Способ стабилизации выходного напряжения импульсного стабилизатора Советский патент 1987 года по МПК G05F1/56 

Изобретение относится к электротехнике, п частности к преобразовательной технике, и может быть использовано при построении импульсных стабилизаторов напряжения (ИСН) для автономных систем электропитания.

Целью изобретения является достижние высоких быстродействия и запаса устойчивости стабилизатора.

На фиг. 1 представлена блок-схема ИСН, поясняющая предлагаемый способ; на фиг. 2 - схема устройства, реализующего способ; на фиг. 3 - пример выполнения суммирующего усилителя; на фиг. 4 - диаграммы переходного процесса в быстродействующем ИСН при скачкообразном изменении тока нагрузки.

В блок-схем (фиг. 1) входят вклю- ценные последовательно межлу входом и выходом 2 стабилизатора регулирующий элемент 3, дроссель А LC-фильтра датчик 5 тока дросселя, конденсатор

6LC-фильтра, датчик 7 тока нагрузки К выходу 2 стабилизатора подключена нагрузка 8. Вычитающие входы сумматоров 9 и 10 соединены с информационным выходом датчика 5 тока и выходом

2 стабилизатора соответственно.Сум- мирующий вход сумматора 9 подсоединен к информационному выходу датчика

7тока, а выход - через усилитель 11 с коэффициентом передачи К р R, (где

RP - внутреннее сопротивление конденсатора 6) - подключен к второму вычитающему входу сумматора 10. Источник 12 опорного напряжения подключен к суммирующему входу сумматора 10. Выходы сумматоров 9 и 10 подключены соответственно через усилители 13 и 14 с коэффициентами усиления К и К к суммируюшлм входам сумматора 15. Выход сумматора 15 через широтно-импульсный модулятор 16 подсоединен к управляющему входу регулирующего элемента 3 .

Устройство (Лиг. 2) содержит силовой ключ 17, дроссель 18, датчики 19 и 20 тока, включенные последовательно между входом 21 и выходом 22 стабилизатора. Диод 23 включен между общей точкой силового ключа 17 и дросселя 18 и общим приводом 24 стабилизатора Конденсатор 25 включен между обшей точкой датчиков 19 и 20 тока и общим приводом 24 стабилизатора. Суммирующий усилителт, 26 неинвертирующим и инвертирукицим nxoдa и подключен к ин

формационньгм входам датчиков 20 и 19 тока соответственно. Суммирующий усилитель 27 неинвертирующим и первым, вторым инвертирующими входами подключен соответственно к источнику 28 опорного напряжения, выходу 22 стабилизатора и выходу суммирующего усилителя 26, суммируюишй усилитель 29 подключен первым и вторым неинвертирующими входами к выходам суммирующих усилителей 26 и 27 соответственно, а выходом - к входу пжротно-импульсного модулятора 30 (ШИМ). Выход ШИМ 30 подключен к управляющему входу силового ключа 17.

На фиг. 3 приведен пример выполнения суммирующего усилителя 27, который выполнен на операционном усилителе 31 и резисторах 32-36. С помощью резистора 32-36 обеспечиваются требуемые коэффициенты передачи по входам суммирующего усилителя 27.

Предлагаемый способ стабилизации выходного напряжения импульсного стабилизатора, содержащего выходной ин- дуктивно-емк остный фильтр, регулирующий элемент, широтно-импульсный модулятор с пилообразным опорным напряжением, осуществляют путем измерения тока дросселя фильтра, его инвертирования и сравнения с первым опорным сигналом, измерения выходного напряжения, его инвертирования и сравнения

с вторым опорным сигналом, суммирования сигналов рассогласования и формирования результирующим сигналом импульсов по принципу щиротно-импульс- ной модуляции для управления регули- РУЮЩим элементом.

При этом измеряют ток нагрузки и формируют первый опорный сигнал,равный току нагрузки, из измеренного выходного напряжения исключают напряжение, полученное в результате измерения падения напряжения на внутреннем сопротивлении емкости, а указанные сигналы рассогласования по току и напряжению умножают соответственно на коэффициенты К К

К

Т

к

2 L и.

° Е С t,/T (1 + )

где L и С - индуктивность и емкость

выходного напряжения ИСН; Е - входное напряжение ИСН;

ис

- скорость изменения опорного напряжения широтно- импульсного модулятора;

- период преобразования и статическая длительность импульса (паузы в случае инверсии выходного сигнала модулятора).

При данном способе сигнал управле- IQ функции сумматора 9, а cyм шpyюmJ й

ния формируется пропорционально приращениям напряжения на емкости конденсатора и тока дросселя выходного фильтра иен к их опорным значениям, а в качестве опорного значения тока дросселя используется ток нагрузки. Реальный конденсатор имеет внутреннее сопротивление, и напряжение на конденсаторе описывается выражением

и.

и

+ 1с RC ,

где

соответственно

и , и„, i , R к о с. с

напряжения на конденсаторе и емкости конденсатора, ток и внутреннее сопротивление конденсатора.

Поскольку для формирования сигнала управления используется переменная состояния - напряжение на емкости конденсатора, то для ее определения из напряжения на конденсаторе (выходного напряжения ИСН) вычитается падение напряжения на внутреннем сопротивлении конденсатора.

Для определения тока конденсатора if (фиг. 1) в качестве опорного сигнала тока дросселя , измеряемого датчиком 5 тока, используется ток нагрузки i, снимаемый с датчика 7 тока. В результате на выходе сумматора 9 формируется сигнал, равный току конденсатора.

Для определения напряжения Uj,(t) на конденсаторе LC-фильтра из выходного напряжения V, снимаемого с выхода 2, вычитается падение напряжения на внутреннем активном сопротивлении конденсатора RC. Величина R в большинстве практических случаев соизмерима с переходным сопротивлением конif

денсатора Z. (Т) тг и вносит существенное искажение в измерение U(t). Вычитание производится на сумматоре 10, на первый инверсный вход, которого поступает величина выходного напряжения, а на второй - ток конденсатора с выхода сумматора 9.

Работа уст рпГп Ч на , iuMjiii vhi;ni-ro способ, поясняется с помотьн фиг. 2.

Силовой ключ 17 и диол. 23 выполняют функции регулирующего элемента 3, дроссель 18, датчики 19, 20 тока, конденсатор 25 аналогичны дросселю 4, датчикам 5, 7 тока, конденсатору 6. Суммируюищй усилитель 26 выполняет

усилитель 27 - функци1 сумматора 10 и усилителя 11, выбирая коэффициент передачи по второму инвертирующему входу. Усилитель 29 выполняет функции сумматора 15 и усилителей 13 и 14, выбирая коэффициенты передачи по входам, подключенным к выходам суммирующих усилителей 26,27 - К ,К соответственно .

В момент равенст1 а пилообразного напряжения и напряжения с выхода суммирующего усилителя 29 компаратор ШИМ 30 переключается, сбрасывая в О триггер НИМ 30. При этом силовой ключ

17 размыкается. Триггер ШШ 30 устанавливается в 1 сигналом генератора IHIiM 30, который одновременно синхронизирует работу генератора пилообразного напряжения ШИМ 30.

Экспериментальные исследования ИСН показали, что при скачкообразных изменениях тока нагрузки, не приводящих к отклонению длительности импульсов управле1шя регулирующим элементом более чем на 10% от их стационарного значения, переходный процесс в ИСН имеет минимальную длительность, равную 2Т. Для большей амплитуды скачкообразного изменения тока нагрузки,но

не приводящей к размыканию системы (выходу с.игнала управления из зоны пилообразного напряжения ШИМ) длительность переходного процесса не превышает 3,5Т. Если возмущение приводит к размыканию системы, длительность переходного процесса превышает 3,5Т, но остается конечной.

На фиг. 4 приведе ы диаграммы,по- ясняющие процессы в ИСН при скачкообразном увеличенит- тока нагрузки.

Таким образом, в предлагаемом способе реализовшил I a независимых контура регулирования по значениям

переменных состояния - току дросселя

и напряжению на емкости конденсатора,

что позволяет достичь высоких быстро- действия и запаса устойчивости стабилизатора .

51

Формула изобретения

Способ стабилизации выходного напряжения импульсного стабилизатора, содержащего выходной индуктивно-емкостный фильтр, регулирующий элемент, широтно-импульсный модулятор с пилообраэньм опорным напряжением, осуществляемый путем измерения тока дросселя фильтра, его инвертирования и сравнения с первым опорным сигналом, измерения выходного напряжения, его инвертирования и сравнения с вторым опорным сигналом, суммирования сигналов рассогласования и формирования результирующим сигналом импульсов по принципу широтно-импульс- ной модуляции для управления регулирующим элементом, отличаю- .щ и и с я тем, что, с целью достижения высоких быстродействия и запаса устойчивости стабилизатора, измеряют ток нагрузки и формируют первый

487966

опорный сигнал, равный току нагрузки, из измеренного выходного напряжения исключают напряжение, полученное в результате измерения падения напряжения на внутреннем сопротивлении емкости, а указанные сигналы рассогласования по току и напряжению умножают соответственно на козффициенты К, К, и К § -К

2 L и .

где К.

10

1 -U/т)1

5

0

L и С Е

и

и

т и t., индуктивность и емкость выходного фильтра; входное напряжение ИСН; скорость изменения опорного напряжения широтно- импульсного модулятора; период преобразования и статическая длительность импульса (паузы, в случае инверсии входного сигнала модулятора).

Изобретение относится к вторичным источникам питания радиоаппаратурь:. Целью ияобретения является дос- rижeниe высоких быстродействия и запаса устойчивости стабилизатора.Цос- тавленная цель постигается тем, что опорный сиг)шл тока дросселя 4 формируют равным току нагрузки 7, а из выходного напряжения исключают составляющую, равную падению напряжения на внутреннем сопротивлении конденсатора 6 выходного фильтра. Полученные сигналы рассогласования по току и напряжению умножают на соответствующие ксгзффипиенты, суммируют и подают на вход широтно-импульсного модулятора 1 fi, Сигналом с выхода модулятора управляют регу;п1рующим элементом 3. 4 ил. С (Л U8X. оо 00 со 05 Фи.1

сриг. 2

О 12 3 5 t/T Фиг.

фиг.З