Компенсационно-параметрический импульсный стабилизатор постоянного напряжения Советский патент 1979 года по МПК G05F1/56 

(54) КОМПЕНСАЦИОННО-ПАРАМЕТРИЧЕСКИЙ И ЛПУЛЬСНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ объясняется тем, что в таках КПИС для реализации необходимого алгоритма управления, обеспечивающего компенсацию входных возмулдений, используется система управления, для возбуждения ШИМ в которой требуется специальный задающий генератор с;табильной частоты. Кроме того, обратная связь в ЭТИ.Х КПИС осуществляется по мгно венному, а не по среднему значению выходного напряжения, так как на вход сравнивающего устройства поступает уси ленная разность опорного и выходного напряжений. Составной частью этой разности являются пульсации вьгходного напряжения, которые соизмеримы с ее средним значением, А поскольку полезным и подлежащим стабилизации в ИС является среднее значение выходного напряжения, то пульсации создают значительную погрешность при работе параметрического и компенсационного канаЦелью изобретения является упрощени схемы и повышение стабильности КПИС. Это достигается тем, что в предлагаемо стабилизаторе к выходу сравнивающе го усилителя и общей точке дросселя и диода ЬСД-фильтра подключены входные вьтоды дополнительно введенного интегрирующего преобразователя, выход которого через дополнительно введенный ,резистор соединен с другим входом порогового блока и коллектором дополнительно введенного транзистора, эмиттером соединенного с общей шиной, а базой - с другим выходом согласующего усилителя, с которым соединена база замыкающего транзистора. На фиг. 1 дана принципиальная схема описываемого стабилизатора; на фиг. 2 диаграм лы, поясняющие его работу. Стабилизатор содержит силовую част и схему управления. Силовая часть сост ит из силового транзистора 1 и ЬСДфильтра, состоящего из диода 2, дроссе ля 3 и конденсатора 4. Схема управления включает в себя сравнивающий усил тель (СУ) 5, двухвходовый интегриру«ош преобразователь (ИП) 6, пороговый эле мент (ПЭ) 7, согласующий усилитель 8 и интегрирующую цепочку из конденсато ра 9 и резисторов 10 V 11, СУ представляет собой интегральный усилитель постоянного тока (УПТ) с отрицатель.шй обратной связью, В качестве интег рирующего преобразователя использован интегральный усилитель постоянного тока с емкостной обратной связью, хотя возможно применение любого интегратора напряжения, например резистивно-емкостной цепочки. К входным клеммам СУ 5 подключены источник 12 опорного напряжения и средняя точка резисторного делителя выходного напряжения U , из резисторов 13 и 14. Выход СУ 5 подключен к входу 15 ИП 6. СУ 5 включен так, что в рабочем режиме стабилизатора напряжение на вьпсаде .СУ 5 отрицательно по отношению к общей шине (минусу источника питания). Вход 16 ЙП 6 подключен параллельно диоду 2 .liC Д-фнльтра. Выход ИП б через резистор 17 подключен к инверсному аходу ПЭ 7, к неинверсному ВХОД} которого подсоединен конденсатор 9 интегрирующей цепочки. В качестве ПЭ 7 использован интегральный УПТ с положительной обратной связью. Параллельно инверсному вхеду ПЭ 7 включен замыкающий транзистор 18. К точке соединения резисторов 10 и 11 подсоединен замыкающий транзистор 19, Базы замыкаю1Ци.х 18 и 19 и силового 1 транзисторов подключены к выходам согласующего усилителя 8, Этот усилитель согласует по мощности и полярности выход ПЭ 7 и управляющие цепи транзисторов 1, 18 и 19, При отрицательном напряжении на выходе ПЭ d 7 транзисторы 1 и 18 открыты, а транзистор 19 заперт, при положительном - наоборот. Стабилизатор работает следующим образом. При срабатывании порогового элемента 7 (на его выходе отрицательное напряжение) через согласующий усилитель 8 силовой 1 и замыкающий 18 транзисторы отпираются, а замыкающий транзистор 19 запирается. При этом входное напряжение Ur, через транзистор 1 плюсом подключается к интегрирующей цепочке из резисторов 1О и 11 и конденсатора 9 и входу 16 ИП 6, Напряжение Uc на конденсаторе 9 начинает возрастать (см, фиг, 2) от нулевого значения (до которого конденсатор был разряжен при включенном транзисторе 19) согласно уравнению , t -ь„« c(-i .где С - емкЬсть конденсатора 9; R и Rj. соответственно сопротивлени ; резисторов 1О и 11, На входах ИП 6 имеются положитель ное, напряжение и и отрицательное напряжение с выхода СУ 5, которое определяется вьфажением ---( (2 где К - коэффициент усиления СУ} (Jof,- опорное напряжение; П- коэффициент передачи делителя напряжения, состоящего из резисторов 13 и 14. Изменение напряжения на выходе ИП (см, фиг, 2) при этом происходит согла но уравнению. fc (иоп- 1и„3 31, ( где - начальное значение напряжения на в) ИП 6, равноа порогу срабатывания ПЭ 7; ci - постоянный коэффициент. Однако в рассматриваемом состоянии ПЭ 7 выход ИП 6 зашунтирован резистором 17 через транзистор 18 и входно сигнал ПЭ определяется только напряжением на конденсаторе 9. По достижении напряжением Uc значения порога срабатьшання + lj(-p (момент t на фиг. 2) ПЭ срабатывает, через согласующий усилитель 8 запираются транзисторы 1 и 18 и отпирается транзистор 19. Напряжение на выходе ИП 6 в момен времени i равно fci и(Ц) Un-KCU -hU)a-t ( После запирания силового транзистор i отпирается диод 2 и вход 16 ИП 6 через Этот диод закорачивается. Напряжение на его выходеизменяется (см, фиг, 2) в соответствии с уравнение ;-ti JH - -UCP-V I Un-K(Uon- iUH d -/f CJon-nU Idi(5) Конденсатор 9 через резистор 11 и открытьй транзистор 19 разряжается до нулевого напряжения в течение времени tp (см. фиг, 2) и входной сигнал ПЭ 7 после разряда конденсатора определяется только напряжением U,. По достижеНИИ напряжением Uj, значения порога срабатывания -Оср(момент -tj на фиг, 2) ПЭ 7 срабатывает, согласующий усилитель 8 отпирает транзисторы 1 и 18 и запирает транзистор 19, и процесс по вторяется, Так ..как U (t2)-Ucp. то из вы-, ражения (5) пг лучают 1 Un-()dt-- f KCUon-HU«)dt, °--t (6 откуда с учетом i Ьз Т имеют Ju di--Krcu -hU)dt С7) Как известно, среднее значение выходного напряжения импульсного стабилизатора с последовательным ключом определяется выражением ,, (8) где Д и р - падение напряжения на элементах силовой части, вызванное током нагрузки. Подставляя выражение (7) в (8), получают UH--f-r(Uon-nU,t-AU,(9) Так какОоп , то --Y fu dt-AU (10 о Величина 1/т jUnClt. представляет собой среднее значение выход 1ого напряжения Uj . Тогда из выражения (1О) для установившегося режима получают Н НКи или при к П 1 и JJon н и Кп Из выражений (11) и (12) видно, что в данном импульсном стабилизаторе величина выходного напряжения Uj. не зависит от напряжения питания (j, т,е, осуществляется полная компенсация входных возмущений по отношению к среднеиитер- , сальному (полезному) значению U при любой форме (J . При этом уровень п льсаций напряжения j не влияет на услоЕ яя компенсации изменений напряжения Uf, . Одновременно благодаря действию канала отрицательной обратной связи в К fj раз уменьшается влияние тока нарузки и другах дестабилизирующих факоров, учтеннь1х величиной А Up. 6 Как видно из фиг 2, нормальная работа стабилизатора обеспечивается при условии tp ,.чего легко достичь выбором величины сопротивления резиоTDpa И, Параметры резистивно-емкостной интегрирующей цепочкИ| ИИ 6 и ПЭ 7 не влияют на условия компенсации влияния нестабильности напряжения U что пр1актич8ски исключает дополнитель- нута настройку стабилизатора при его ;изгртовлении. Период Т модуляции можно опреде-. лить из выражений (1) и (8), если пренебречь величиной ли,., и учесть, что Ue(-t). -.J ((ПУ Из этого выражения видно что перио Т модуляции определяется только параме рами схемы и неЗависит от входного напряжения. Псх:кольку в рабочем режим :U.tt const, то т остается величиной :пocтoяннoйt ЧТО позволяет использовать ; оптимальный сглаживающий фильтр. При этом в предлагаемом КПИС не требуетс специальный задающий генератор постоя ной частоты, так как схема работает в автогенараторном режиме. Предложенный КПИС по сравнению с известными имеет более высокую стабильность выходного напряжения. Talc I как пульсации напряжения U ц не влияю на качество стабилизации и значительно проше, так как для его работы не требуется специальный генератор постоя ной частоты. Применение такого стабилизатора целесообразно в тех случа х, когда наряду с высоким КПД требуется вьюокое качество стабилизации, например для питания информационно-измерительных систем, нестационарных объектов. Формула изобретения , Компенсационно-параметрический им- JQ пульсный стабилизатор постоянного на- 28 пряжения, содержащий включенные последовательно в питающую шину силовой транзистор и дроссель ЦСД-фильтра, между общей точкой которых и шиной включен диод фильтра, конденсатор которого соединен с выходными вывода- . ми, соединенными с входом резисторногЬ делителя напряжения, средняя точка которого соединена с одним из входов сравнивающего усилителя, другой вход которого соединен с источником опорно- . го напряжения, интегрирующую цепочку из последовательно соединенных двух резисторов и конденсатора, включенную между питающими шинами, пороговый блок, один из входов которого соединен с общей точкой конденсатора и одного из резисторов интегрирующей цепочки, а выход - с входом согласующего усилителя, одним выходом подключенного к управляющему входу силового транзистора, и замыкающий транзистор, коллектор которого соединен с обшей точкой резисторов интегрирующей цепочки, а эмиттер с общей шиной; отлич ающийся тем, что, с целью упрощения схемы и повышения стабильности, к выходу сравнивающего усилителя и общей точке дросселя и диода L, СГД-фильтра подключеаы входные выводы дополнительно введенного интегрирующего преобразователя, вььход которого Через дополнительно введенный резистор соединен с другим вхо-: дом порогового блока и коллектором дополнительно введенного транзистора, эмиттером соединенного с общей шиной, а базой - с другим выходом, согласующего усилителя, с которым соединена база замьжающего транзистора, Источники информации, принятые во. внимание при экспертизе 1, Авторское свидетельство СССР Ь 410373, кл. Q 05 F 1/56, 1972. 2. Современные задачи преобразовав тельной тахники. Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конферен;ции, Киев, сентябрь 1975, с. 448, :рис. 3.