Импульсный преобразователь напряжения Советский патент 1991 года по МПК G05F1/56 

Изобретение относится к электротехнике, более конкретно к преобразовательной технике, и может быть использовано при построении стабилизированных импульсных преобразователей с постоянным и переменным выходным напряжением (конверторов и инверторов), управление которыми осуществляется по принципу ши- ротно-импульсной модуляции. Такие преобразователи широко применяются для питания различной электро- и радиоаппаратуры.

Цель изобретения - повышение динамической стабильности выходного напряжения при возмущениях со стороны входного напряжения.

На фиг.1 дана функциональная схема импульсного преобразователя напряжения; на фиг.2 приведены временные диаграммы, поясняющие его работу.

Импульсный преобразователь напряжения содержит последовательно включенные силовой коммутатор 1 и сглаживающий фильтр, включающий дроссель 2 и конденN

х| Оч О

о

сатор 3, подключенный к выводам для подсоединения нагрузки 4, генератор тактовых импульсов (ГТИ) 5, аналоговый делитель 6, интегратор 7 с входом обнуления, генератор пилообразного напряжения (ГПН) 8, два пороговых элемента (ПЭ) 9 и 10, логический элемент 2И 11, аналоговый сумматор 12 и источник 13 управляющего напряжения. В устройство входит также согласующий блок 14. Алгоритм работы каждого определяется конкретным исполнением силового коммутатора 1.

ГТИ формирует короткие импульсы 11Т с постоянным периодом Т (см. фиг,2а). Его выход подключен к установочному входу интегратора 7 и к синхронизирующему входу ГПН 8. Выход источника 13 управляющего напряжения Uy подключен к одному из входов аналогового делителя 6 и к одному из входов первого ПЭ 9. Второй вход аналогового делителя 6 подключен к входному выводу (напряжение Un). К второму входу первого ПЭ 9 подключен выход интег ратора 7, вход которого подключен к выходу силового коммутатора 1. Выход аналогового делителя 6 подключен к инверсному входу аналогового сумматора 12, к неинверсному входу которого подключен источник постоянного напряжения Е, величина которого пропорциональна периоду коммутации силового коммутатора 1. Выходы аналогового сумматора 12 и ГПН 8 подключены к входам второго ПЭ 10. Выходы первого 10 и второго 9 ПЭ подключены к входам элемента 2И 11, Выход элемента 2И подключен через согласующий блок 14 к управляющему входу силового коммутатора 1.

Импульсный преобразователь напряжения работает следующим образом.

В начале каждого такта ГТИ 5 устанавливает нулевое значение напряжения на выходе интегратора 7 (Un 0) и запускает ГПН 8 (см. фиг,2б, г).

На выходе аналогового делителя 6 в каждый момент времени действует напряжение

и - и.

US Un 2 а на выходе аналогового сумматора 12 - напряжение

.

Если Е j-, то

(D

т у . т т п un

о ПГ ТЫ W

2 Un

Un

На выходе ГПН 8 формируется напряжение

ил k (3)

где t - время, отсчитываемое от начала каждого такта;

k - постоянный коэффициент, k 1.

При U Uc на выходе второго ПЭ 10 сигнал Uio 0, при Uj UcUio 1. Моменту соответствует момент . Длительность интервала п (см. фиг.2в) определяется из выражений (2) и (3):

«-Ji -ftrM1- м

Лоскольку в течение интервала ъ Uio

0, то на выходе элемента 2И 11 Un О,

Этому значению Un соответствует такое

состояние ключей силового коммутатора,

при котором Ui 0.

При Ui 0 на выходе интегратора UM 0 втечениет-i, при ии Uy сигнал на выходе первого ПЭ 9 Ug 1.

После появления сигнала Uio 1 в мо- мент на выходе элемента 2 И 11 Un 1, силовой коммутатор 1 переключается в положение, соответствующее Ui Кт Un, где Кт- коэффициент передачи напряжения, на- пример коэффициент трансформации трансформатора, входящего в структуру силового коммутатора 1. При дальнейшем рассмотрении принимают Кт 1.

На выходе интегратора 7 формируется напряжение .

Un(t) / Ui(t)dt.(5)

1 ц где Тп - постоянная интегрирования.

Когда это напряжение достигает значе- ния Uy, на выходе первого ПЭ 9 получают Ug 0, при этом Un 0, силовой коммутатор переключается в состояние, соответствующее Ui 0. Импульс напряжения длительностью Т2 на выходе силового коммутатора 1 сформирован.

Поскольку среднее значение напряжения Ui равно

1 2

Ui

Т

/ Ui(t)dt,

ti

(6)

1

t

т /Ui(t).dt,

ln п

(7)

а также Un(t2) Uy, из выражений (6) и (7)

получают

Ui

Тп

Uy,

(8)

т - У

т.е. среднее за такт значение напряжения Ui, как и в прототипе, не зависит огнапря- жения питания Un и определяется значением сигнала управления Uy. В статическом режиме обеспечивается полная инвариантность выходного напряжения преобразователя к напряжению питания, что характерно

для астатических систем, создающих в контуре обратной связи интегрирующее звено. В данном случае осуществляется обратная связь по выходному напряжению силового коммутатора. При необходимости может быть введена общая обратная связь по выходному напряжению преобразователя, для чего напряжение управления Uy следует делать функцией отклонения напряжения UH от заданного значения.

Однако динамическая точность за счет коррекции положения переднего фронта импульса напряжения Ui в предлагаемом устройстве значительно выше, чем у прототипа.

Пример. Принимают Тп Т, тогда Ui Uy. Если в течение интервала TI Un const, то из выражений (6), (7) имеют

Т2 (9)

Un или при Ui UH Uy,

(Ю)

г т UH T2 T ттUn

Тогда из соотношений (10) и (4) при Un 30 В, UH 20 В, L Гн, т 0,167х ,,66 10 с.

Ток в течение интервала л изменяется со скоростью

( dii UHnn

dt L 111J

Приращение тока в течение Л равно

(

dlL

d t

TV

(12)

Из выражений (11) и (12) Д 0,33 А.

Приращение тока в течение TI Д it2 0,66 А. Поскольку гз 0,167 п,то приращение тока IL за интервал гз также равно 0,33 А.

Поскольку импульс напряжения Ui находится в середине такта (л тз) и приращение тока IL в течение л и тз равны, в установившемся режиме значения тока IL в тактовые моменты времени равны среднему значению тока дросселя, т.е. току нагрузки {см. фиг.2з). После скачка напряжения питания до Un 40, В из тех же соотношений получают п 0,25 с, TI 0,5 с, тз 0,25 КГ4 с, |А1ц1 I ДЫ 0.5 А,

Д it2 1 А. При этом среднее значение тока IL на периоде не изменилось, т,е. скачок напряжения Un не сопровождается, как в прототипе, заметными переходными про- цессами, где скачок входного напряжения приводит к изменению постоянной составляющей тока индуктивности дросселя 2, т.е. к возникновению переходного процесса,

Формула изобретения

Импульсный преобразователь напряжения, содержащий последовательно включенные между входным и выходным выводами силовой коммутатор и сглаживающий фильтр, 1енератор тактовых импульсов, интегратор, вход которого подключен к выходу силового коммутатора, и первый пороговый элемент, один вход которого подключен к выходу интегратора, а другой

подсоединен к выходу источника управляющего напряжения, отличающийся тем, что, с целью повышения динамической стабильности выходного напряжения при возмущениях входного напряжения, в него

введены генератор пилообразного напряжения, синхронизирующий вход которого подключен к выходу генератора тактовых импульсов, аналоговый делитель напряжения, один вход которого подключен к выходу

источника управляющего напряжения, з другой соединен с входным выводом, двух- входовой аналоговый сумматор, инвертирующий вход которого подключен к выходу аналогового делителя напряжения, а неинвертирующий подсоединен к выходу введенного источника постоянного напряжения, величина которого пропорциональна периоду коммутации силовою коммутатора, второй пороговый элемент, входы

которого подключены к выходам двухвходо- вого аналогового сумматора и генератора пилообразного напряжения, и логический элемент 2И, входы которого подключены к выходам первого и второго пороговых элементов, а выход --epes согласующий блок подключен к управляющему входу силового коммутатора, а интегратор снабжен входом обнуления, подключенным к выходу генератора тактовых импульсов.

rvvV . . .

V4Ki

Фиг. I

Изобретение относится к источникам вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры. Цель изобретения - повышение динамической стабильности выходного напряжения при возмущениях входного напряжения. Импульсы, поступающие на управляющий вход силового коммутатора 1, формируются по принципу постоянства на периоде коммутации вольт- секундного интеграла напряжения, присутствующего на входе выходного фильтра. В установившемся режиме частота следования управляющих импульсов, формируемых на выходе элемента 2И 11, постоянна и определяется частотой генератора 5 тактовых импульсов. При этом момент формирования управляющего импульса задержан относительно импульсов генератора 5 на величину, обратно пропорциональную значению входного напряжения. Это достигается сравнением пилообразного напряжения генератора 8 с напряжением аналогового сумматора 12, обратно пропорционального входному напряжению, и формированием в момент их равенства на выходе второго порогового элемента 10 сигнала, включающего силовой коммутатор 1. При резком увеличении входного напряжения длительность импульса задержки увеличивается, что препятствует изменению постоянной составляющей тока дросселя 2 выходного фильтра, т.е. улучшает динамическую стабильность выходного напряжения. 2 ил.