Ключевой стабилизатор напряжения Советский патент 1981 года по МПК G05F1/56 G05F1/58 

(54) КЛЮЧЕВОЙСТАБИЛИЗАТОР i АПРЯЖ1лП Я

I

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве стабилизатора напряжения питания двигателя постоянного тока.

Известен ключевой стабилизатор напряжения постоянного тока, содержащий регулирующий элемент, включенный последовательно с нагрузкой 1.

Недостатком известного стабилизатора является низкий КПД.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является стабилизатор напряжения, содержащий соединенные последовательно датчик тока и регулирующий элемент; управляющий вход которого подключен к выходу усилителя мощности, выход соединен с выходным выводом, одним из входов времязадающего блока и входом узла сравнения, выход которого подключен к одному из входов запирающегося ключа, выходрм соединенного с одним из входов усилителя мощности, другие входы запирающего ключа подключены к одному из выходов времязадающего блока и выходу первого блока сравнения, вход которого соединен с одним из выходов датчика тока, вход которого и один из входов усилителя мощности подключены к входному выводу 2.

Для обеспечения быстрого запуска двигателя нагрузки, указанный стабилизатор должен быть рассчитан на пусковой ток якоря, который для высокооборотных двигателей постоянного тока превыщает номинальный ток в 3-10 раз. Поэтому ток базы транзистора регулирующего элемента ключевого стабилизатора выбирается с учетом величины пускового тока якоря двигателя, что приводит к повышенным потерям мощности в ключевом стабилизаторе и, следовательно, к уменьшению его КПД и увеличению габаритов.

Цель изобретения - повышение КПД и уменьшение габаритов.

Поставленная цель достигается тем, что в ключевой стабилизатор напряжения, содержащий соединенные последовательно датчик тока и регулирующий элемент, управляющий вход которого подключен к выходу усилителя мощности, выход соединен с выходным выводом, одним из входов времязадающего блока и входом узла сравнения, выход которого подключен к одному из входов запирающего ключа, выходом соели ценного с одним из входов усилителя мощности, другие входы запирающего ключа подключены к одному из выходов вре.мязадающего блока и выходу первого блока сравнения, вход которого соединен с одним из выходов датчика тока, вход которого и один из входов усилителя мощности подключены к входному выводу, введены коммутатор, второй блок сравнения, блок усиления, блок памяти, развязывающий блок, блок синхронизации и блок дискретного изменения тока управления, причем выход последнего соединен с одним из входов усилителя мощности, один вход через последовательно включенные блок памяти, блок усиления и второй блок сравнения соединен с другим выходом лчатчика тока, другой вход через развязывающий блок гтодключен к другому выходу времязадающего блока, другой вход которого соединен через коммутатор с одним из выходов блока синхронизации, другой выход которого подключен к одному из входов запирающего ключа.

На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого стабилизатора; на фиг. 2 - одна из возможных реализаций стабилизатора.

Стабилизатор содержит регулирующий элемент 1, датчик 2 тока, нагрузку 3, усилитель 4 мощности, узел 5 сравнения (цепь отрицательной обратной связи), состоящий из LCD-фильтра 6, элемента 7 сравнения и усилителя 8 постоянного тока, запирающий ключ 9, первый блок 10 сравнения, времязадающий блок И, коммутатор 12, второй блок 13 сравнения, блок 14 усиления блок 15 памяти, развязывающий блок 16, блок 17 синхронизации, блок 18 дискретно1-о изменения тока управления.

Устройство работает следующим образом.

Для осуществления стабилизации среднего значения выходного импульсного напряжения постоянного тока выходное напряжение стабилизатора попадает на вход узла 5 сравнения (цепь отрицательной обратной связи) в котором сначала сглаживается LCD-фильтром 6, затем элемент 7 сравнения выделяет разность между выходным напряжением и. эталонным. Эта разность, усиленная усилителем 8 постоянного тока, воздействует на запирающий ключ 9, который управляет усилителем 4 мощности, изменяя длительность включенного состояния регулирующего элемента 1 так, что среднее значение выходного импульсного напряжения постоянного тока остается неизменным с определенной степенью точности, зависящей от коэффициента усиления цепи отрицательной обратной связи. Времязадающий блок 11 задает частоту переключения регулирующего элемента 1 при отсутствии синхронизирующих импульсов блока 17 синхронизации.

При запуске двигателя постоянного тока, ток, протекающий через датчик 2 тока, превышает номинальный, причем второй блок 13 сравнения обеспечивает срабатывание блока 14 усиления уже при токе якоря в 1,5 раза превыщающем номинальный ток (при этом обеспечивается насыщение открытого транзистора регулирующего элемента I). Блок 15 памяти запоминает входной сигнал по крайней мере, в течение двух периодов переключения регулирующего элемента 1 и воздействует на блок 18 дискретного изменения тока управления, на выходе которого появляется сигнал, соответствующий току базы открытого транзистора регулирующего элемента, достаточного для его насыщения при максимальном значении пускового гока якоря. Благодаря блоку 15 памяти в режиме пуска сигнал на выходе блока 18 дис кретного изменения тока управления будет присутствовать и в интервале закрытого состояния регулирующего элемента 1, поэтом} при его включении усилитель 4 .мощност будет иметь на выходе максимальный TOt базы, что уменьщает потери мощности при переключении транзистора регулирующего элемента 1. Отсутствие блока 15 памяти привело бы к тому, что в каждом периоде включение регулирующего элемента 1 начиналось бы током базы, соответствующим номинальному току якоря, а уже затем, когда ток через датчик 2 тока превысит величину, соответствующую уставке второго блока 13 0 сравнения сформируется сигнал блоку 18 дискретного изменения тока управления для изменения величины тока базы до максимального значения и так происходило бы каждый период.

По мере увеличения скорости вращения двигателя ток якоря начнет уменьщаться и когда его величина окажется меньще тока, соответствующего уставке второго блока 13 сравнения, блок 14 усиления выключится, через некоторое время, равное времени памяти блока 15 памяти, на его выходе исчезнет сигнал и на выходе блока 18 дискретного изменения тока управления появится сигнал, соответствующий току базы, который обеспечивает насыщение транзистора регулирующего элемента 1 при номинальном токе якоря.

Таким образом, на выходе блока 18 дискретного изменения тока управления формируются два уровня сигнала, соответствующие режимам запуска и номинальному.

В предлагаемом устройстве предусмотре0на также защита от перегрузок и коротких замыканий. При токе через регулирующий элемент 1 большей величины, соответствующей уставке первого блока 10 сравнения на вход запирающего ключа 9 подается сигнал, который, воздействуя на усилитель 4 мощности, изменяет длительность закрытого состояния регулирующего элемента 1 так, что амплитуда тока через датчик 2 тока не

првышает уровень, заданный первым блоком 10 сравнения. Частота переключения регулирующего элемента 1 при отсутствии синхронизирующих импульсов задается времязадающим блоком 11.

Для обеспечения неизменной частоты переключения регулирующего элемента в устройстве предусмотрен блок 17 синхронизации.

При каждом выключении транзистора регулирующего элемента 1 времязадающий блок 11 формирует сигнал, который через развязывающий блок 16 подается на вход блока 18 дискретного изменения тока управления, при этом на его выходе создается сигнал, соответствующий минимальному току базы регулирующего элемента 1. Это облегчает выключение регулирующего элемента 1.

Для обеспечения синхронизации устройства, независимо от состояния времязадающего блока 11, предназначен коммутатор 12, назначение которого - снимать сигнал со входа блока 18 дискретного изменения тока управления, воздействуя на времязадающий блок И.

Технико-экономическая эффективность цредлагаемого устройства состоит в том, что благодаря введенному блоку 18 дискретного изменения тока управления, ток базы транзистора регулирующего элемента 1 изменяется в зависимости от режима работы нагрузки двигателя постоянного тока. Это позволяет уменьщить мощность потерь в схеме управления и в регулирующем элементе. В результате повыщается КПД и уменьщают ся габариты радиаторов устройства. Кроме того, изменение построения структурной схемы устройства позволяет облегчить динамический режим его работы, уменьщив длительность фронтов переключения транзистора регулирующего элемента.

Формула изобретения Ключевой стабилизатор напряжения, содержащий соединенные последовательно датчик тока и регулирующий элемент, управляющий вход которого подключен к выходу усилитеоая мощности, выход соединен с вы-ходным выводом, одним из входов времязадающего блока и входом узла сравнения, выход которого подключен к одному из входов запирающего ключа, выходом соединено ного с одним из входов усилителя мощности, другие входы запирающего ключа подключены к одному из выходов времязадающего блока и выходу первого блока сравнения, вход которого соединен с одним из выходов датчика тока, вход которого и один из входов усилителя мощности подк.тючен к входному выводу, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД и уменьшения габаритов, в него введены коммутатор, второй блок сравнения, блок усиления, блок памяти, развязывающий блок, блок синхронизации и блок дискретного изменения тдка управления, причем выход последнего соединен с одним из входов усилителя мощности, один вход через последовательно включенные блок памяти, блок усиления и второй блок 5 сравнения соединен с другим выходом датчика тока, другой вход через развязывающий блок подключен к другому выходу времязадающего блока, другой вход которого соединен через коммутатор с одним из вых«дов блока синхронизации, другой выход которого подключен к одному из входов запирающего ключа.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

«Связь, 1970, с. 136, рис. 6. 22.

2.Авторское свидетельство СССР № 576571, кл. G 05 F 1/58, 1977.