Способ непрерывно-импульсной стабилизации постоянного тока Советский патент 1989 года по МПК G05F1/56 H02M3/135 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам стабилизации постоянного тока, и может быть использовано в качестве стабилизированного источника постоянного тока и следящем электроприводе постоянного тока и вторичных источниках электропитания.

Целью изобретения является умены11е- ние уровня выходных пульсаций и ускорение установления заданного значения вы- .чодного тока.

На фиг. 1 приведены временные диаграммы, поясняющие сущность способа, непрерывно-импульсной стабилизации постоянного тока; на фиг. 2 - схема силовой части, реализующей предлагаемый способ; на фиг. 3 - блок управления, реализующий предлагаемый способ, пример выполнения.

Способ непрерывно-импульсной стабилизации постоянного тока осуществляют следующим образом.

Фор.мируют эталонный сигнал, пропорциональный входному задающему сигналу, определяющему уровень выходного постоянного тока, но меньший его по абсолют- р{ой величине. Под действие.м входного за- даю|дего сигнала в результате периодического подключения нагрузки к источнику питания через реактивный накапливающий элемент формируют две импульсные последовательности с и.мпульсами тока непрямоугольной формы.

При подключении входного задающего сигнала ток в нагрузке создается возрастающим участком тока первой импульсной последовательности, причем в качестве КОМУ нды начала переходного процесса используют сигнал первой производной возрастающего входного задающего сигнала, а в качестве сигнала переключения по окончании переходного процесса - сигнал равенства значений возрастающего тока нагрузки и задающего сигнала.

01

to

;о

со

В установившемся режиме периодического подключения нагрузки к источнику питания через реактивный накапливающий элемент в течение каждого полупериода на нагрузке суммируют возрастающие участки одной последовательности импульсов со спадающими участками другой. Сигналом окончания каждого периода переключения служит сигнал равенства значения спадающего тока одной из импульсных последовательностей эталонному сигналу.

В установившемся режиме периодического переключения нагрузки в течение каждого полупериода сравнивают ток нагрузки с входным задающим сигналом и сигналом, пропорциональным их разности, поочередно в каждой из импульсных последовательностей управляют формой участка возрастающего тока, например, путем изменения индуктивности управляемых дросселей.

Таким образом, предлагаемый способ основан на сочетании импульсного преобразования входного постоянного или выпрямленного напряжения в импульсы тока с постоянной равной двум скважностью с одновременным непрерывны.м изменсм1и- ем внутри каждого импульса скорости изменения тока, например, путем |)е- гулирования индуктивности реактивных у. 1ементов в функцн11 разности aajainuj- го значения выходного тока и суммы токов двух сформированных .импульсных последовательностей. Такое регулирование позволяет существенно снизить уровень пульсаций выходного тока.

Силовая часть устройства, реализующего способ непрерывно-импульсной стабилизации постоянного тока, содержит шесть ключевых элементов, например транзисторов 1-6, два управляемых дросселя 7 и 8, выходной вывод 9, три измерителя тока 10-12 и выводы для подключения источника питания.

Выходной вывод 9 соединен с первым выводом токовой обмотки измерителя 12 тока. Коллекторные выводы транзисторов 1,3 и 5 объединены и соединены с одним выводом для подключения источника питания. Эмиттерные выводы транзисторов 2,4 и 6 объединены и соединены с вторым выводом токовой обмотки третьего измерителя 12 тока. Эмиттер первого транзистора 1 соединен с коллектором второго транзистора 2 и первым выводом основной обмотки первого управляемого дросселя 7. Эмиттер пятого транзистора 5 соединен с коллектором шестого транзистора 6 и первым выводом основной обмотки второго управляемого дросселя 8. Эмиттер третьего транзистора 3 соединен с коллектором четвертого транзистора 4 и первыми выводами токовых обмоток первого и второго измерителей 10 и 11 тока. Второй вывод токовой обмотки измерителя 10 тока соединен с вторым выводом основной обмотки первого управляемого дросселя 7, а второй вывод токовой обмотки измерителя 11 тока - с вторым выводом основной обмотки второго управляемого дросселя 8.

Блок управления (фиг. 3) силовой частью устройства, реализующего способ непрерывно-импульсной стабилизации постоянного тока, содержит предварительный усилитель 13 постоянного тока, на вход которого поступает задающий сигнал, опре деляющий уровень стабилизации. Выход предварительного усилителя 13 постоянного тока подключен к входам операционных усилителей 14 и 15 постоянного тока с различными коэффициентами усиления. Выход

операционного усилителя 14 с больщим коэффициентом усиления подключен к входу дифференцирующего устройства 16, а также к первому входу сравнивающего блока 17, к второму входу которого подключен выход третьего измерителя 12 тока.

Выход операционного усилителя 15 с меньшим коэффициентом усиления подключен к первым входам первого и второго компараторов 18 и 19 напряжения. Выход первого измерителя 10 тока подключен к основ5 ному входу первого управляемого ключа 20, а также к первому входу логического элемента И 21. Выход второго измерителя 11 тока подключен к основному входу вто- )()Г() управ.ляемого ключа 22, а также к второму входу логического элемента И 21.

0 Выход первого управляемого ключа 20 подключен к второму входу первого компаратора 18 напряжения, а выход управляемого ключа 22 - к второму входу второго компаратора 19 напряжения. Выход сравнивающего блока 17 подключен к входу

5 первого ждущего мультивибратора 23, а также соединен с объединенными основными входами третьего и четвертого управляемых ключей 24 и 25. Выход, дифференцирующего устройства 16 соединен с входом

Q второго ждущего мультивибратора 26, выход которого подключен к первому прямому входу первого триггера 27. Вход второго компараторй 19 напряжения соединен с вторым инверсным входом первого триггера 27 и вторым прямым входом вто5 рого триггера 28. Выход первого компаратора 18 напряжения соединен с вторым прямым входом первого триггера 27 и первым инверсным входом второго триггера 28. Выход логического элемента И 21 соединен с управляющим входом пятого управ0 ляемого ключа 29. Инверсный выход первого триггера 27 соединен с управляющими входами первого и четвертого управляемых ключей 20 и 25, а инверсный выход второго триггера 28 - с управляющими входами вгорого и третьего управляемых ключей 22 и 24. Прямой вы.ход первого триггера 27 подключен к первичной обмотке первого трансформатора 30, а также соединен с основным в.ходом пято5

го управляемого ключа 29, а прямой выход BTopoio триггера 28к первично обмотке второго трансформатора 31. Выход третьего управляемого ключа 24 соединен с входом первого усилителя 32 мощности, а выход четвертого управляемого ключа 25 - с входом второго усилителя 33 мощности. Выход nepBOi o усилителя 32 мощности соединен с управляющим входом дросселя 7, а выход второго усилителя 33 мощности - с управляющим входом дросселя 8. Основной выход пятого управляемого ключа 29 подключен к первичной обмотке третьего трансформатора 34. Вторичные обмотки пер- вогч) траис(}1 )рмат()ра .30 подключен) к , 1Я) li(). l,;iM TJ)()B 1 1 4 С ЛИвой части, а вторичные обмотки второго трансформатора 31 - к управляю цим входам транзисторов 2,3 и 6 силовой части. Вторичная обмотка третьего трансформатора 34 подключена к управляющему входу транзистора 5 силовой части.

Устройство работает следующим образом.

При подаче входного задающего сигнала постоянного тока на вход предварительного усилителя 13 постоянного тока сигнал усиливается и с выхода усилителя 13 поступает на входы операционных усилителей 14 и 15 постоянного тока с различными коэффициентами усиления. Выходной сигнал усилителя 14 постоянного тока с больщим коэффициентом усиления, задающим уровень выходного тока нагрузки, поступает на вход дифференцирующего устройства 16 и первый вход сравнивающего устройства 17 - компаратора амплитуды. Выходной сигнал дифференцирующего устройства 16 запускает второй мультивибратор

26,выходной импульс которого поступает ia первый прямой вход первого триггера

27.Последний переключается, и выходной с его прямого выхода поступает на первичную обмотку трехобмоточного трансформатора 30 и главный вход пятого управляемого ключа 29. Сигналы с двух вторичных обмоток первого трансформатора 30 поступают на базы транзисторов и 4 относительно этих эмиттеров. Транзисторы 1 и 4 переходят во включенное состояние, 1 под действием напряжения источника питания через основную обмотку первого управляемого дросселя 7, токовые обмотки первого и третьего измерителей 10 и 12 тока выходной вывод 9 начинает протекать ток /,. Сигнал, пропорциональный току /,, с выхода первого измерителя 10 тока пос- на г.чавный первого управляемого ключа 20 и первый вход логического э. И 21. Ток нагрузки, равный току /,, постепенно увеличивается и, когда выходной сигнал третьего измерителя 12 тока, пропорциональный току нагрузки и оступаю ций на второй вход сравнивающего блока 17, станет в момент /,

равным выходному сигналу операционного усилителя 14 постоянного тока, произойдет срабатывание сравнивающего блока 17. Его выходной сигнал поступает на вход

первого ждущего мультивибратора 23, выходной импульс которого подается на первый прямой вход второго триггера 28 и первый инверсный вход первого триггера 27. Второй триггер 28 переключается, и В 1 ходной сигнал с его прямого выхода поступает на первичную обмотку второго трехобмоточного трансформатора 31 Сигнал с трех вторичных обмоток второго трансформатора 31 поступает на базы транзисторов 2,3 и 6 относительно их эмиттеров и вызывает их включение. Одновре- MiMuio () первого ) мультивибратора 23 поступает на первый инверсный вход первого триггера 27, ос- возвращается в исходное состояние и через первый трансформатор 30 отключает транзисторы 1 и 4. Под действием напряжения источника питания через включенные транзисторы 3 и 6, основную обмотку второго управляемого дросселя 8 и токовую обмотку второго измерителя 11 тока начинает протекать возрастающий ток /, а ток /,, проходящий уже через включенные транзисторы 2 и 3, начинает падать. Сигнал, пропорциональный току /j, с выхода второго измерителя II тока поступает на главный вход второго управляемого ключа 22 и второй

вход логического элемента И 21. На выходе логического элемента И 21 появляется сигнал, поступающий на управляющий вход пятого ключа 29, подготавливая его к прохождению сигнала с прямого выхода пер- во о триггера 27 на ) обмотку трет)СГо трансформатора 134. воз- ,ющий в момент в|)емен t инверсн)1Й вЬ)|ходпой сигнал пе()но() 27 ос- тупает на управляющие входы первого и четвертого ключей 20 и 25 и переводит их

во включенное состояние. Четвертый управляемый ключ 25 подключает выход сравнивающего блока 17, контролирующего ток нагрузки, к входу второго усилителя 33 мощности, подмагничивающего второй дроссель 8 и изменяющего его индуктивность

так, чтобы ток нагрузки оставался постоянНЬ М.

Первый управляемый ключ 20 подключает выход первого измерителя 10 тока, контролирующего ток /, первого дросселя 7. к входу компаратора 18 напряжения, на второй вход которого поступает сигнал с выхода операционного усилителя 15 постоянного тока с меньщим коэффициентом усиления, определяющим минимальное значение тока дросселей.

В момент /I равенства выходного сигнала первого измерителя 10 тока j первого дросселя 7 сигналу с выхода операционного усилителя 15 постоянного тока срабатывает

первый компаратор 18 и его выходной сигнал поступает на второй прямой вход первого триггера 27, а также на первый инверсный вход второго триггера 28. В результате сигнал с прямого выхода первого триггера 27 через первый трансформатор 30 включает транзисторы 1 и 4, а через открытый пятый ключ 29 и третий трансформатор 34 - транзистор 5. Одновременно прекращается сигнал на инверсном выходе первого триггера 27, что приводит к выключению первого и четвертого к.чючен 20 и 25, и возникает сигнал на инверсном выходе второго триггера 28, что приводит к включению второго и третьего управляемых ключей 22 и 24. В результате через включенный третий управляемый ключ 24 начинается процесс управления постоянным током в нагрузке путе.м подмагничивания первого дросселя 7 через первый усилитель 32 мощности, а через включенный второй управляемый ключ 22 во втором компараторе 19 сравнивается сигнал с второго измерителя 11 тока с выходным сигналом операционного усилителя 15 постоянного тока с меньшим коэффициентом усиления, определяющим минимальное значение тока дросселей.

В момент времени t-j срабатывает второй компаратор 19 и его выходной сигнал поступает на второй прямой вход второго триггера 28, а также на второй инверснь1Й вход первого триггера 27. В результате переключения первого и второго триггеров 27 и 28, наличия на входах логического элемента И 21 сигналов с первого и второго измерителей 10 и II тока и включения пятого управляемого ключа 29 транзисторы 1,4 и 5 отклю чаются, а транзисторы 2,3 и 6 включаются. Одновременно прекращается сигнал на инверсном выходе второго триггера 28, что приводит к выключению второго и третьего ключей 22 и 24, и возникает сигнал на инверсном выходе первого триггера 27, что при- во.чиг к вк, 1ючению первого и четвертого управляемых ключей 20 и 25. В результате через включенный четвертый управ- ляем1 1Й ключ 25 начинается процесс управ- .1ения постоянным током в нагрузке путем подмаг ничнвания второго дросселя 8 через второй силитель 33 мощности, а через включенный первый упрааляемый ключ 20 в первом компараторе 18 сравнивается сигнал с ::ервого измерителя 10 тока с выходпы ; сиг нало.м операционного усилителя 15 постоянного тока, с меньшим коэффициентом усиления, определяющим минимальное значение тока дросселей. В момент времени /i срабатывает первый компаратор 18, его выходной сигнал переключает первый и второй триггеры 27 и 28 в

состояние, обратное моменту времени /г. включаются транзисторы 1,4 и 5, отключаются транзисторы 2,3 и б, отключаются первый и четвертый управляемые ключи

с- 20 и 25, включаются управляемые ключи 22 и 24. Начинается процесс управления током нагрузки путем подмагничивания первого дросселя 7 через первый усилитель 32 мощности и сравнивание во втором компараторе 19 уменьшающегося сигнала с вто0 рого измерителя II тока с выходным сигналом операционного усилителя 15 постоянного тока. В момент t срабатывает второй компаратор 19, переключаются первый и второй триггеры 27 и 28 и далее процессы в

5 схеме повторяются.

Формула изобретения

1.Способ непрерывно-импульсной стабилизации постоянного тока, заключаю0 щийся в том, что формируют две противофазные последовательности токовых импульсов с чередующимися интервалами увеличения и уменьщения тока, которые суммируют, формируют корректирующий

5 сигнал, пропорциональный разности задающего сигнала и полученной суммы, отличающийся тем, что, с целью уменьшения уровня выходных пульсаций, скважность каждой последовательности токовых импульсов постоянно поддерживают равной

0 двум, формируют эталонный сигнал, пропорциональный задающему сигналу, но меньший по абсолютному значению, сравииваКэт текущий сигнал, пропорциональный току каждой импульсной последовательности на интервале его уменьшения, с эталонным

5 сигналом и в момент их равенства начинают формировать интервал увеличения тока в этой последовательности, причем поочередно на интервалах увеличения тока в каждой из последовательностей токовых

„ импульсов непрерывно и пропорционально корректирующему сигналу изменяют скорость увеличения тока соответствующей токовой последовательности.

2.Способ по п. 1, отличающийся тем, что, с целью ускорения установления за5 данного значения выходного тока, дифференцируют задающий сигнал и в момент отличия полученной производной от нуля начинают формирование интервала увеличения тока первой последовательности токовых импульсов, а в момент равенства

0 сигнала, пропорционального текущему значению тока первой последовательности токовых импульсов, задающему сигналу начн- нают формирование интервала увеличения тока второй последовательности токовых импульсов.

- fiflKc г

Изобретение относится к источникам вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры. Целью изобретения является уменьшение пульсаций выходного тока. Входное напряжение преобразуется в две противоположные последовательности чередующихся импульсов тока с интервалами его увеличения и уменьшения. Выходной ток, равный сумме токов обоих последовательностей импульсов тока, измеряют и на каждом интервале непрерывно сравнивают с задающим напряжением. Полученный сигнал сравнения используют для регулирования скорости увеличения тока нарастающего участка тока соответствующей последовательности импульсов тока, например, путем изменения сопротивления реактивного элемента (дросселя). 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Фиг.1

fpui.

иг.5