Преобразователь переменногоНАпРяжЕНия B пОСТОяННОЕ Советский патент 1981 года по МПК H02M7/537 

1

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в стабилизированных источниках питания для улучшения их динамических свойств.

Известны преобразователи переменного напряжения в постоянное, выполненные в виде стабилизированных источников электропитания с бестрансформаторным входом р - З.

Низкое быстродействие этих преобразователей при обработке изменений входного напряжения обусловлено тем, что вход блока обратной связи подключен к выходному фильтру, имеющему большую постоянную времени .

Наиболее близким по техническому решению является преобразователь, содержащий соединенные последовательно низкочастот 1ый выпрямитель, сглаживающий фильтр, инвертор, разделительный трансформатор, высокочастотный выпрямитель и фильт -), С1бразующий

выход преобразователя, а также систему управления инвертором, содержащую соединенные между собой блок формирования управляющих напряжений и блок обратной связи, состоящий из узла сравнения и источника опорного напряжения, подключенного к одному из входов узла сравнения, причем второй вход узла сравнения подключен к выходу преобразователя |;4.

Недостатком такого преобразователя являются низкие динамические ха - рактеристики при воздействии па него возмущающих воздействий со стороны входного напряжения. Низкие динамические характеристики обусловлены тем, что вход системы управления подключен неносредственно к выходу преобразователя, после сглаживающего ф}щьтра, постоянная времени которого выбирается из условия сглаживания пульсаций выходного напряжения и, следовагельно, должна

быть в несколько раз больше периода выходного напряжения инвертора.

Целью изобретения является улучшение динамических характеристик преобразователя путем повышения быстродействия отработки возмущающих воздействий, а так же повышения быстродействия преобразования.

Достигается это тем, что в преобразователе, содержащем соединенные последовательно низкочастотный вьшрямитель, сглаживающий фильтр, инвертор,, разделительный трансфор матор, высокочастотный выпрямитель и фильтр, образующий выход преобраэователя, а также систему управления инвертором, содержащую соединенные между собой блок формирования управляющих напряжений и блок обратной связи,состоящий из узла сравнения и источника опорного напря жения, подключенного к одному из входов узла сравнения, а также измерительньй орган, выходом подключенный к второму из входов, подключан непосредственнок выходу высокочастотного выпрямителя.

В описанном преобразователе мог бы найти применение измерительный орган, реализующий принцип высокочастотного опроса, содержащий послдовательно соединенные управляемьй генератор тока конденсатор со схем разряда, а также схему синхронизации (5 J и 6 j . Выходной, величиной этого устройства является частота следования импульсов, несущая информацию о величине измеряемого напряжения. При использовании такого измерительного органа в описанном преобразователе необходим преобразователь частоты следования импульсов постоянное напряжение для сравнения его с постоянным опорным напряжением.

Измерительный орган преобразователя содержит последовательно соединенные управляемый генератор тока конденсатор со схемой разряда, а также схему синхронизацшц дополнительно снабжен последовач-ельно соединенными меткду собой пиковьгм детектором и схемой запоминания, выход которой образует выход измерительного органа, причем к управляющему входу схемы запоминания подключен выход схемы синхронизации, а входы управляемого генератора тока.

схемы разряда и схемы синхронизации объединены и образуют вход измерительного органа.

На фиг.1 представлена структурна схема предлагаемого преобразователя на фиг.2 - схема измерительного органа; на фиг.З - диаграммы, пояснющие принцип работы измерительного органа при разомкнутой цепи обратно связи; на фиг.А - то же, при замкнутой цепи обратной связи.

Предлагаемый преобразователь переменного напряжения в постоянное содержит соединенные последовательн низкочастотный выпрямитель 1, сглаживающий фильтр 2, инвертор 3, раздлительный трансформатор 4, высокочастотный выпрямитель 5 и сглаживающий фильтр 6, образующий выход преобразователя 7, а также систему управления инвертором 8, содержащую соединенные между собой блок формирования управляющих напряжений 9 и блок обратной связи 10, состоящий из узла сравнения 1 и источника опорного напряжения 12, подключенного к одному из входов узла сравнения П, а также измерительный орган 13, выходом 14 подключенный к второму из входов узла сравнения 11. Вход 15 измерительного органа 13 подключен к выходу высокочастотного вьтрямителя 5. Измерительный орган 13 содержит соединенные последовательно уйравляемый генератор тока 16, конденсатор 17 со схемой разряда 18, а также схему синхронизации 19 и соединенные между собой последовательно пиковый детектор 20 и схему запоминания 21, выход которой образует выход 14 измерительного органа 13..К управляющему входу 22 схемы запоминания 21 подключен, выход схемы синхронизации 19, а входы управляемого генератора тока 16, схемы разряда 18 и схемы синхронизации 19 объединены и образуют вход 15 измерительного органа 13.

Рассмотрю принцип работы измерительного органа.

Дпя наглядности рассмотрим сначала его работу при разомкнутой цепи обратной связи преобразователя. В этом случае на вход 15 измерительного органа 13 с выхода высокочастотного выпрямителя 5 поступают последовательность импульсов 23 с постоянной скважностью (допустим, равной 2), амплитуда которых определяется величиной напряжения на входе инвертора 3. Ток на выходе управляемого генератора тока 16 прямо пропорционален амплитуде импульсов 23, поэтому скорость заряда конденсатора 17 также прямопропорци ональна амплитуде импульсов последо вательности, импульсов 23. За время действия каждого импульса конден сатор 17 заряжается до напряжения, величина которого соответствует среднему значению напряжения импульса. На вход схемь разряда 18 .поступает последовательность импуль сов 23. При нулевом потенциале на входе схемы разряда 18 (т. е . во вре мя паузы между импульсами импульсно последовательности 23} конденсатор 17 быстро разряжается и схема разря да 18 поддерживает на нем нулевое напряжение до прихода следующего импульса импульсной последоватедьНОСТИ23.В результате на конденсаторе I7 формируется импульсное напряжение 24, причем амплитуда каждого из импульсов импульсного напряжения 24 пропорциональна среднему значению напряжения соответствующего импульса 23. Импульсное напряжение 24 поступает на вход пикового дет-ектора 20. Напряжение 25 на выходе пикового детектора 20 повторяет до форме напряжение на конденсаторе 17 в периоды 35

его заряда. После разряда конденсатора 17 напряжение 25 на выходе пикового детектора 20 уменьшается из-за разряда емкости пикового детектора 20, вследствие неидеальности эленентов схемы (более того, такой разряд может быть предусмотрен специально),

На вход схемы синхронизации 19 подается последовательность импульсов 23. Схема синхронизации 19 форми рует напряжение 26 в виде коротких импульсов 27, совпадающих с задними фронтами импульсов импульсной последовательностз 23, а длительность их значительно .например, на 2 порядка) меньше длительности импульсов последователноети импульсов 23.

Выходное напряжение 25 пикового детектора 20 поступает на вход схемы запоминания 21, на управляющий вход 22 которой .подаются импульсы 27 последовательности импульсов 26 с выхода схемы синхронизации 19. При

сов напряжения 31 на его выходе стремятся к постоянной величине, йа выходе схемы синхронизации вырабатывается напряжение 32. На выходе схемы зaпo шнaния 21 при .этом вырабатывается постоянное напряжение 33, соответствующее среднему значени напряжения импульсов прследовательности импульсов 29,

При отклонении среднего значения напряжения на выходе высокочастотного выпрямителя 5 от постоянного значения изменение напряжения 33 на выходе 14 измерительного органа 13 происходит с задержкой во времени, не превьшающей 1/2 периода выходкого напряжения инвертора 3. На пример, при частоте преобразования, равной 20 кГц, задержка составляет не более 25 мкс и время отработки возмущающих воздействий предлагаемым преобразователем определяется этой |цифрой. 4 этом на выходе схемы запоминания 21 формируется напряжение 28, амплитуда которого изменяется дискретно (изменение аьтлитуды происходит при поступлении на управляющий вход 22 каждого импульса 27 последовательности импульсов 26) в соответствии с изменением амплитуды импульсов напряжения 25. Таким образом, на выходе 14 измерительного органа 13 вырабатьгеается напряжение 28, амплитуда которого соответствует среднему значению напряжения каждо о из импульсов импульсной последовательности 23, поступающей на вход 15 измерительного органа 13 с выхода высокочастотного выпрямителя 5. При замкнутой цепи обратной связи происходит стабилизация среднего значения выходного напряжения преобразователя. Например, при увеличении напряжения, поступающего на вход инвертора 3, увеличивается амплитуда импульсов импульсной последовательности 29 на выходе высокочастотного выпрямителя 5. При, этом длительность импульсов уменьшается. Скорость заряда конденсатора 17 увеличивается, так как увеличивается выходной ток управляемого генератора тока 16, однако время заряда уменьшается. Поэтому амплитуды импульсов- последовательности 30 на входе пикового детектора 20 и импульПодключение входа измерительного органа к выходу высокочастотного выпрямителя, а также введение в измерительный орган пикового детектора и схемы запоминания позволило значительно повысить динамические характеристики заявляемого преобразователя по сравнению с прототипом. Так, если в прототипе при частоте выходного напряжения инвертора равной 20 кГц время отработки возмущающих воздействий определяется посто янной времени -выходного сглаживающе фильтра, которая выбирается в 10-15 раз больше периода выходного напряжения инвертора (для обеспечения достаточного сглаживаршя этого напр женин), что составляет 500-750 мкс, в предлагаемом техническом решении быстродействие определяется времене задержки формирования среднего знач лдая выходного напряжения, которое равно 25 МКС, Формула изобретения 1, Преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий соединенные последовательно низ кочастотный выпрямитель, сглаживающий фильтр, инвертор, разделительный трансформатор, высокочастотный выпрямитель и фильтр, образующий выход преобразователя, а также систеьгу управления инвертором, содержа щую соединенные между собой блок фо мйрования управляющих напряжений и блок обратной связи, состоящий из узла сравнения и источника опорного напряжения, подключенного к од ному из входов узла сравнения, а также измерительный орган, выходом подключенный к второму из вх.одов узла сравнения, отличающий с я тем, что, с целью улучшения динамических характеристик преобразователя путем повышения быстродей,ствия отработки возмудающнх воздействий со стороны сети переменного тока, вход измерительного органа подключен к выходу высокочастотного выпрямителя. 2. Преобразователь по п,1, измерительньм орган которого содержит последовательно соединенные управляемый генератор тока, конденсатор со схемой разряда, а также схему синхронизации, отличающийс я тем, что, с целью повьшения быстродействия преобразователя, он дополнительно снабжен последовательно соединенными между собой пиковым детектором и схемой запоминания, выход которой образует выход изме.рительного органа, причем к управляющему входу схемы запоминания подключен выход схемы синхронизации, а входы управляемого генератора тока, схемы разряда и схемы синхронизации обьединены и образуют вход измери- . тельного органа. Источники информации, принятые во внимание при зкспертизе 1.Вересов Г. П., Смуряков Ю, Л. Стабилизированные источники питания радиоаппаратуры.- М., Энергия, 1978, с.28. 2.Скубко В. А., Мельников А. В. Метод анализа и расчета электрических характеристик вторичных источников электропитания с промежуточным преобразованием частоты. В кн. Проблемы миниатюризации и унификации ВИП РЭА. М., 1979, с. 35. 3.Гальс Б. К., Булык В. М. Миниатюризация и унификация ВИП периферийных устройств ЭВМ, В кн.Проблемы миниатюризации и унификации ВИП РЭА. -М.,- 1979, с. 140-145, 4.Гулый В, Д., Жуйков В, Я. Устойчивость устройства электропитания с широтно-импульсной модуляцией. В кн. Методы и средства преобразования параметров электрической энергии. Киев, Наукова думка, 1977, с. 57 (прототип), 5.Мартяшин А. И., Шахов Э,К., Шляндин В. М. Преобразователи электрических параметров для системы контроля и измерения, М,, Энергия. 1976, с, 141. 6.Тычино Преобразователи напряжения в частоту, М,, Энергия, 1972, Массовая радиобиблиотека. Вьш. 808. с. 1 1-15,

/J

Л

А

..fL,- -t ..- . -f- Д

JO

Jf

32

Фаг.