

Изобретение относится к вторичным источникам питания радиоаппаратуры. Целью изобретения является получение инвариантности выходного напряжения в широком диапазоне изменения входного напряжения стабилизатора среднего значения постоянного напряжения. Цель достигается тем, что в схему ввели три усилителя 4, 5 и 12 с регулируемым коэффициентом передачи, обратно пропорциональным управляющему воздействию. Причем усилители 4 и 5 соединены последовательно и включены между интегратором 3 и одним входом сумматора 6. Усилитель 12 подключен через генератор 11 пилообразного напряжения к одному из входов узла 10 сравнения, другой вход которого через вычитатель 9 соединен с выходом сумматора 6. Выход узла 10 подключен к управляющему входу ключа 1. При этом управляющие входы усилителей 4, 5 и 12 соединены с входом стабилизатора. 1 ил. S (О со со ел СО СД to