Стабилизатор постоянного напряжения Советский патент 1989 года по МПК G05F1/56 

NU О

СЛ

iu 4;

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в преобразователях постоянного напряжения, осуществляюгщх регулирование выходного напряжения методом широтно- импульсной модуляции.

Цель изобретения - повьшение точности регулирования выходного напряжения преобразователя.

На чертеже представлена структурная схема предложенного стабилизатора.

Стабилизатор содержит последовательно включенные источник 1 питания, силовой ключ 2, выходной LC-фильтр 3, нагрузку 4, выход источника 1 питания подключен к входу датчика 5 входного напряжения, выход которого подключен к первым входам узлов 6 и 7 деления. Выход LC-фильтра 3 через датчик 8 выходного напряжения подключен к первому входу первого сумматора 9, к второму входу которого подключен выход источника 10 напряжения задания. Вы- ход сумматора 9 подключен к второму входу первого узла 6 деления, вы. ход которого подключен к первому входу второго сумматора 11, к второму входу которого подключен выход источника 12 опорного напряжения, а к ;- третьему - выход второго узла 7 деления, второй вход которого подключен к выходу датчика 13 тока нагрузки, включенного в силовую шину между LC- фильтром 3 и нагрузкой-4. Выход сумматора 11.через широтно-импульсный модулятор 14 подключен к управляющему входу силового ключа 2.

Стабилизатор работает следующим образом.

Длительность интервала проводимости силового ключа 2 определяется в модуляторе 14, где происходит сравнение опорного пилообразного сигнала , и сигнала управления U, , форми руемого.в сумматоре 11, которьш можно представить в виде

-11

U6- и -,- и

п

(1)

где и - сигнал, действующий на выходе узла 6 деления; U-, - сигнал, действующий на выходе узла 7 деления5 U, сигнал источника опорного

напряжения.

Сигнал и , д ействующий на выходе узла 6 деления, формируется путем

деления сигнала U, с выхода сумматора 9 на сигнал U,j с выхода датчика 5 входного напряжения. Первый сигнал представляет собой сумму сигнала задания и ,0 и сигнала Uo отрицательной обратной связи, действующего на выходе датчика 8 выходного напряжения

10

и, и,о- Ug

(2)

Второй сигнал пропорционален величине входного напряжения и равен

15

и к,и,

(3)

где К, - коэффициент пропорциональности между напряжением источника 1 питания и напря- жением на выходе датчика 5.

Таким образом, сигнал на выходе узла деления 6 имеет вид

и«

-к

V тт

,

(4)

где К л - масштабный коэффициент узла

6 деления.

Сигнал U-,, действующий на выходе узла 7 деления, формируется путем деления сигнала U с выхода датчика 5 входного напряжения на сигнал выхода датчика 1.3 тока нагрузки.

Сигнал , пропорционален величине тока нагрузки 4 и равен

и п где ii,- ток нагрузки 4,

(5)

К 3 - коэффициент пропорциональности между током нагрузки 4 и напряжением на выходе датчика .13. Сигнал на выходе узла 7 деления

равен

К,и,

тг

1 ч тг 1

ц л

(6)

где К 4 - масштабный коэффициент узла

7 деления.

Коэффициенты К.,, Kj и К выбираются таким образом, чтобы выполнялось условие

55

K.KJ К 2К.

(7)

где Ut4t,;7 й плитуда опорного пилообразного сигнала.

3l/4f-,75A

Сигнал I ,, источника опорного напряжения выбирается таким образом, чтобы

и,, t,fU;,,

(8)

Подставляя (4), (6) и (8) в (1), а также учтя условие (7), получаем

TI -V- У л)- f и (чч

и и-M---:- - п-гati t Urn . (.у;

и

После проведения несложных математических преобразований получаем выражение для среднего значения напряжения на выходе силового ключа 2

и

) KfU ю on

(10)

Из выражения (10), видно что в предложенном стабилизаторе производится компенсация влияния запаздывания срабатывания ключевых элементов в силовой схеме и системе управления и наличия демпфируюга 1х КС-цепей, ограничивающих скорость нарастания напряжения .

Высокочастотные пульсации, связан ные с процессами переключений в силовом ключе 2, подавляются выходным LC-фильтром 3 и не проходят в нагрузку 4. Регулятор по отклонению, в который входит датчик 8 выходного на- пряжения, обеспечивает высокую точность стабилизации выходного напряжения в широком диапазоне изменения тока нагрузки и температуры; ; При широтно-импульсном способе ре гулирования напряжение U -г на выходу силового ключа связано с выходным напряжением и равенством

и а SU ,.

где S - коммутационная функхщя, принимающая значение S 1 в интервалах проводимости силового ключа и значение S О, когда ключ разомкнут. Среднее значение коммутационной функции определяется вьфажением

и.

где и т - напряжение управления;

и,п „- амплитудное значение опорного пилообра-зного сигнала.

Заплзлмиание сраблтыпания ключепыХ элементов в силовой схеме и системе управления и наличие демпфирую плх . RC-цепей, огра1ШчИнаю1Ш1х скорость на- растйния напряжения на силовом ключе, приводит к снижению точности регулирования. В результате влияния указанных факторов напряжение на выходе силового ключа определяется выражением

и ()U ,+4U,

где /jS - приращение коммутационной функтщи за счет запаздывания срабатывания ключевых элементов,

ли - приращение выходного напряжения преобразователя из-за наличия демпфирующих цецей.

Усредненное значение приращения коммутационной функции можно представить в виде

лС- ,,- f

ЛЬ с --- Л tut,

где /5t к - длительность .интервала рассасывания носителей зарядов в к ключевых элементах, Т - период повторения величина, обратная частоте преобразования f.

Усредненное значение приращения выходного напряжения может быть представлено в виде

1 fU о -:j-dti|fU, ---:;-,

где /3t W - длительность интервала спада напряжения на выходе СИЛОВОГО кл1-1па; Кп - коэффищ ент пропор11 5ональности;

i - ток нагрузки. С учетом указанных факторов среднее значение на выходе силового ключа имеет вид

Т UT fb , 1..

,.-1и-/ - Гк;г:| Форму л аи обретения

Стабилизатор .постоянного напряжения, содержащий ciinoRon ключ, входом подсоединенный к вхо..м выводам, а

выходом через LC-фнльтр - к выходным выводам и к входу датчика выходного напряжения, выход которого соединен с первым входом первого сумматора, второй вход которого подключен к источнику напряжения задания, выход первого сумматора соединен с первым входом первого узла деления, второй вход которого соединен с выходом датчика входного напряжения, входом соединенного с входом силового ключа, широтно-импульсный модулятор, выходом подключенный к управляющему йходу силового ключа , от личающий- с я тем, что, с целью повышения точности регулирования выходного напря

жения, в него введены датчик тока, второй узел деления, второй сумматор и источник опорного напряжения, причем датчик тока входом подключен к выходу LC-фильтра, а- выходом - к - первому входу второгб узла деления, второй вход которого соединен с выходом датчика входного напряжения, выход второго узла деления подключен к первому входу второго сумматора, второй вход которого подключен к выходу первого узла деления, а третий вход - к источнику опорного напряжения, выход второго сумматора соединен с входом широтно-импульсного модулятора.

Изобретение относится к вторич - ным источникам питания радиоаппаратуры. Целью изобретения является повышение точности регулирования выходно1ГО напряжения. Цель достигается за счет компенсации влияния запаэдыпа- ния срабатывания ключевых элементов и демпфирующих КС-цепей, ограничивающих скорость нарастания напряжения на силовом ключе. Это обеспечивается путем введения в систему управления датчика 13 тока, второго узла 7 деления, сумматора 11 и источника 12 опорного напряжения. В результате управляющий сигнал, формируемый путем деления сигнала регулятора по отклонению на сигнал, пропорциональный входному напряжению, суммируется с двумя компонентами, первая из которых пропорциональная входному напряжению и обратно пропорциональна току .нагрузки, а вторая является постоянным сигналом. 1 ил. to (Л