Способ автоматического регулированияпОСТОяННОгО НАпРяжЕНия и уСТРОйСТВОдля ЕгО ОСущЕСТВлЕНия Советский патент 1981 года по МПК G05F1/52 H02M7/04 H02M3/10 

кой первого трансформатора через диоды и ключевой элемент. Выходом ключа является вторичная обмотка второго трансформатора, а управляющий вход ключевого элемента подклю.чен к выходу широтно-импульсного мо дулятора 5. При автоматическом регулировании напряжения ошибка в системах стаби1лизации постоянного напряжения сводится к нулю при астатическом регулировании. Однако такой способ не позволяет реализовать астатическое регулирование. Цель изобретения - повышение точ ности выходного напряжения путем ре ализации астатического регулировани Поставленная цел) достигается пу тем формирования дополнительного знакопеременного напряжения прямоугольной формы с удвоенной амплитудой по отношению к выходному напряж нию ключа, вычитания из этого допол нительного напряжения Знакопеременного напряжения, полученного после инвертирования, и осуществления широтно-импульсной модуляции в функ ции полученной разности. В устройстве, реализующем.способ силовые входные выводы широтно-импульсного модулятора подключаются между концами последовательно соеди ненных обмоток первого и второго трансформаторов. Кроме того, широтно-импульсный мо дулятор выполнен в виде двух магнитносвязанных посредством общей обмотки управления дросселей, каждый из которых включен между упомянутыми концами последовательно соединенных обмоток трансформаторов, а выход мод лятора образован концами разных трансформаторов, при этом могут быть использованы как дополнительно введенные обмотки разных трансформаторо так и дополнительно введенная обмотка второго трансфо зматора и вторична обмотка первого трансформатора. В варианте с использованием и тегральной широтно-импульсной модуля ции модулятор выполнен в виде одноФазного инверторного моста на транзисторах, причем входы транзисторов образуют силовые входные выводы широтно-импульсного модулятора, в одну диагональ моста включен конденсатор, а другая диагональ образует входные управляющие выводы модулятора, модул тор целесообразно выполнять на транзисторах разного типа проводимос ти, базы транзисторов разной стойки объединяют между собой и вместе с точками объединения эмиттеров транзисторов образуют силовые входные выводы широтно-импульсного модулятора. На фиг. 1 показана структурная схема системы автоматического регулирования, реализующая предлагаемый способ; на фиг. 2 - временные диаграммы напряжений в системе; на фиг. 3 - принципиальная схема соединений узлов инвертор - ключ .- модулятор предлагаемого устройства с магнитным модулятором ширины импульсов; на фиг. 4 - принципиальная схема соединений узлов инвертор - ключ - модулятор предлагаемого устройства с использованием интегральной широтноимпульсной модуляции. Входное постоянное напряжение инвертируется с помощью инвертора (генератора) 1 (фиг.1). На выходе инвертора получают знакопеременное напряжение и (фиг. 2) прямоугольной, формы. После регулирования этого напряжения с .помощью ключа 2 переменного тока (фиг.1) получают знакопеременное напряжение Uj прямоугольной формы с регулируемой длительностью импульсов. Ключ 2 при этом должен замыкаться и размыкаться с частотой в два раза большей частоты инвертирования. Формируют дополнительное знакопеременное напряжение 2U2. (фиг.2) прямоугольной формы с удвоенной амплитудой по отношению к выходному напряжению U2 ключа. Из дополнительного знакопеременного напряжения 2и2. вычитают знакопеременное напряжение U, полученное после инвертирования, и осуществляют широтно-импульсную модуляцию в функции этой разности U/, т.е. разности напряжения 21) и напряжения U. . Управление ключом 2 от модулятора 3 неполное, т.е. модулятором происходит только выключение ключа, а включение обеспечивается ключом самостоятельно в момент изменения полярности напряжения U. Знакопеременное напряжение Uj с выхода ключа 2 преобразуют в выходное постоянное. Такое преобразование может быть реализовано в блоке 4, либо путем непосредственного выпрямления напряжения 1)2, либо путем усиления напряжения U2 по мощности и выпрямления. Выпрям ленное напряжение фильтруют, получая тем самым выходное напряжение Uj,. Последнее сравнивают с заданным напряжением Ug и отрабатывают полученный сигнал рассогласования U с помощью широтно-импульсной модуляции (фиг.1). Из временных диаграмм следует, что изменение полярности напряжения Л ff. по времени совпащает с задним фр;оьтом импульсов напряжения Ua.. Так как задний фронт импульсов определяется модулятрром 3 в функции напряжения Uj, то в установившемся режиме при любой длительности импульсов напряжения и2 отключение ключа 2 происходит в момент спустя полпериода после изменения полярности напряжения Ur. Отсюда, в установившемся режиме ;.хгнал рассогласования Uy яв ляется постоянной величиной не зависящей от длительности импульсов, напряжения i, и от нагрузки, прикладываемой на выходе системы регулирования. Следовательно, предлагаелий способ позволяет реализовать астатическое регулирование. Возьмем длительность первого усло нопринятого импульса напряжения. U V-t;o+ а ), (1) где - длительность предыдущего импульса напряжения Uj, а - постоянная, зависящая от коэффициента передачи модулятора;лУ - отклонение управляющего на пряжения у модулятора или сигнала рассогласования от номинального (за номинальное значение принято такое значение управляющего напряжения, при котором длительность импульсов не изменяется) ; t - время. Длительность второго импулЬса ,+ , (t) - - (2) Длительность третьего импульса а i,- 1Ц, (t) и п-го импульса a-AU.,(t). Подставим значение т;,, из урав-нения (1) в (2) и полученное значение 2. из (2) в СЗ) последовательно полу чим о и Э -ли,, (t). При большой частоте инвертирования приближенно можно принять ТР, а- -uU,,(t)dt . (5) Последнее уравнение показывает, что длительность импульсов напряжени и, и, следовательно, величина напряжения и на выходе, системы зависит не от величины сигнала рассогласования Uy, а от интеграла отклонения сигнала рассогласования от номинального значения, что позволяет реализевать астатическое регулирование. Характерной чертой предлагаемого астатического регулирования является то, что при его реализации отпадает проблема синхронизации частот, так как частота следования импульсов напряжения Кд всегда равна частоте инвертирования. Таким образом создаются новые возможности астатического регулирования. В устройстве (фиг.3,4) ключ переменного тока выполнен на двух трансФорматорах, первый из которых подключен К инвертору 1, первичная обмотка второго связана со вторичной обмоткой первого трансформатора через диоды 5 и 6 и ключевой элемент 7. Входом ключа является первичная обмотка первого трансформатора, т.е. трансформатора 8, выходом ключа вторичная обмотка второго трансформатора, т.е. трансформатора 9. Силовые входные выводы широтно-импульсного модулятора подключены между концами последовательно соединенных обмоток 10 и 11, и аналогично меяаду концами ,обмоток 12 и 13. Обмотки 10 и 12 являются обмотками трансформатора 8, обмотки 11 и 13 - трансформатора 9. Формирование дополнительного знакопеременного напряжения происходит в обмотках 11 и 13. Для этого ЭДС в этих обмотках быть по амплитуде в два раза больше, нежели в обмотках 10 и 12. Вычитание знакопеременного напряжения, полученного после инвертирования, из дополнительного напряжения происходит путем вышеуказанного последовательного включения обмоток 10, 11 и 12, 13 с учетом полярностей ЭДС. Для поддержания напряжения в трансформаторе 9 во время паузы равным нулю используется отсекающая ЭДС и диод 14. При закрытом ключевом элементе 7 через вторичную обмотку трансформатора 8, диод 5 или б, первичную обмотку трансформатора 9 и через диод 14 проходит ток, обеспечивающий постоянство магнитного потока трансформатора 9. Напряжения, снимаемые с выходных обмоток трансформатора 8, должны быть рав.ны сумме отсекающей ЭДС и падений напряжений в прямом направлении на диодах 14 и 5 {или 6). В устройстве с магнитным широтноимпульсным модулятором {фиг.З) модулятор 3 выполнен в виде двух магнитносвязанных посредством общей обмотки управления дросселей, один из которых включен между концами последовательно соединенных обмоток 10 и 11, а другой - между концами последовательно соединенных обмоток 12 и 13. Выход модулятора образован концами 10-13. В качестве обмоток 10 и 12 могут быть использованы дополнительные обмотки трансформатора 8. Ключевой элемент 7 открывается в момент измерения полярности напряжения 0 напряжением, подаваемым с обмоток 11 и 13. Ток базы транзистора (элемента 7) огрс ничивается резистором 15. При насыщении очередного сердечника модулятора 3 элемент 7 запирается напряжением обмоток 10 и 12. Допустим, что в один из полупериодов полярность напряжения такова, что открыт диод 16, элемент 7 открыт. При насыщении в этом полупериоде сердечника 17 к базе транзистора будет приложено напряжение полож11тель-ной полярности и произойдет запирание транзистора. Так как к рабочим обмоткам магнитного модулятора будет приложено знакоперемен ное напряжение 0, фаза которого та кова, что изменение его полярности совпадает с заданным фронтом выходных импульсов, то В системе автоматического регулирования в установившемся режиме ток обмотки управления дросселей будет такой величины, что сердечник будет насыщаться в течение полупериода после изменения полярности напряжения U. Отсю|Да, в установившемся режиме управля щий сигнал модулятора (ток обмотки управления дросселей),-/ являющийся сигналом рассогласования системы ав томатического регулирования, будет постоянной величины, независящей от длительности иI шyльcoв напряжения и, т.е. уравнения (1)-{5) справедл вы, а значит предлагаемое устройств позволяет регшизовать астатическое регулирование. В устройстве (фиг.4) с интеграль ной широтно-импульсной модуляцией ключевой элемент 7 открывается при помощи транзистора 18, а последний при помощи резистора 19. Модулятор содержит интегрирующий конденсатор 20 и выполнен в виде однофазного ин верторного моста на транзисторах 21-24. В одну диагональ моста включен конденсатор 20, а другая диагональ моста образует входные управляющие выводы модулятора. Модулятор целесообразно выполнять на транзисторах разной проводимости. В этом случае базы транзисторов 21 и 22 разной стойки объединены между собо и вместе с точками объединения эмит теров этих же транзисторов образуют силовые входные выводы широтно-импульсного модулятора. Аналогично ба зы транзисторов 23 и 24 объединены между собой и вместе с точками объединения эмиттеров образуют силовые входные выводы модулятора. Один иэ управляющих выводов модулятора чере разделительный диод 25 соединен и переход база-эмиттер транзистора 18 со стабилитроном 26, другой вывод с корпусом. в зависимости от полярности, знакопеременного напряжения U, определяемого разностью напряжений обмоток 10 и 11, а также 12 и 13, открыты диагонально расположенные транзисторы 21 и 24 или 22 и 23. Под действием входного управляющего тока 1у модулятора, являющимся в системе автоматического регулирования сигналом рассогласования, напряжение на конденсаторе 20 постепенно изменяется в интервале от -и. до +Uon, где UOD - опорное напряжение стабилитрона 26. Каждый раз, когда напряжение на конденсаторе достигает по абсолют ной величине значения Uon/ открывается диод 25 и закрываются транзисторы 18 и 7. С этого момента до конца полупериода транзисторы поддерживаются в закрытом состоянии при помощи резистора 27. Так как конденсатор 20 в установившемся режиме будет перезаряжаться в .течении полупериода, то в системе автоматического регулирования управляющий ток,iy модулятора будет постоянной величиной, независимо от длительности импульсов напряжения на выходе ключа переменного тока и нагрузки , приложенной к выходу системы регулирования. Здесь уравнения (1)-(5) так же справедливы с той лишь особенностью, что сигналом рассогласования является не напряжение, а управляющий ток модулятора. Следовательно, пред/1агаемое устройство с интегральной широтно-импульсной модуляцией также позволяет реализовать астатическое регулирование. Формула изобретения 1.Способ автоматического регулирования постоянного напряжения путем инвертирования входного постоянного напряжения, широтно-импульсного регулирования с помощью ключа, полученного в результате инвертирования знакопеременного напряжения прямоугольной формы, преобразования знакопеременного напряжения в выходное постоянное-, его фильтрации, сравнения выходного напряжения с заданным и отработки полученного сигнала рассогласования посредством широтно-импульсной модуляции, отличающийся тем, что, с целью повышения точности путем реализации астатического регулирования, формируют дополнительное знакопеременное напряжение прямоугольной форг/ы с удвоенной амплитудой по отношению к выходному напряжению ключа, вычитают из этого дополнительного напряжения знакопеременное напряжение, полученное после инвертирования, и осуществляют широтно-импульсную модуляцию в функции этой разности. . 2.Устройство для осуществления способа регулирования по п.1, содержащее последовательно соединенные инвертор, ключ переменного тока,. выпрямитель, фильтр, а также широтно-импульсный модулятор с силовыми и управляющими входными выводами/ выход которого подключен к управляющём входу ключа переменного тока, . причем ключ переменного тока выполнен на двух транс.форматорах, первый из которых подключен к инвертору, первичная обмотка второго связана со вторичной обмоткой первого трансформатора через диоды и ключевой элемент, причем выходом ключа является вторичная обмотка второго трансформатора, а управляющий.вход ключевого элемента подключен к выходу широтно-импульсного модулятора, отличающееся тем, что сй лОвые входные выводы широтно-импульс ного модулятора подключены между концами последовательно соединенных обмоток первого и второго трансформа торов . 3.Устройство по 11.2, отличающееся тем, что широтноимпульсный модулятор выполнен в виде двух магнитносвязанных посредством общей обмотки управления дросселей/ каждый из которых включен между упоз мянутыми концами последовательно соединенных обмоток трансформаторов, а выход модулятора образован концами обмоток разных трансформаторов, 4.Устройство по п.З, отличающееся тем, что выход модулятора образован концами дополнитель но введенных обмоток разных трансформаторов . 5 . Устройство по п.З, отличающееся тем, что выход модулятора образован концами, дополнитель ных обмоток второго трансформатора и средней точкой вторичной обмотки первого трансформатора. , о б. Устройство по п.2, о т л и чающееся тем, что широтно-импульсный модулятор выполнен в виде однофазного инверторного моста на транзисторах, причем входы транзисторов образуют силовые входные выводы широтно-импульсного модулятора, в одну диагональ моста включен конденсатор, а другая образует входные управляющие выводы модулятора. 7. Устройство по п.б, отличающееся тем, что модулятор выполнен на транзисторах разного типа проводимости, базы транзисторов разных стоек которого объединены между собой и вместе с точками объединения эмиттеров транзисторов образуют силовые входные выводы широтно-импульсного модулятора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР №292203, кл; Н 02 М 3/02, 1968. 2.Авторское свидетельство СССР №338975, кл. Н 02 М 3/10, 1969. 3.Авторское свидетельство СССР №131791, кл. Н 03 К 7/08, 1966. 4.Авторское свидетельство СССР №163262, кл. Н 02 М 7/04, 1969. 5.Авторское -свидетельство СССР №251665, кл. Н 02 М 7/04, 1968.

Й/г.З

V-jcW

12

W

2i

+

/3