Импульсный стабилизатор постоянного напряжения Советский патент 1990 года по МПК G05F1/56 

вания. Фазовращатель 8 обладает той особенностью, что создает поворот фазы на 180° только для высокочастотных составляющих переменного напряжения, поступающего со средней точки первого резистивного делителя. Этим и достигается их отсутствие на входе усилителя 6 рассогласования. Колебания же уровня постоянной составляющей напряжения на нагрузке передаются фазовращателем 8 усилителю 6 рассогласования без поворота фазы. Использование переменных резисторов 14 и 15 в схеме фазовращателя 8 позволяет регулировать фазу и величину его выходного напряжения. 3 з.п. ф-лы. 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в усройствах электропитания радиоэлектронных приборов и устройств автоматики. Цель изобретения является повышение устойчивости работы, улучшение точности и массогабариных характеристик. Поставленная цель достигается за счет усранения проникновения переменной составляющей с частотой квантования на вход широтно-импульсного модулятора в цепи обратной связи по возмущению путем введения фазовращателя между первым резистивным делителем на резисторах, шунтирующим нагрузку, и усилителем рассогласования, работающим на широтно-импульсный модулятор. Фазовращатель зашунтирован вторым резистивным делителем на резисторах, со средней точки которого подается напряжение на вход усилителя рассогласования. 2 з.п.ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к стабилизаторам напряжения.

Целью изобретения является повышение устойчивости работы, улучшение точностных и массогабаритных характеристик путем компенсации переменной составляющей выходного напряжения в цепи обратной связи по возмущению.

На фиг. 1 представлена схема импульсного стабилизатора постоянного напряжения с силовой частью устройства, когда регулирующий элемент включен последовательно с нагрузкой и сглаживающим фильтром; на фиг. 2 - то же, с регулируемым фазовращателем и разделительным конденсатором в плече резистивного делителя напряжения, включенного между входом и выходом фазовращателя.

Стабилизатор (фиг. 1) содержит силовую цепь 1, включенную между входными и выходными выводами, и состоящую из последовательно соединенных регулируемого элемента 2 и сглаживающего фильtpa 3, и цепь 4 обратной связи по возмущению.

Цепь 4 включает широтно-импульс- ный модулятор 5, выходом подключенный к управляющему входу регулирующего элемента 2, а вхо дом - к выходу дифференциального усилителя 6 рассогласования, первый вход которого подключен к источнику 7 эталонного напряжения. Между входом и выходом фазовращателя 8 включен рези- стивный делитель напряжения. На резисторах 9 и 10 средняя точка соединена с вторым входом усилителя б рассогласования. Вход фазовращателя 8 подключен к средней точке резистивного делителя напряжения на резисторах 11 и 12, соединенного с выходными выводами.

Фазовращатель 8 может быть выполнен на основе дифференциального усилителя 13, между инвертирующим входом и выходом которого включен резистор 14. Выход дифференциального усилителя 13 является выходом фазовращателя 8. Общая точка резисторов 15 и 16, соединенных свободными выводами соответственно с неинвертирующим и инвертирующим входами усилителя 13, является входом фазовращателя 8. Конденсатор 17 включен между неинвертирующим входом усилителя 13 и общей шиной.

Для регулирования выходного напряжения стабилизатора резистивный делитель выходного напряжения может быть выполнен регулируемым, для чего между резисторами 11 и 12 включают переменный резистор 18

(фиг. 2).

При использовании переменных резисторов 14 и 15 в схеме фазовращателя 8 (фиг. 2) становится возможным регулирование фазы и величины его выходного напряжения.

Для обеспечения потенциальной развязки выхода фазовращателя 8 и входа усилителя 6 рассогласования в плечо резистивного делителя напряжения, образованного резистором 10, включают разделительный конденсатор 19 (фиг. 2).

Устройство работает следующим образом.

В установившемся режиме работы с делителя на резисторах 11 и 12 через резисторы 15 и 16 на оба входа усилителя 13 поступает композиция из постоянной составляющей напряжения, пропорциональной общему ее уровню на нагрузке,

подключенной к выходным выводам, и переменной составляющей, также пропорциональной общему ее значению на нагрузке. Благодаря наличию отрицательной обрат- нойсвязи по напряжению через резистор 14

между выходом усилителя 13 и его инвертирующим входом, а также связи неинвертирующего входа через конденсатор 17 с общей шиной, элементы фазовращателя 8 образуют фазовращатель с единичным коэффициентом усиления, что можно доказать следующим образом.

Обозначают высокочастотное переменное напряжение пульсаций, имеющее угловую частоту со , снимаемое с резистора 12,

как UBX(| oJ), а это же напряжение на неинвертирующем входе усилителя 13 как U+0W)- Пусть также величины резисторов 14 и 16

одинаковы и равны 2R, величина резистора 15 составляет R, а величина конденсатора 17 равна С. Величина напряжения ) связана с напряжением UBx(j (о) соотношением

U

+

(|u) UBx()r Uex()

UBX(JUJ) 1

tt/C

R + -JL

(о С

Можно предположить, что усилитель 13 возбуждается двумя независимыми напряжениями UBX() и U+ ft(0). Методом суперпозиции можно найти, что выходное напряжение усилителя 13 равно

Увых (ju)-UBx G У) + 2U + 0 ы).

Это следует из того факта независимого рассмотрения действия входов идеального усилителя, что входное напряжение с резистора 12 целиком приложено к резистору 16, что вызывает появление эквивалентного входного тока UBX О У)/2Р. Этот ток компенсируется поступающим на вход усилителя

13через резистор 14 обратной связи током, равным -ивых (JGO/2R

UBX О У) .x 0 a)/2R и

Квых 0 W)-UBx(j U),

образуется первая составляющая выходного напряжения.

Вторая составляющая выходного напряжения, связанная с наличием на неинвертирующем входе источника сигнала U+(jw), вследствие нулевого дифференциального входного напряжения идеального усилителя передается также на инвертирующий вход, а поскольку входной ток идеального усилителя равен нулю, то делитель напряжения обратной связи на резисторах

14и 16 не нагружен и

|1+, S2R+2R+, ч

i i -ty, ,.л 2u+(j о) .

2R

УвыхО У) U Q СО)

Таким образом, принцип суперпозиции дает общую результирующую величину

ивых0 о) Ux (j о) + 2U+(j (о)

UBX°w)(juj)x

x1-ju CR 1 +jwCR

Модуль коэффициента передачи фазовращателя равен

Н (J (О)

IW О (О)

Uier ОЙ)

1 -JuJCR

1 -JwCR

Он не зависит от частоты и величины резистора 15, в то время как его фаза

arglHfl w)l -2arctg при подстройке резистора 15 изменяется в

5 диапазоне 0 - 180°. Зависимость фазы не только от величины R резистора 15, но и угловой частоты ш поступающего сигнала показывает, что на низких частотах сигнал передается без инверсии (с нулевым сдви10 гом по фазе). Это замечание касается посто- янной составляющей выходного напряжения стабилизатора, поступающей на вход фазовращателя, На высоких частотах (частотах квантования) наблюдается из15 менение полярности сигнала (сдвиг по фазе на-180°).

Величина емкости конденсатора 19 (фиг. 2) выбирается так, что на частоте кван20 тования ее сопротивление можно считать весьма малым, не создающим ни значительного дополнительного фазового сдвига переменной составляющей, ни значительного ее падения напряжения. Наличие конденса25 тора 19 в цепи передачи напряжения пульсаций на второй вход усилителя 6 рассогласования обеспечивает потенциальную развязку выхода фазовращателя 8 и этого входа усилителя 6.

30 Одновременная подача на один и тот же вход усилителя 6 прямого (через резистор 3) и инвертированного (через конденсатор IS) и резистор 10 сигналов, а также подбор с помощью резистора 14 равенства по абсо35 лютному значению уровней напряжений, пульсаций, позволяет ликвидировать воздействие высокочастотной пульсации на второй вход усилителя 6 рассогласования и далее на модулятор 5. Следовательно, имея

40 делитель на резисторах 9 и 10 и осуществив соединение его среднем точки через резистор 9 с входом дифференциального усилителя 6 рассогласования с одновременной подачей на этот же вход сигнала с выхода

45 фазовращателя 8 через разделительный конденсатор 19 и резистор 10, можно получить компенсацию переменной высокочастотной составляющей напряжения типа пульсаций, поступающей с выхода

50 стабилизатора на вход усилителя 6, и неизменность фазы медленных изменений вы- ходного напряжения стабилизатора типа дрейфа и нестабильности постоянной составляющей напряжения на нагрузке.

55

При этом обеспечивается желаемая точность компенсации за счет использования переменных резисторов 14 и 15 и потенциальная развязка схемы фазовращателя S от входа блока управления регулирующим элементом 2 стабилизатора, который может быть высркопотенцизльным по отношению к общей шине (фиг. 2).

Изменение постоянной составляющей напряжения на нагрузке при воздействии какого-либо возмущающего фактора (изменение уровня напряжения первичного источника питания, тока в цепи нагрузки и т.п.) приводит к изменениям постоянных составляющих напряжений: на средней точке первого резистивного делителя (резисторы 11 и 12) на входе фазовращателя 8, на втором входе дифференциального усилителя 6 рас-- согласования.

Изменение напряжения на этом входе усилителя 6 обеспечивается только за счет действия цепи передачи через резистор 9, а передача изменений с выхода фазовращателя 8 блокируется конденсатором 19.

Появившееся приращение входного сигнала усилителя б рассогласования усиливается и приводит к изменениям уровня напряжения на входе широтно-импульсного модулятора 5. Результатом этого является изменение ширины импульсов на выходе модулятора 5. Последние, поступая на вход регулирующего элемента 2, приводят к изменению уровня электрической энергии, передаваемой регулирующим элементом 2 в нагрузку.

Указанные изменения за счет использования отрицательной обратной связи направлены на компенсацию возмущающих воздействий и установление 1 с заданной точностью требуемого выходного напряжения.

Отсутствие переменной составляющей на входе широтно-импульсного модулятора 5 из-за введения в схему фазовращателя 8 и его действия существенно повышает линейность модулятора 5 и приводят к повышению устойчивости работы стабилизатора в целом.

Таким образом, предлагаемый стабилизатор обеспечивает расширение области устойчивой работы, возможность уменьшения индуктивности дросселя и емкости конденсатора силового сглаживающего фильтра,, их объема и массы, возможность потенциальной развязки между выходом фазовращателя и входом блока управления регулирующим элементом стабилизатора.

Формула изобретения

0 входу регулирующего элемента, вход - к выходу дифференциального усилителя рассогласования, первый вход которого подключен к источнику эталонного напряжения, а первый резистивный делитель на5 пряжения подключен к выходным выводам, отличающийся тем, что, с целью повышения устойчивости в работе, улучшения точностных и массогабаритных характеристик путем компенсации переменной

0 составляющей выходного напряжения в цепи обратной связи по возмущению, в него введены фазовращатель с единичным коэффициентом усиления и фазовым сдвигом входного сигнала на частоте квантования на

5 180° и второй резистивный делитель напряжения, который включен между входом и выходной цепью фазовращателя, средняя точка второго резистивного делителя напряжения подключена к вто0 рому входу дифференциального усилителя рассогласования, а вход фазовращателя подключен к средней точке первого резистивного делителя напряжения.

на основе дифференциального усилителя, между инвертирующим входом и выходом которого включен первый резистор, выход дифференциального усилителя использо0 ван в качестве выхода фазовращателя, соединенного с его выходной цепью, а общая точка второго и третьего резисторов, соединенных свободными выводами соответственно с инвертирующим и неинверти5 рующим входами дифференциального усилителя, использована в качестве входа фазовращателя, кроме того, между неинвертирующим входом дифференциального усилителя и общей шиной включен конден0 сатор.

5 величины выходного напряжения фазовращателя, первый и третий резисторы фазовращателя переменные.

Фиг.2