Устройство для стабилизации выходного напряжения импульсного преобразователя Советский патент 1976 года по МПК H02P13/16 G01F1/64 H05B41/30 

Изобретение относится к вторичным источникам электропитания и может быть использовано, например, в устройствах для питания импульсных газоразрядных ламп. По основному авт. св. № 365784 известно устройство для стабилизации выходного напряжения импульсного преобразователя, содержащее электронный ключ, управляемый схемой сравнения, коммутирующий диод и зарядный ЬС-;контур. Цепь обратной связи содержит два квадратичных усилителя и сумматор, причем вход одного усилителя подключен к выходу преобразователя, а вход другого к шуиту. Выходы обоих усилитеусилителялей через сумматор подключены к схеме управляющей электронным клюсравнения, чом. В известно.м устройстве стабильность напряжения на выходе ограничена реальной добротностью зарядного LC-контура. Обусловливается это тем, что в зависимости от величины питающего напряжения изменяется время зарядки LC-контура и, следовательно, в момент размыкания зарядного ключа изменяется соотношение -между энергией магнитного поля дросселя и энергией накопительного конденсатора. В процессе перекачки магнитной энергии дросселя в накопительный конденсатор возникают потери, которые определяются добротностью дросселя и запасенной в нем энергией. Изменение уровня запасаемой магнитной энергии вызывает изменение уровня ее потерь и, таким образом, ограничивается уровень стабильности напряжения на коиденсаторе. Целью изобретения является повышение стабильности выходного напряжения при изменении напряжения первичного источника питания. Поставленная цель достигается тем, что между выходом квадратичного усилителя, подключенного к шунту, и дополнительным входом сумматора включено множительное устройство, .между другим входом которого и выходом схемы сравнения включен преобразователь временного интервала в напряжение. На фиг. 1 изображена схема -предлагаемого устройства; на фиг. 2 - эпюры напряжений основных точек схемы. Зарядный (регулирующий) -ключ 1 присоединен последовательно к зарядному LC-КОнтуру, содержащему дроссель 2 и конденсатор 3. Параллельно LC-контуру включен коммутирующий диод 4. В разрыве ЬСнконтура включен электрический шунт 5. Выходы устройства и электрического шунта соединены с соответствую|Щими входами квадратичных усилителей 6 и 7, выходы которых подключены к входам сумматора 8. Выход сумматора соединен

с входом схемы сравнения 9, выход которой связан с электронным ключом 1.

Между выходо)М квадратичного усилителя тока и дополнительным входом сумматора 8 включено множительное устройство 10, а между входом множительного устройства и выходом схемы сравнения включен преобразователь 11 временного интервала в напряжение.

Работает устройство следующим образом.

При замыкании ключа 1 -происходит колебательная зарядка LC-контура до энергии заданного уровня. В MOiMeHT размыкания зарядного ключа сигналом схемы сравнения 9 ток LC-контура замыкается на диод 4. При этом .магнитная энергия дросселя 2 нерекачивается в накопительный конденсатор 3. Передача магнитной энергии дросселя в наконительный конденсатор осуществляется с некоторыми потерями, которые в основном определяются добротностью дросселя.

Стабилизация напряжения на накопительном конденсаторе осуществляется подачей сигналов отрицательной обратной связи но напряжению на конденсаторе и по току в дросселе на входы соответствующих квадратичных усилителей 6, 7 напряжения и тока. Выходные напряжения этих усилителей, пропорциональные электрической энергии конденсатора и магнитной энергии дросселя, поступают на соответствующие входы сумматора 8. Выходное напряжение сумматора, пропорциональное электромагнитной энергии LC-контура, подается на один из входов схемы сравнения 9. На другой вход схемы сравнения поступает заданное напряжение устав1ки, которое регулирует напряжение на накопительном конденсаторе. Выходной схемы сравнения регулирует время зарядки ЬС-контура.

Цель дополнительной обратной связи работает следующим образом.

Энергия, Которая рассеивается в дросселе в виде тепла, ири разомкнутом зарядном ключе зависит от величины тока дросселя в момент размыкания ключа, эквивалентного сопротивления потерь дросселя и времени его разрядки, т. е. выражается ура(Внением

/2/

п

где /о - ток дросселя в момент размыкания

ключа; п - эквивалентное 1сопротивление потерь

в дросселе; Тр - время разрядки дросселя.

В данной формуле предполагается, что разряд дросселя линейный (разрядный ток имеет форму прямоугольного треугольника), а время разрядки дросселя определяется через время его зарядки. Па практике нелинейностью разрядного тока можно пренебречь, так как общие потери энергии в дросселе составляют единицы процентов, а поэтому погрешность аппроксимации будет на порядок меньше.

Время разрядки дросселя в зависимости от времени его зарядки без учета потерь равно

1 2

S

- т:.

где Тк - период собственных колебаний LCконтура.

Таким образом, сигнал компенсации потерь в дросселе при его разрядке выражается уравнением

Тк

W

6

Сигнал, пропорциональный квадрату тока дросселя, снимается с выхода квадратичного усилителя тока и поступает на первый вход множительного устройства 10. Сигнал, про1 1Тк

порциональныи величине -г - з снимается с выхода преобразователя 11 временного интервала и поступает на второй вход множительного устройства. Управление работой преобразователя осуществляется выходным сигналом схемы сравнения. Сигнал, пропорциональный энергии потерь в дросселе, поступает с выхода множительного устройства в

виде отрицательного напряжения на дополнительный вход сумматора. Схема дополнительной отрицательной обратной связи учитывает потери энергии в дросселе при его разрядке до момента размыкания электронного ключа.

Для большей ясности на эпюре ,12 (фиг. 2) показаны импульсы управления зарядным ключом. Па эпюре 13 показано напряжение на накопительном конденсаторе для двух значений напряжения (Ei и Еа) первичного источника питания Е. Па эпюре 14 показан ток LC-контура для двух значений напряжения источника питания. Па эпюре 15 показан выходной сигнал преобразователя 11. Паиболее предпочтительно использование

изобретения в тех случаях, когда напряжение первичного источника питания изменяется в значительных пределах, а нестабильность напряжения на накопительном конденсаторе не должна превышать 1%.

Фор-мула изобретения

Устройство для стабилизации выходного напряжения импульсного преобразователя по авт. св. N° 365784, отличающееся тем, что, с целью повышения стабильности выходного напряжения, между выходом «вадратичного усилителя, подключенного к шунту, и дополнительным входом сумматора включено множительное звено, между другим входом которого и выходом схемы сравнения включен преобразователь временного интервала в напряжение.