Источник питания переменным напряжением Советский патент 1979 года по МПК G05F1/44 

Изобретение относится к электротехнй кев частности, к стабилизаторам переменного напряжешга и может быть использов но в качестве источника питания электротехнических, радиотехнических и других устройств. Известны источники питания nepavisHным напряжением l, 2.. Известно устройство содержащее блок ко1ггрсля выходного напряжения в виде фаЭ1х:мВИгающей цени, установленной на выходе резонансного фильтра релейный усилитель, а источник задающего напряжения представляет собой парометрически стабилизатор переменного напряжения l. Недостатком такого источника питания является его низкие быстродействие и точность стабилизапни выходного напряжения в динамических режимах, что обусловлено релейным пршшипом построения системы регутшрования. Наиболее близким по технической сущности к предложенному изофетению является источник питания, содержащий регулирующий орган, входом подключенный к входным вьщодам, выходом через фильтр - к выходным вьгаодам, а управляющим входом - к выходу высокочастотного щнротно-импутльсного модулятора, тактовым входом подсоединенного к выхо ду задающего генератора, управляющий вход которого подключен к входным выводам, а управляющий вход высокочастотного щиротно-импульсного модулятора подсоединен к выходу узла сравн ош, входами подключенного к соответствуюишм выходам источника задающего напряжения и измерительного органа, входом подключенного к выходу суммирующего органа 2, Недостатком известного источника питания переменного напряжения является его низкие быстродействие и точность стабилизации. Цель изобретения - повышение быстродействия и точности стабилизации. Поставленная цель достигается тем, что в источнике питания переменным напряжеьшем, измерительный орган вьгаолнен в виде вьгарямителя, сумматора с двумя входами и двух одинаковых каналов, каждый из которых состоит из интегратора с памятью, входом подключенного через первый последовательный кгаоч к выходу выпрямителя, а выходом, зашунтированным параллельным ключом подсоединенным управляющим входом Е выходу формирователя импутльсов - ко входу согласующего блока, выход которог черва другой последовательный ключ соединен с одним из входов упомянутого сумматора, а источник задающего напряжения состоит из стабилизатора постоянного напряжения, шшертора, по крайней мере, двух полупериодных вьшрямителей,. -ячейки ИЛИ и распределителя импульсов, щнгчем выход стабилизатора постоянного напряжения через инвертор и двухполупериодные выпрямители подключен к соответствующим входам ячейки ИЛИ, выход ко торой подключен к выходу источника задающего напряжения, а управляющие входы подсоедт1ены к выходам распределителя импул сов, при этом цепи утфавления последова тельных ключей, ключевых элементов ин вёртора, а входы формирователей импупь сов и распределителя импульсов подключены к соответствующим выходам задающего генератора. На фиг. 1 приведена функниональная схема источника питания переменным напряжением, а на фиг, 2,3 показаны временные диаграммы, „поясняющие работу. Источник питания переменного напряжения по фиг с 1 содержит регутифунтаий орган i, входом подсоединенный к вход ным выводам, а выходом через фильтр 2 - к выходным выводам нагрузки 3. К вьрсоду регулирующего органа 1 подключен измерительный орган 4, ссхзтрящий з вьшрямителя 5, и двух одинаковых каналов, содержащих первые последовательнь1е ключи 6,7, интеграторы с памятью 8,9, выходы которых зашунтиров.аны параллельными ключами Ю, 11 и соединены со входами согласующих блоков 12, 13. Кепи управления ключей 1О, 11 подключезньт к выходам формирователей импульсов .14, 15, а выходы согласующих устройств 12, 13 через другие последовательные ключи 16, 17 и двухвходовой сумматор 18 соединены с узлом сравнения 19 задагацего напря ження и напряжения с выхода измерител ного органа 4. Источгшк задающего наршкения состоит из инвертора 2О, выолнегаюго на трансформаторе 21, перичные o&vioTKH 22, 23 которого через лзочевые элементы 24, 25 подключены вьрсоду стабилизатора постошшого наряжения 26. Выходные обмотки 27, 28, 29 трансформатора 21 черездвухполупериодт-Пзге вьщрямители 30, 31, 32 и ячейку ИЛИ 33, вьшолненный на ключах 34,35, 36 и промежуточном сумматоре 37 подсоедшге1п 1 такчсе ко входу упомннуторо узла сравнения 19. Выход последнего подключен к управляющему входу широтно-импуттьсного модулятора 38, выходом соединенного с регулирующим органом 1, а тшстовьш входом с выходом синхро1шзированного с сетью задающего генератора 39. Другие выходы задающего генератора соедшгены с цепями ттравлешга первых последовательных ключей 6,7, других последовательных ключей 16, 17, ключей 24, 25 инвертора 2О, входами формирователей импульсов 14, 15 и входом распределителя 11мпульсов 40. Выходы расхфеделителя импульсов 4О подключены к цепям управления ключей 34, 35,36 ячейки ИЛИ 33. Источник питания работает следующим образом. Напряжение питающей сетипоступает на вход регулирующего органа 1 и на его выходе с помощью высокочастотной щиротно-нмпутшсной модуляциипреобразуется в напряжение 41, которое через фильтр 2 приыгадх/твается к нагрузке 3. Сйновременно напряжение 41 подается на вход вьшр51мителя 5, преофазуясь на его выходе в напряжение 42, поступающее через первые последовательные ключи 6,7 на выходы интеграторов с памятью 8,9 измерительного органа 4. Ключи 6,7 поочередно замыкаются выходным напря- жегшем 43 задаклцего генератора 39, синхронизированного с напряжением питающей сети, причем ключ 5 замыкается полояштетъной полуволной напряжения 43; а ключ 7 - отрицательной. Напряжение 43 подается также на входы формиро- ватеяей импульсов 14, 15, дифференцируясь формирователем 14 по полоткительНому фронту, а формирователем 15 - по отргщатеттьному. Вьрсодные напряжения 44, 45 формирователей 14, 15 поступают Б цепи управления параллельных ключей 10, 11 и замыкают ИХ на своей длительности. В результате этого выходные напряжения 46, 47 интеграторов с памятью 8,9 на интервалах замк.нутого состояшш ключей 6,7 Haav-ieicooTca ПО тггегральному закощг, при нх pas Пэ канин запоминаются (ф гкснрзгются) на уровнях, полученных в разутгьтате шггег рнрования напряжешга 42, а перед каждым очередным интегрировакЕЭчЕ обнуляются. Велишгна зафгассировояньк уроВ ней папряжет-тай 48, 47 (их горизо1Лальных 5Частков) определяете по (Ьормула.м (.h-i-iVhT ) h-tT . SJ , - кослффтщент передачи интег раторов с памятью, величина тактового интервала работы каналов нз мери- тельного органа (попуперио выходного нагфяж шш 44 задающего генератора), - 0,1,2,3... номер тактовог интервала; У (t) функция выходного напряжетшя регулирующего органа. Из формул (1), (2) видно, что зафик сированные уровни напряжений 46, 47 пропорциональные среднему значению вы ходного напряясения 41 регушфующего органа 1. Напряжения 46, 47 через согласувощие блоки 12, 13; последовательнью кл та 16, 17, замыкаемые напряжением 4 в противофазе по отношегшю к последовательным ключам 6,7, подаются на вхо ды сумматора 18 выхода согласующих устройств 12, 13. В резута-..тате этого на сумматоре .18 вьзделяется ступенчатый сигаал обра1 1ой связи 48, уровень каждой ступеньки которого определяется зафиксированЕьпуГН уровнями напрянсений 46, 47 (средним значение напрягжения 41, вычисленным на предьздущем тактовом шггервале), а ее длительность - вел чиной выданного тактового интервала. Формирование задающего напряжения происходит следующим образом. Ключи 24, 25 шшертора 2О, управляемые в противофазе выходным напряжением 43 задакщего генератора 39, поочередно чероз первичные обмотки 22, 23 трансформатора 21 комз./1утируют выход стабилизатора постоящого напряжения 26. При этом на вторичных обмотках. 27, 28, 2& трансформатора 21 возникают налряжешш, синфазные с напряжегшем 43. Обмотки 27, 28, 29 вьшолнены с различным коэффициентом трансформации, который подбираеччзя так, чтобы амплитуда выходного напряжения каждой из этих ouvioTOK была пропоршгональна среднему. значенто выходного напряжения регулятора. Так, например, при синусовдальном нанряжешга величины существует соотношение: П1к к Uj s-lHuutdfc-j.,K Г 1С(п-1)-ГСП ,- k - заданный коэф4н циент пропорциональности, -кратность квантования по вреКмени сетевого напряжения, -период напряжения сети, i - помер обмотки ( i 27,28,29J. Выходные напряжения обмоток 27, 28, 29 трансформатора 21 на выходах выпрямителей 30,31, 32 преобразуются в постоянные напряжения 49, 50, 51 и через ключи 34, 35, 36 и промежуточиый сумматор 37 ячейки ИЛИ 33 подаются в узел сравнения 19 задающего напряжения и напряжения с выхода измерительного органа 4. Ключи 34, 35, 36, замыкаются выходными напряженкя « 2, 53, 54 распределителя импульсов 40 и из напряжений 49, 5О, 51 выбираются участки напряжений 55, 56, 57 при суммировании которых на выходе промежуточного сумматора 37 формируется ступенчатое задающее напряжение 58. Сигнал ощибки 59, полученный в результате вычитания из задающего напряжения 58 сигнала обратной связи 48 на выходе узла сравнения 19 подается на управляющий вход широтно-импульсного модулятора 38. При его сравнении с на-, пряжением 6О (например, треугольным/, генерируемым широтно-импульсным модулятором 38, на выходе ШИМа 38 возникгиот прямоугольные импульсы напряжения 61, поступающие на управление регулирующим органом 1. Ширина импульсов 61 определяет глубину модуляции Сетевого напряжения регулирующим органом. Таким образом, предложенный источник питания переменным напряжением позволяет значительно повысить быстродействие регулирования выходного напряжения. Оно определяется запаздьшанием в контуре обратной связи, равным полупериоду выходного напряжения задающего генератора.

В результате сравнения двух ступечато-изменяющихся напряжений сигнал ошибки получается в виде сглаженного постоянного напряжения. Увеличение быстродействия регулирования повышает точность стабилизации выходного напряжения.

Формула изобретения

Источники питания переменным напряжением, содержащий регулирующий орган, входом подключенный к входным выводам, выходом через фильтр - к выходным выводам, а управляющим входомк выходу высокочастотного широтно-импульсного модулятора,:тактовым входом J подсоединенного к выходу задающего генератора, управляющий вход которого подключен к входным выводам, а управляющий вход высокочастотного широтно-импульсного модулятора подсоединен к выходу узла сравнения, входами подключенного к соответствующим выходам источника задающего напряжения и измерительного органа, входом подключенного к выходу суммирующего органа, о т л и ч а ющ и и с я тем, что, с целью повышения быстродействия и точности стабилизации, измерительный орган выполнен в в;аде выпрямителя, сумматора с двумя входами

И двух одинаковых каналов, каждый из которых состоит из интегратора с памятью, входом подключенного через первый последовательный ключ к выходу выпрямителя, а выходом, зашунтированным параллельным ключом, подсоединенным управляющим входом к выходу формирователя импульсов - ко входу соглаоующего блока, выход которого через другой последовательный ключ соединен с одним из входов упомянутого сумматора, а источник задаюйдего напряжения состоит из стабилизатора постоянного напряжения, инвертора, по крайней мере, двух двухполупериодных выпрямителей ячейки ИЛИ и распределителя импульсов, причем выход стабилизатора постоянного напряжения через инвертор и двухполупериодные выпрямители подключен к соответствующим входам ячейки ИЛИ, выход которой подключен к выходу источника задающего напряжения, а управляющие входы подсоединены к выходам распределителя импульсов, при этом цепи управления последовательных ключей, ключевых элементов инвертора, а входы формирователей импульсов и распределителя импульсов подключены к соответствующим выходам задающего генератора .

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 404172, кл. G 05 F 1/38, 1973.

2.Патент США № 3564394,

кл. G 05 F 1/44, Кл. 323-22, 1969.