Стабилизатор переменного напряжения Советский патент 1993 года по МПК G05F1/12 

W

w

Ё

Использование; в вторичных источниках питания. Сущность изобретения: устройство содержит регулирующий орган 1, регистр 2 памяти, два преобразователя кодов 3 и 11, сумматор-вычитатель 4, измерительный орган 5, два компаратора 6 и 7, элемент ИЛИ 8, источник 9 опорных напряжений и узел 10 выделения модуля отклонения. Устройство отличается простотой, что достигнуто путем исключения узлов, производящих операцию сведения семейства управляющих характеристик регулирующего органа 1 к одной из них. Нелинейность управляющей характеристики регулирующего органа 1 компенсируется за счет нелинейной зависимости между значениями выходных кодов преобразователя 3 и сумматора 4, а выбор соответствующей зависимости производится по старшим разрядам преобразователя 3.3 ил,

Изобретение относится к электротехнике и, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано для построения точных, широкодиапазонных быстродействующих стабилизаторов переменного напряжения.

Цель изобретения - упрощение устройства при сохранении динамических характеристик.

На фиг. 1 показана функциональная схема стабилизатора; на фиг. 2 - образование семейства управляющих характеристик регулирующего органа; на фиг. 3 - распределение количества значений выходных кодов преобразователей на одно состояние регулирующего органа, т.е. образование их таблиц истинности.

Предлагаемое устройство содержит: регулирующий орган (РО) 1 дискретного действия, формирующий ряд I коэффициентов передачи Kni входного напряжения, соединенный входом и выходом соответственно с входными и выходными зажимами устройства, а управляющими входами через регистр памяти 2 и первый преобразователь кодов 3 с выходами сумматора-вычитателя 4, число выходных разрядов которого больше числа разрядов регистра памяти, измерительный орган (ИО) 5, подключенный своим входом к выходу устройства, а информационными и стробирующими выходами - соответственно к первым информационным и стробирующим входам первого и второго компараторов 6,7, выходы которых связаны через схему ИЛИ 8 со входом перезаписи регистра памяти 2 и соответственно с выходами разрешения суммирования и вычитания сумматора-вычитателя 3, источник опорного напряжения 9 (ИОН), два выхода

00

ч о

ч| Ю

которого подключены соответственно к вторым информационным входам первого и второго компараторов 6, 7, узел 10 выделения модуля отклонения (УВМО) выходного напряжения подсоединенный первым входом к одному из выходов источника опорного напряжения 2, а вторым - к информационному выходу измерительного органа 5, второй преобразователь кодов 11 входами подсоединенный к выходам регистра памяти 2, а выходами - ко входам слагаемого-уменьшаемого сумматора-вы- читателя 4, выход узла 10 выделения модул я отклонения подсоединен к входам слагаемого-вычитаемого сумматора-вычитателя 4, а входы старших разрядов первого преобразователя кодов 3 подсоединены соответственно к выходам регистра памяти 2.

В работе стабилизатора можно выделить два возможных режима:

LUBbixmln 55 Уеых 2s Увых max 2. Увых Увых maxi УВЫХ Увых mln

В первом режиме значение выходного напряжения НО 5 в конце цикла измерения находится в промежутке между значениями опорных напряжений U0n max, Uon min источника 9, задающих соответственно верхнюю

Увых max И НИЖНЮЮ Увых min фЭНИЦЫ ЗОНЫ

допустимой нестабильности выходного напряжения, При этом компараторы 6, 7 не пропускают стробирующие импульсы, поступающие со стробирующего выхода ИО 5 и свидетельствующие об окончании цикла измерения, на выходе регистра 2 ввиду отсутствия на входе перезаписи импульсов сохраняется код, определяющий тот или иной коэффициент передачи РО 1, при котором обеспечивается нахождение УВых в заданных пределах. Порядковый номер коэффициента передачи РО 1 однозначно задается выходным кодом первого преобразователя кодов 3.

Во втором режиме работы стробим- пульс с измерительного органа 5, свидетельствующий об окончании цикла измерения, проходит на выход компаратора 7 (при Увых Увых max) и разрешает операцию суммирования сумматора-вы- 1 читателя 4, или на выход компаратора 6 (при Увых Увых min) и соответственно разрешает вычитание. При этом, из накопленного сигнала рассогласования, выбираемого преобразователем 11, вычтется илиссуми- руется с ним величина отклонения выходного напряжения. Комбинация на входах zi .... 2|, преобразователя 3, определяемая 1-м состоянием РО 1 задает требуемую зависимость между значениями на входах xi, ,.., Хп преобразователя 3 и его выходах уь .,., yi. Новое значение кода на

выходах yi, .,., yi, полученное после суммирования (вычитания) с окончанием стробим- пульса ИО 5, поступающего через схему 8 ИЛИ, перезапишете в регистр 2. Регулирующий орган изменит при этом свой коэффициент передачи, выходное напряжение войдет в заданные пределы, а на выходе преобразователя 11 сформирует новый код накопленного сигнала, относительно кото0 рого будет производиться в дальнейшем суммирование-вычитание.

Определить соотношения между входным и выходными кодами преобразователей 3 и 11 можно, рассмотрев фиг. 2, из

5 которой следует, что максимальный диапазон отклонений выходного напряжения Ооых при заданном диапазоне изменений входного напряжения DBx будет при нахождении РО 1 на первом (I 1) максимальном

по величине(Kn max вых m n) коэффициентах mln

те передачи. При нахождении РО 1 на каждом последующем коэффициенте передачи диапазон отклонений выходного напряжения уменьшается настолько, насколько уменьшилась величина коэффициента передачи. Таким образом

0Вых1/Овых(н-1) КпГ/Кп(М)(1) Тот или иной отклонений выходного на0 пряжения разбивается на поддиапазоны, образование которых показано на фиг. 2. Соотношение между величинами смежных поддиапазонов выходного напряжения такое же, как и для соответствующих поддиа5 пазонов (УВх ... UBX(I-M) входного напряжения. Поэтому, если из подобия треугольников ДаЬсиД bdk

Увых max- УвыхгЫп . UBX (1+1)-Увх

то при переходе от поддиапазонов входного напряжения к поддиапазонам выходного напряжения получим при диапазоне отклонений выходного напряжения соответству5

0

КпГ

(2)

5

ющего f-му квазистатическому состоянию

КпГ

Увых max Увых mln

(3)

Увых(|+1)-11вых1

гдеКы - коэффициент передачи в 1-м квазистатическом состоянии РО.т.е. в состоянии,

0 при котором происходит отклонение выходного напряжения в текущий момент времени.

Количество разрядов z сумматора-вычитателя 4 с целью осуществления нелиней5 ной зависимости между входными xi... хп и выходными yi... yi кодами преобразователя 3 выбирается больше количества I max коэффициентов передачи РО, поэтому одному и тому же коэффициенту передачи должно соответствовать несколько смежных состояний Si сумматора-вычитателя 4, Поскольку максимальный диапазон отклонений соответствует максимальному коэффициенту передачи Kn max Kni, т.е. I 1, то при этом состоянии РО используется все количество состояний М сумматора-вычитателя. При переходе РО на коэффициент передачи КП2 (т.е. i 2). Диапазон отклонений уменьшится в число раз, равное значению КП1/КП2 (т.е.

ОвьАа DBb,x( (И. При этом, на

Nn2

одно и то же количество значений выходного кода преобразователя 3 должно уже приходиться в КП1/Кп2 раз меньшее количество значений его входного кода. Таким обра- зом, при первом коэффициенте передачи (т.е. при Овых Овых max) должно соблю- даться условие:

Цвых (i + 1) Upbixl S|,..

DBMx max M W

С учетом изложенного следует:

(Ubix (l + 1) - Цвыхр S|

U

вх mln

M

DBX max

откуда

Sl(Knlv blL±il i :M. (s)

L«x max UBX mln Kn1 Так как из предыдущего (3)

(UBbix(B-l) - Uebixl) (1)вых max - 11Вых mln)x х(КпГ/К|); то:

о lv (И)ых max ивых mln) M fc

Ь|(кП1) тт-- тг-;- кг w

UBX max UBX mln

На втором коэффициенте передачи это соотношение должно иметь вид:

о ( (Ц;ых max Цвых mln) М Кп2 (lixmax UBX mln) Kni к и в общем случае:

Цвыхт1п)-М

Si(Kni )

-М

ых max

(7)

(UBX max UBX mln) Kni . Kn1

Эта формула задает соотношение между входными и выходными кодами преобразователя 3,

Таким образом, по входам преобразователя 3 zi ... zi выбирается в зависимости от текущего состояния РО (т.е. до отклонения выходного напряжения), требуемая зависимость yi f(xi) между кодами на выводах yi ... yi и xi ... хп (фиг. 2). Эти зависимости в последовательном единичном коде имеют вид: при КП1 1 1 соответствует ряд значений входного кода

+S2 + (1 ... 83).... I - n Si + (1 ... Sn); причем 2 Smax M;

ри Kn2 Kn2

f 1 соответствует ряд значений 1

Si

3 -Si

Kni i 2 - Si

Kn2

Kn2 Kn7

Kn7

+ S2

(1

+ n

Kn7 (1

S2

c Kn2

5n ТГТ

Kn2

c Kn2

S3(T ):

). i

о ft л . lxnli omax - M

Kn2 Kn1

ричем 2

общем случае: при КП|

I - 1 - Si

2-Slg + (1

S2

Knl

Knn

(1 Kn1

Sn

),a2S

max

Kni IVT

,-tKnnKni

M

20

40

25

30

35

45

50

Распределение количества значений выходного кода сумматора-вычитателя 4 на одно состояние I регулирующего органа показано в табл. 1, Каждый столбец таблицы соответствует распределению для одного I из квазиустойчивых состояний и определенного им диапазона отключений выходного напряжения РО 1. Преобразователь 11 задает число Ц относительно которого производится вычитание и суммирование, оно представляет собой накопленный сигнал рассогласования. Образование этого числа при использовании в узле 10 в качестве опорного напряжения показано в таблице на фиг. 36. Оно представляет собой, соответственно по столбцам, сумму значений выходного кода сумматора-вычитателя, приходящихся на одно состояние РО. Таким образом, при 1 1 Li Si: при I - 2 La - (Si + S2) (Kn2/Kni): при i 3 (Si + S2 + S3) Kn3/Kni) В общем случае

U-( 1 Si) (Kni/Kni).

При использовании в качестве опорного уровня узла 10 напряжения UBWX min источника 9 значения L для тех же I имеют вид:

Li - 0;

Kn2 .

КпТ U (Si + S2) -(Кпз/Kni);

U Si

t-1

L 1S, fe

Однако общим в обоих случаях является то. что каждое последующее значение (l-t-1) выходного кода преобразователя 10 больше на величину Si (Kni/Kni).

Из фиг. 3,6 видно, что образование выходных кодов Ц преобразователя 11 производится простым суммированием элементов таблицы фиг, 3,а, стоящих выше диагональной ступенчатой линии, проведенной с верхнего левого угла таблицы в нижний правый.

С целью экономии обьема памяти преобразователя 3 возможно задавать не каждую управляющую характеристику, а разбить их семейство на группы и задать только одну из них (промежуточную характеристику).

Таким образом, устройство обеспечивает повышенное качество стабилизации выходного напряжения при более простых конфигурации его схемы и алгоритме функционирования.

Формула изобретения Стабилизатор переменного напряжения, содержащий регулирующий орган дискретного действия, формирующий ряд I коэффициентов передачи КП| входного напряжения, соединенный входом и выходом соответственно с входными и выходными выводами, а управляющими входами через регистр памяти и первый преобразователь кодов с выходами сумматора-вычитателя. число выходных разрядов которого больше числа разрядов регистра памяти, измерительный орган, подключенный своим входом к выходным выводам, а информационным и стробирующим выходами - соответственно к первым информационным и стробирующим входам первого и второго компараторов, выходы которых соединены соответственно с входами разрешения суммирования и вычитания сумматор%-вычитателя и через элемент ИЛИ - с входом перезаписи регистра памяти, источник опорных напряжений, два выхода которого подключены к вторым информационным входам соответственно первого и второго компараторов, узел выделения модуля отклонения выходного напряжения, подсоединенный первым входом к одному из выходов источника опорных напряжений, а вторым - к информационному

выходу измерительного органа, второй преобразователь кодов, входами подсоединенный к выходам регистра памяти, а выходами - к входам слагаемого-уменьшаемого сумматора-вычитателя, о т л и ч а ющийся тем, что, с целью упрощения, выход узла выделения модуля отклонения подсоединен к входам слагаемого-вычитаемого сумматора-вычитателя, а входы старших разрядов первого преобразователя кодов

подсоединены к выходам регистра памяти, при этом каждому -му значению выходного кода первого преобразователя кодов при первом коэффициенте передачи КП1, в качестве которого выбран максимальный коэффициент передачи регулирующего органа, соответствует на его входах, подсоединенных к сумматору-зычитателю, последовательный ряд значений входного кода, каждое из которых на единицу больше предыдущего и количество которых равно

(Uobix макс Цвых мин) М (L%x макс Uox мин) Kii

где Увых макс, Кпых мин - соответственно макS

симальное и минимальное значения выходного напряжения в статическом режиме;

DBX макс, UDX мин - соответственно максимальное и минимальное значения входного напряжения в статическом режиме;

М - количество разрядов сумматора- вычитателя, и при каждом последующем коэффициенте передачи регулирующего органа КП2. Кпз ... Kni макс соответствующее значение Si меньше предыдущего значения Si-i в Kni/Kni раз, значение выходного кода второго преобразователя кода, соответствующее первому коэффициенту передачи, пропорционально UBx мин, а каждое последующее больше предыдущего на величину

Si().

Xnimer Kni

С

Ч Кл

С fajmctf

С ZZlЈJ2:

Knt

С tyityi W Km