Импульсный преобразователь напряжения Советский патент 1992 года по МПК G05F1/56 

оо

СП

00

со

Использование: в источниках вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры Сущность изобретения : выходное напряжение ключевого регулятора 1 сравнивается узлом сравнения 5 с опорным напряжением и полученный сигнал ошибки преобразуется n-разрядным аналого-цифровым преобразователем 6 в двоичный код. Сигнал каждого разряда аналого-цифрового преобразователя 6 фильтруется собственным фильтром низкой частоты 7 и подается На вход сумматора 8. Полученный сигнал сравнивается на входе компаратора 1 с сигналом цифроана- логового преобразователя 15. В результате сравнения формируется последовательность управляющих импульсов для ключевого регулятора 1. 2 ил. « (Л

-3

Изобретение относится к электротехнике и, в частности , может быть использовано при регулировании или стабилизации напряжения на нагрузке.

Известно цифровое устройство для управления тиристорным преобразователем, содержащее аналого-цифровой преобразователь, сумматор, схему сравнения, генератор тактовых импульсов и счетчик импульсов Л

Недостатком такого устройства пкляется снижение быстродействия преобразователя при подавлении пульсаций сигнала обратной связи , вызываемое задержкой сигнала управления тиристорным блоком преобразователя, связанной со значительным временем выделения постоянной составляющей напряжения на нагрузке преобразователя.

Наиболее близким к предлагаемому является преобразователь мощности с квантованием коэффициента заполнения, содержащий ключевой регулятор постоянного тока, включенный между источником питания и нагрузкой, схему сравнения, на неинвертирующий вход которой подается управляющее напряжение, а инвертирующий вход которой подключен к выходу нагрузки, n-разрядный аналого-цифровой преобразователь, вход которого подключен к выходу схемы сравнения, генератор тактовых импульсов, счетчик импульсов, вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, сумматор и компаратор, первый вход которого соединен с выходом суммато- ра 2.

Недостатком данного преобразователя является отсутствие возможности подавления пульсаций сигнала ошибки преобразователя без соответствующего снижения быстродействия преобразователя по отработке изменений опорного сигнала, обусловленное линейностью частотных характеристик цепей управления преобразователя по отношению к амплитуде сигнала

ошибки. i

Целью изобретения является повышение быстродействия и качества переходных процессов преобразователя при отработке изменений опорного сигнала и увеличение стабильности выходного напряжения преобразователя за счет подавления пульсаций сигнала ошибки„

358314

Указанная цель достигается тем, что в преобразователь, содержащий ключевой регулятор постоянного тока, включенный между источником питания и нагрузкой, схему сравнения, на неинвертирующий вход которой подается опорный сигнал, а инвертирующий вход которой подключен к выходу на|-

IQ рузки, n-разрядный аналого-цифровой преобразователь, вход которого подключен к выходу схемы сравнения, генератор тактовых импульсов, счетчик импульсов, вход которого соединен

.с с выходом генератора тактовых импульсов, сумматор и компаратор, первый вход которого соединен с выходом сумматора, введены п фильтров нижних частот с различными частотами среза

20 и цифроаналоговый преобразователь, причем фильтры высокой частоты включены между выходами аналого-цифрового преобразователя и входами сумматора, вход цифроаналогового преобразо25 вателя соединен с выходом счетчика импульсов, а выход - с вторым входом компаратора, выход которого соединен с управляющим входом ключевого регулятора постоянного тока,

На фиг.1 представлена блок-схема преобразователя; на фиг.2 - диаграммы его работы.

Преобразователь содержит ключевой регулятор 1 постоянного тока, в сое-.

j тав которого входят ключ 2 и усилитель 3 постоянного тока, причем вход усилителя 3 постоянного тока является управляющим входом ключевого регулятора 1, выход усилителя 3 посто4j янного тока соединен с управляющим входом ключа 2, на вход которого подается напряжение источника питания ип, а выход подключен к нагрузке преобразователя А, схему 5 сравд« нения, на неинвертирующий вход которой подается опорное напряжение U0n а инвертирующий вход соединен с выходом нагрузки k, n-разрядный аналого-цифровой преобразователь 6, вход

эд которого соединен с выходом узла 5 сравнения, п фильтров 7 нижних частот, представляющих собой КС-цепочки с частотами среза Юс;, пропорциональными весам 2, i Д,1,.,,,п-1 разрядов аналого-цифрового преобразователя 6, входы которых соединены с соответствующими выходами знало-1 го-цифрового преобразователя 6, сумматор 8, имеющий в своем составе

30

51735831

операционный усилитель 9 п входных

резисторов 10 и резистор 11 обратной связи, причем чувствительности входов сумматора 8 пропорциональны весам соответствующих разрядов аналого цифрового преобразователя 6, для чего величины сопротивлений входных резисторов 10 .выбираются из соотношения R{ R/21, i « 0,1,...,п-1, где R - сопротивление резистора 11 обратной связи, причем входные резисторы 10 включены между выходами фильтров 7 сигналов соответствующих разрядов аналого-цифрового преобразователя 6 и входом операционного усилителя 9, а резистор 11 обратной связи - между входом и выходом операционного усилителя 9, выход которого является выходом сумматора 8, компаратор 12, первый вход которого соединен с выходом сумматора 8, а выход - с управляющим входом ключевого регулятора 1 постоянного тока, генератор 13 тактовых импульсов, счетчик 14 импульсов, вход которого соединен с выходом генератора 13 тактовых импульсов, цифроаналоговый преобразователь 15, вход которого соединен с выходом счетчика 14 импульсов, а выход - с вторым входом компаратора 12

Преобразователь работает следующим образом

Ключевой регулятор 1 постоянного тока осуществляет широтно-импульсную модуляцию напряжения источника питания Uj,. Широтно-модулированное напряжение с выхода ключевого регулятора 1 подается на вход нагрузки 4 Напряжение, снимаемое с выхода нагрузки 4, сравнивается в схеме 5 сравнения с опорным напряжением преобразователя иб. Получаемый на выходе схемы 5 сравнения сигнал ошибки U0 преобразуется в аналого-цифровом преобразователе 6 в группу ступенчатых единичных сигналов Ц VJ в соответствии с соотношением

U,

2 ЦЙ21 /и

ОЦ 7

опорное напряжение аналого- цифрового преобразова- - теля 6; веса разрядов;

«

п-1

- номера разрядов.

0

5

0

5

0

Выходные сигналы разрядов аналого- цифрового преобразователя 6 U;{VJ подаются на входы фильтров 7. Выходные сигналы фильтров 7 поступают на входы сумматора 8, сигнал с выхода сумматора 8 ис подается на первый вход компаратора 12.

Генератор 13 тактовых импульсов вырабатывает последовательность импульсов с периодом следования Ти (фиг о 2), поступающих на вход счетчика 14 импульсов. Код с выхода счетчика 14 подается на вход цифроаналого- вого преобразователя 15, с выхода которого снимается ступенчатое напряжение 11ц, сравниваемое в компараторе 12с выходным напряжением сумматора 8.

От момента начала периода Т широт- но-импульсой модуляции, определяемого временем переполнения счетчика 14 импульсов Т - TuNfr, где Nc - коэффициент пересчета счетчика 14 импульсов, до момента сравнения сигналов 11ц и Uc с выхода компаратора 12 снимается напряжение Uk, подаваемое на вход усилителя 3 пост оянного тока, входящего в состав регулятора 1 и формирующего ток, обеспечивающий от- пирание ключа 2, при этом к нагрузке приложено напряжение ил.

В момент Ј сравнения напряжений

5

0

Uц и Uc происходит изменение выходного напряжения компаратора 12, приводящее к уменьшению выходного тока усилителя 3 постоянного тока до величины, обеспечивающей запирание ключа 2, при этом нагрузка отключается от источника питания до окончания периода широтно-импульсной модуляции, т.е. до момента переполнения счетчика 14 импульсов.

В установившемся режиме работы сигнал ошибки преобразователя мал и его обработка осуществляется в 5 фильтрах сигналов младших разрядов аналого-цифрового преобразователя 6,

имеющих низкие частоты среза. Таким образом, в установившемся режиме работы обеспечивается подавление пульсаций сигнала ошибки преобразователяд вызываемых колебаниями нагрузки, пульсациями напряжения источника питания и т.д., которые являются настолько высокочастотными, что не могут быть отработаны замкнутой системой, i и устранение которых из сигнала ошибки повышает качество выходного напряжения преобразователя.

0

1

В то же время существенные изменения величины опорного напряжения преобразователя Uohобрабатываются как в фильтрах младших, так и в фильтрах старших разрядов аналого- цифрового преобразователя 6, имеющих высокие частоты среза. Таким образом, значительная часть сигнала ошибки большой амплитуды практически без задержки передается на вход сумматора, что приводит к повышению быстродействия преобразователя по отработке изменений опорного сигнала

Кроме того, малая дискретность нелинейных частотных характеристик цепи обработки сигнала ошибки преобразователя по его амплитуде,-равная весу младшего разряда аналого- цифрового преобразователя 6, позволяет избежать дополнительных переходных процессов в преобразователе, вызываемых коммутациями в контуре управления. Таким образом достигается повышение качества переходных процессов в преобразователе.

Формула изобретения

Импульсный преобразователь напряжения, содержащий ключевой регулятор постоянного тока, включенный между входными и выходными выводами, узел

8

5

5

0

сравнения, неинвертирующий вход кото-- рого соединен с выводами Для подключения источника опорного напряжения, а инвертирующий вход подключен к выходным выводам, n-разрядный аналого- цифровой преобразователь, вход которого подключен к выходу узла сравнения, генератор тактовых импульсов, счетчик импульсов, вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, сумматор и компаратор первый вход которого соединен с вы ходом сумматора, отличающий- с я тем, что, с целью повышения быстродействия переходных процессов при отработке изменений опорного напряжения и увеличения стабильности выходного напряжения за счет подавления пульсаций сигнала ошибки, в него введены п фильтров низких частот с различными частотами среза и цифроаналоговый преобразователь, причем фильтры низкой частоты включены соответственно между выходами разрядов аналого-цифрового преобразователя и входами сумматора, вход цифроаналогового преобразователя соединен с выходом счетчика импульсов, а выход - с вторым входом компаратора, выход которого соединен с управляющим входом ключевого регулятора постоянного тока.

Ur

D

-П-г- i i

И I И I I I I И I I I I I И i I I J

U

и,

ч,

о

и„

t- «

-П-г- i i

Та

I I I I И

U,

Фиг. 2