Способ импульсной стабилизации напряжения постоянного тока Советский патент 1982 года по МПК G05F1/56 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в импульсных стабилизаторах постоянного на пряжения, работающих от источника постоянного тока с рёзкоменяющимся напря жением. Известны способы импульсной стабилизации напряжения постоянного тока, заключающиеся в обеспечении инвариант ности выходного напряжения стабилизатора к его входному напряжению путем сравнения сигнала пилообразной формы, формируемого с наклоном, пропорциональным входному напряжению, с сигналом постоянного тока и переключения си ловых ключей в момент равенства этих сигналов LI , 2 . Наиболее бпизким по технической сущности к предлагаемому является способ импульсной стабилизации постоянного напряжения последовательного стабилизатора, заключагацийся в сравнении сигнала пилообразной формы, формируемо го из входного напряжения, с сигналом постоянного тока и переключении силовых ключей в момент равенства этих сигналов 2 . Недостатком известного способа является невысокое быстродействие системы управления. Это объясняется сравнительно большой инерционностью формирователя пилообразного напряжения, осу-, ществляюцего процесс интегрирования входного напряжения с частотой переключения силового ключа. Из-за невысокого быстродействия системы управления реэкие изменения входного напряжения приводят к изменению выходного напряжения стабилизатора, что ухутсшает качество стабилизации выходного ншряжения. Цель изобретения .- улучшение качества стабилизации выходного напряжения. Поставленная цель достигается тем, wo в способе, закточаюшемся в обеспечении инвариантности выходного напряжения стабилизатора к его входному 1гапря3.В жению путем сравнения сигнала пилообра ной формы с сигтналом постоянного тока к перекгаочении силового кгпоча в момент равенства этих сигналов, сигнал постоянного тока формируют из входного на пряжения величиной, обратно пропорциональной этому входному напряжению, а сигнал пилообразной формы формируют с постоянным наклоном и постоянной амплитудой, равной величине сигнала постоянного тока минимальной величине входного напряжения. На фиг. 1 приведена структурная схема для осуществления предлагаемого способа; на фиг. 2 - временные диаграммы. Структурная схема содержит источни 1 питания, последовательно с которыми соединены силовой ключ 2,LC -фильтр 3, нагрузка 4, К источнику 1 питания подюпочен также канал 5 формирования сиг нала постоянного тока, содержащий формирователь 6 измерительного пилообразного напряжения, который управляется задающим генератором 7, нулзь-орган 8, на один из входов которого подается постоянное напряжение источника,9 эталонного напряжения, а на другой вход измерительное пилообразное напряжение с выхода формирователя 6. Выходом нул орган 8 подключен к входу фильтра 10, выход фильтра 10 соединен с одним из входов сумматора 11. Второй вход сумм тора 11 через датчик 12 выходного напряжения подютючен к выходному на прялтению стабилизатора. Выходной сигна сумматора 11 подается на один из входов нуль-органа 13, на второй вход которого подается сяюрнйе пилообразное напряжение с выхода формирователя 14. Управляется формирователь 14 от задаю щего 1енератора 7 через делитель 15 частоты. Нуль-орган 13 через усилитель 16 утправляе - работой силового ключа 2 На фиг. 1 и 2 приняты следукяцие обозначения: . и, входное напряжение стабилизатора;выходное напряжение стабилизатора;измерительное пилообразн напряжение на выходе фор мирователя 6; напряжение на выходе источника 9 эталонного напряжения;выходное напряжение нуль органа 8; высокий уровень выходного напряжения нуль-органа 8} выходное напряжение канала 5, формирования сигналапостоянного тока; выходное напряжение канала 5 формирования сигнала постоянного тока при минимальной величине входного напряжения; опорное пилообразное напря оп же1ше на выходе формирователя 14; амплитуды опорного пилоо&-. Мэп max разного напряжения; напряжение управления силовым ключом 2; время формирования измерительного пилообразного напряжения; период работы задающего/ генератора.. 7; период работы силового ключа 2; время включенного состояния силового ключа 2. В начале каждого периода работы заДающего генератора 7 входное напря жвние Ug,x подается на формирователь 6, формирующий пилообразное напряжение ИП с углом наклона cL пропорциональным JBX (фиг. 2,0). Измерительное пилообразное напряжение в нуль-органе 8 сравнивается с эталонным напряжением UJT источника 9 эталонного напряжения. Пока и 5 выходе нуль-органа 8 присутствует напряжение (фиг. 2,Б). При достижении пилообразным напряжением Upij. уровня Ugj срабатывает нуль-орган 8 и на его выходе устанавливается напряжение, равное нулю. В таком состоянии нуль-орган 8 остается до конца периода T . В конце периода Т, задающий генератор 7 осушестЕитяет сброс напряжения Uf, к нулю. При этом срабатывает нуль-орган 8 и на его выходе появляется напряжение UHO-T Далее процессы повторяются. Фильтр 10 выделяет среднее за период Т значение выходного напряжения нуль-органа 8. Выходное напряжение фильтра и является сигналом постоянного тока U . При этом величина сигнала постоянного тока Uj/ обратно пропорциональна величине входного напряжения U . Это вытекает из следующего: напряжение на выходе формиро-, ватепя б, осуществляющего процесс интегрирования входного напряжения Ugx определяется выражением о где К-, псютоянная величина. В момент време га t-t напряжение (J д уровня (фиг. 2,а). Для момента времени t можно записать t. ЭТ N dt (1) Частота задакщего генератора 7 выбра на достаточно высокой, поэтому входно напряжение стабилизатора на интервале вреыени О, t можно считать величиной постоянной. На основании этого и

и

эт

14)

.™.,

U

(J

ВХ

вх где K.i- постоянная величина.. Вьфажение (4) - это время в ф твсшш напряжения Ugv , а необходимо получяиъ калряжение управления в функции напряжек ш Ugx Это производится с помощью нуль-органа 8, подакЕцего на ккод фильтра 10 постоянное напряже ние на время t. Фильтр 1О вьще ляет среднее за период Т, значение при ложенного к нему напряжения. На выход фильтра 10 действует нап{мжение t.. Н01 Тй ПодстЕШИв выражение (4) в выражение (5), получим постоянная величина Из выражения (6) видно, что величин напрязкени: О обратно пропорциональная величине напряжения Ug Даяее напряжение UNJ через сумматор 3.1 поступает на вход нуль-органа 13, где сравниввт-ся с опорным пилообразНЫ1Л напряжением UQ, . Опорное пилообразное напряжение формируется с посто янным углом наклона (Ь и постоянной ам

«4nn.

постоянная

Вх oiin величгаа; Из выражений (7) и (8) следует, что

и„ плитудой UJJP д . На интервале времени O,,Uof, (фиг. 2,в) и на каждом интервале времени нуль-органа 13 через усишггель 16 обеспечивает включенное состояние силового ключа 2. В момент времени t г напряжение достигает уровня UN; и нуль-орган 13 через уси- литель 16 выключает силовой ключ 2, который остается выключенным до конца периода Тц (фиг. 2,t). Далее процессы повторяются. При этом выходное напряжение стабилизатора можно определить как среднее за период Тц . (I II , выx 6x--т- Из временной диаграммы (фиг. 2,с) можчо записать соотношение оп так вых оп гпах Подставив- выражение (9) выражение (б), получим .-U, их оп шах оп tttoiK т.е. выходное напряжение стабилизатора не зависит от входного. Временные диаграммы для Uexa Ug приведены на фиг. 2 штриховой линией. Частота преофазования в канале формирования сигнала постоянного тока выбирается в 40-50 раз выше частоты переключения силового ключа. Использование высокой частоты преобразования в канале формирования сигнала постоянного тока существенно уменьшает инерционность формирователя 6 и фильтра 10. Это позволяет сигналу постоянного тока практически без задериски изменяться при изменении входного напряжения Ug i что повышает быстродействие системы управления. Для реалйзадага принципа регулирования по отклонению, обесцечиваюшего высокую точность стабилизации в широком диапазоне изменения тока нагрузки и температуры, введен канал обратной связи, в который входит датчик 12 выходного напряжения. Сигнал с датчика 12 выходного напряжения поступает на вход

сумматора 11 и корректирует сигнал постоянного тока на входе нуль-органа 13. Сочетание принципа регулироват1я по возмущению с принципом регулирования по отклонению обеспечивает высо кую точность стабилизации и высокое качество выходного напряжения в широко диапазоне изменения тока нагрузки, температуры и входного напряжения.

Предлагаемый способ позволяет увеличить быстродействие системы управления, в результате чего резкие изменения входного напряжения не приводят к изменению вызЕ| дного напряжения, что улучшает качество выходного напряжения.

Формула изобретения

Способ импульсной стабилизации напряжения постоянного тока, заключающийся в обеспечении инвариантности выходного напряжения стабилизатора к его

входному напряжению путем сравнения сигнала пилообразной формы с сигнешом постоянного тока и переключении силового ключа в момент равенства этих сигналов, отлич ающийся тем, что с целью улучшения качества стабилизации выходного напряжения, сигнал постоянного тока- формируют из входного напряжения величиной, обратно пропорциональной этому входному напряжению, а сигнал пилообразной формы формируют с постоянным наклоном и постоянной амплитудой, равной величине сигнала постоянного тока при минимальной величине входного напряжения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 75638О, кл. G 05F 1/56, 198О;

2.Авторское свидетельство СССР № 54116О, кл. G05F 1/56, 1976 (прототип).

t