Устройство регулирования напряжения

 

1. УСТРОЙСТВО РЕГУЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ, содержащее контур дискретного регулирования, входом подключенный к входным выводам питания, выполненный на параллельно соединенных по входу коммутируемых двухтактных преобразовательных ячейках с прогрессивно распределенными числами витков первых выходных обмоток их трансформаторов, подключенных к первым двухполупериодным выпрямителям , которые по выходу соединены согласно и последовательно и подключены в соответствующей полярности к первому входному выводу питания JKOHTypa непрерывного регулирования Гс первым последовательным регулирующим транзистором, управляющий вход которого связан с входом усилителя .рассогласования, первый вход которого соединен с выходным выводоя,-а второй вход - с клеммой дпя подключения источника задающего напряжения. управляющие входы контура дискретного регулирования подключены к соответствующим выходам реверсивного с счетчика импульсов, входы сложения и вычитания которого связаны с соответствующими выходами трехпозиционного органа сравнения, а счетный вход соединен с выходом генератора тактовых импульсов, два пороговых входа трехпозиционно о органа сравнения соединены с соответствующими источниками эталонных напряжений, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства, трансформаторы преобразовательных ячеек снабжены fвторыми выходными обмотками, подключенными к введенным вторым двухполупериодным выпрямителям, которые по выходу соединены согласно и последовательно и подключены в противоположной полярности к второму входному выводу питания контура нёпре- -х рывного регулирования, образованного введенным вторым последовательным ре ,гулирзтащим транзистором противоположНого типа проводимости, управляющий вход которого связан:.с выходом усилителя рассогласования, управляющий н-i 00 вход трехпозиционного органа .сравнения соединен с выходом введенного суммирующего по модулю усилителя, входы которого подключены соответственно к первому и второму входным вы водам питания контура непрерывного регулирования. 2. Устройство по П.1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повьшения точности регулирования в окрестности нулевых значений, управляющие входы регулирующих транзисторов неп

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

bNI

РЕСПУБЛИН

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ВТОеСНОМЮ СвидктиЛьетвМ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (2i) 3519614/24-07 (22) 10.12.82 (46) 07.08.84. Бюл. N- 29 (72) В.E.Áîëòíåâ (71) Рязанский радиотехнический институт (53) 621.316.722.1(088.8) (56) 1. Горбач А.В., Гулянович Г.Н.

Интегрально-обридный многонапольный

"Советское радио",, 1975, 3ТВА, вып. 7, с. 45-49.

2. Болтнев В.Е. Широкодиапазонныи непрерывно-дискретный регулятор напряжения. Сборник электронного средства преобразования электрической энергии. И., ИНИИ и ТЭИ, 1982, с.4244. (54) (57) 1. УСТРОЙСТВО РЕГУЛИРОВАНИЯ

НАПРЯЖЕНИЯ, содержащ&е контур дискретного регулирования, входом подключенный к входным выводам питания, выполненный на параллельно соединенных по входу коммутируемых двухтакт ных преобразовательных ячейках с прогрессивно распределенными числами витков первых выходных обмоток их трансформаторов, подключенных к первым двухполупериодным выпрямителям, которые по выходу соединены согласно и последовательно и подклю" чены в соответствующей полярности к первому входному выводу питания контура непрерывного регулирования

)c первым последовательным регулирующим транзистором, управляющий вход которого связан с входом усилителя .рассогласования, первый вход которого соединен с выходным выводку,.а второй вход — с клеммой для подключения источника задающего напряжения

) управляющие входы контура дискретного регулирования подключены к соответствующим выходам реверсивного с счетчика импульсов, входы сложения и вычитания которого связаны с соответствующими выходами трехпозиционного органа сравнения, а счетный вход соединен с выходом генератора тактовых импульсов, два пороговых входа трехпозиционно о органа сравнения соединены с соответствующими источниками эталонных напряжений, о т— л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства, трансформаторы преобразовательных ячеек снабжены Ф. вторыми выходными обмотками, подключенными к введенным вторым двухполупериодным выпрямителям, которые по выходу соединены согласно и последовательно и подключены в противоо положной полярности к второму входному выводу питания контура непре- рывного регулирования, образованного введенным вторым последовательным ре,гулирующим транзистором противополож ного типа проводимости, управляющий вход которого связан:.с выходом усилителя рассогласования, управляющий звход трехпозиционного органа сравнения соединен с выходом введенного суммирующего по модулю усилителя, входы которого подключены соответственно к первому и второму входным выводам питания контура непрерывного регулирования.

2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повьппения точности регулирования в окрестности нулевых значений, управляющие входы регулирующих транзисторов неп»os»a рерывного контура регулирования под- денным источникам напряжений смещения ключены через резистивные цепи к вве- соответствующей полярности.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитания комплексов радиоэлектронной аппаратуры, в качестве модулирующих блоков технологических агрегатов и систем автоматического регулирования, в качестве широкодиапаэонных лабораторных источников раэнополярного напряжения, а также в качестве усилителей 10 сигналов произвольной, в частности гармонической, формы в ограниченной полосе частот.

Известно устройство высококачественного регулирования напряжения, ис- 15 пользующее принцип непрерывного регулирования, в котором с целью улучшения энергетических характеристик диапазон регулирования разбивается на зоны (участки), в каждой из которых 20 в активном (рабочем) состоянии находится отдельный (для каждой эоны) регулирующий элемент непрерывного действия, а переход из одной зоны в, другую осуществляется с помощью перек- -2S лючающих устройств 1 1.

Недостатком устройства является усложнение силовой цепи при расширении диапазона регулирования при сохранении высокого уровня КПД либо сни- щ жение КПД при неизменной сложности силовой цепи.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство, содержащее контур непрерывного регулирования, выполненный в виде соединенных по типовой схеме последовательного стабилизатора напряжения, регулирующего транзистора, сопротивления нагрузки, источника задающего (эталонного) напряжения, усилителя рассогласования и контур дискретного. регулирования, содержащий регулирующий орган дискретного действия, подключенный к входным зажимам и вы. полненный в виде коммутируемых ячеек (секций с прогрессивно распределенныии выходными напряжениями), управлякнцие (коммутирующие) входы которых

3 подключены к выходам соответствующих разрядов реверсивного счетчика импульсов, входные шины сложения и вычитания которого связаны с соответствующими выходами трехпозиционного органа сравнения, а счетчный вход подключен к выходу генератора тактовых импульсов. В общем случае регулирующий орган дискретного действия может быть выполнен по любой известной схеме, однако для широкодиапазонного регулирования из указанных вариантов наиболее целесообразно использование схем, реализующих суммирование выходных напряжений преобразовательных Ф ячеек (секций), во вторичной цепи регулирующий орган дискретного действия выполнен в виде соединенных параллельно по входу двухтактных, наприиер транзисторных, преобразовательных ячеек с прогрессивно распределенныии напряжениями выходных обмоток трансформаторов, нагруженных на двухполупериодные выпрямители, выходы которых соединены согласно и последовательно между собой, образуя общий выход регулирующего органа дискретного действия. В данном устройст- ве регулирующий транзистор контура непрерывного регулирования работает в узком диапазоне изменения напряжения, определяемом дискретностью изменения напряжения иа выходе контура дискретного регулирования, в связи с чем поддержание высокого уровня ЮЩ в иярокои диапазоне регулирования не требуе увеличения числа непрерывных регулирующих элементов(2 .

Недостатком известного устройства, ограничивающим функциональные возможности, является невозможность получения разнополярного регулируемого с плавныи переходом через нулевой уровень выходного напряжения, а также низкая точность регулирования в области значений выходного напря жеиия, близких к нулевому.

Целью изобретения является расширение функциональных воэможностей.

1107113

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве регулирования напряжения, содержащем контур дис ретного регулирования, входом подключенный к входным выводам питания, вы- полненный на параллельно соединенных по входу коммутируемых двухтактных преобразовательных ячейках с nporpect

:сивно распределенными числами витков первых входных обмоток их трансформаторов, подключенных к первым двухполупериодным выпрямителям, которые по выходу соединены согласно и последовательно и подключены в соответствующей полярности к первому входно- 15 му выводу питания контура непрерывного регулирования с первым последовательным регулирующим транзистором, управляющий вход которого связан с выходом усилителя рассогласования, первый вход которого соединен с выходными выводами питания и выходом контура непрерывного регулирования, а второй вход — с клеммой для подключения источника задающего напряжения, >5 управляющие входы контура дискретного регулирования подключены к соответствующим выходам реверсивного счетчика импульсов, входы сложения и вычитания которого связаны с соот- 30 ветствующими выходами трехпозиционного органа сравнения, а счетный вход соединен с выходом. генератора тактовых импульсов, два пороговых входа трехпозиционного органа сравнения соединены с соответствующими источниками эталонных напряжений," трансформаторы преобразовательных ячеек снабжены вторыми выходными обмотками, подключенными к введенным вторым двухполу- 40 периодным выпрямителям, которые по выходу соединены согласно и последовательно и подключены в противоположной полярности к второму входному выводу питания контура непрерывного регулирования, образованного введенным вторым последовательным регулирующим транзистором противоположного типа проводимости, управляющий вход которого связан с выходом усилителя 5О рассогласования, управляющий вход трехпозиционного органа сравнения соединен с выходом введенного суммирующего по модулю усилителя, входы которого подключены соответственно к пер- 5 вому и второму входным выходам дитания контура непрерывного регулирования.

Управляющие входы регулирующих транзисторов непрерывного контура регулирования подключены через резистивные цепочки к введенным источникам напряжений смещений соответствующей полярности.

На фиг. 1 приведена схема устройства регулирования напряжения; на фиг. 2 — вариант выполнения суммирующего по модулю усилителя.

Устройство содержит контур 1 непрерывного регулирования с первым регулирующим транзистором 2 h-ð-и типа проводимости, выходом соединенный с нагрузкой 3, источник 4 задающего (в общем случае произвольной формы) напряжения, подключенный к входу усилителя 5 рассогласования, другой вход которого соединен с выходом непрерывного контура 1 регулирования, контур 6 дискретного регулирования,, содержащий регулирующий орган 7 дискретного действия, соединенный с входными выводами 8 и 9 питания, управляющие входы которого подключены к выходам реверсивного счетчика 10 импульсов, входы сложения и вычитания которого подключены к выходам трехпозиционного органа 11 сравнения, а счетный вход к выходу генератора 12 тактовых импульсов, причем орган 7 дискретного регулирования содержит преобразовательные транзисторные ячейки 13 с выходными обмотками 14 трансформаторов 15, соединейных с первыми выпрямителями 16, вторые вы". ходные обмотки 17, соединены с вторыми выпрямителями 18, выходы выпрямителей подключены к входным выводам питания контура 1 непрерывного регулирования :,и входам суммирующего по модулю усилителя 19, выход которого подключен к органу 18 сравнения„ второй регулирующий транзистор 20 противоположного типа проводимости, управляющие входы регулирующих транзисторов 2 и 20 через цепочки смещения 21 и 22 соединены с выходом усилителя 5 рассогласования.

Суммирующий по модулю усилитель

19 (фиг. 2) содержит базовый операционный усилитель 23, неинвертирующий вход которого через резистор 24 подключен к коллектору транзистора 2, а его инвертирующий вход через резистор

25 подключен к коллектору транзистора 20. С помощью резисторов 26 и 27 совместно с резисторами 24 и 25 устанавливается требуемый коэффициент передачи усилителя. Оба входа операционного усилителя 23 шунтированы

1107

5 ключевыми транзисторами 28 и 29 с разным типом проводимости, базовые цепи которых через токоограничивающие резисторы подключены к выходу компаратора 30, неинвертирующий вход которого через суммирующие резисторы 31 и 32 подключен соответственно к коллекторам транзисторов 2 и 20.

Устройство работает следующим

10 образом.

Выходные напряжения на нагрузке 3 с помощью контура 1 непрывного регулирования с заданным коэффициентом пропорциональности отслеживает задаю- 15 щее напряжение. При отрицательном задающем напряжении в активном режиме находится транзистор 2 и транзистор

20 закры, при положительном состояние транзисторов меняется. Увеличение абсолютной величины выходного напряжения приводит к снижению падения напряжения на регулирующем транзисторе 2 или 20. При достижении падения напряжения на транзисторах 2 или

20, близком к напряжению насыщения,, сигнал управления на выходе усилителя

19 достигает порогового уровня, прн этом на выходе органа 11 появляется

"единичный" сигнал, разрешающий подачу импульсов тактового генератора на шину сложения счетчика 10. Каждый тактовый импульс, прошедший на шину сложения счетчика 10, увеличивает запасенный в нем код на единицу, вызывая соответствующее переключение преобразовательных ячеек !3, следовательно, к соответствующему ступенчатому увеличению модулей напряжений на выходах последовательных цепочек выпрямителей 16 и 18 на минимальную

40 величину, определяемую значением модуля выходного напряжения преобразовательной ячейки 13 младшего разряда.

Информацией управления в контуре .

45 дискретного регулирования является падение напряжения на открытом регулирующем транзисторе, но вследствие наличия двух регулирующих транзисторов с противощзложным знаками падения напряжения на них,в схему суммирующего по модулю усилителя l9 (фиг. 2) дополнительно введен компаратор 30, обеспечивающий устранение прохождения информации о падении напряжения на закрытом регулирующем транзисторе в контур дискретного регулирования.

На неинвертирующем входе компаратора нулевого уровня 30 через ре113 6 зисторы 31 и 32, подключенные к коллекторам транзисторов 2 и 20, выделяется алгебраическая сумма падения напряжений на последних, равная удвоенному значению выходного напряжения, в связи с чем срабатывание компаратора 30 происходит в момент перехода выходным напряжением нулевого уровня.

При срабатывании компаратора 30 полярность его входного сигнала меняется на противоположную, что вызывает требуемое переключение шунтирующих транзисторов 28 или 29.

Под действием выходного сигнала компаратора 30 ключевой транзистор

28 и --р-н типа заперт и напряжение прикладывается через резистор 24 к неинвертирующему входу операционного усилителя 23, выходной сигнал компара- тора 30 отпирает ключевой транзистор 29 р-л-р типа, обеспечивая близкий к нулевому уровень сигнала на инвертирующем входе операционного усилителя 23 и устранения тем самым влияние падения напряжения закрытого транзистора 20 на выходной сигнал усилителя

23.

При положительном падающем напряжении суммирующий по модулю усилитель

19 работает аналогично, с той лишь разницей, что напряжение на транзисторе 20 прикладывается через резистор 25 к неинвертирующему входу операционного усилителя 23, а его неин- вертирующий вход шунтирован ключевым транзистором 28, управляемым выходHbM сигналом компаратора 30 °

Выходной сигнал усилителя 23 в обоих случаях имеет одну и ту же полярность, т. е. выходной сигнал усилителя 23 несет информацию с модуля падения напряжения на непрерывном регулирующем элементе, содержащем два регулирующих транзистора, включающихся в работу согласно требуемой полярности выходного напряжения.

Уменьшение модуля задающего напряжения увеличивает напряжение на транзисторах 2 или 20, и при достижении порога срабатывания сигнал управления на выходе суммирующего усилителя 19 приводит к появлению "разрешения" на прохождение импульсов тактового генератора на шину вычитания счетчика

10 и, следовательно, к соответствующему ступенчатому уменьшению модуля напряжений на выходе последовательных цепочек выпрямителей 16 и 18.

1107113

Таким образом, устройство обеспечивает широкодиапазонное регулирование напряжения с высокой точностью, обеспечиваемой с помощью имеющегося контура непрерывного регулирования выходного напряжения как положительной, так и отрицательной полярности с плавным переходом через нулевое значение при неизменной полярности входного напряжения. При этом КПД предлагаемого регулятора легко может быть реализован близким к КПД чисто импульсных регуляторов, отличающихся его высоким значением, так как регулирующие транзисторы контура непрерывного регулирования работают в достаточно малом диапазоне изменения падения напряжения на переходе коллектор-эмиттер, отклоняясь от напряжения насыщения на величину, определяемую дискретностью ступенчатого регулирования напряжения на входе . контура непрерывного регулирования, величина которой может быть выбрана весьма малой, что достигается соответствующим выбором числа преобразовательных ячеек.

С помощью устройства может быть создан усилитель сигналов переменного тока гармонической или произвольной формы, что определяется расположением его регулировочной характе 0 ристики в 1-м и 3-м квадрантах, что ! позволяет использовать его в качестве модулирующих блоков технологических агрегатов и систем автоматического управления.

15 В связи с тем, что задающее напряжение может иметь произвольную форму в некотором диапазоне изменения, предлагаемое устройство при подключении к выходу ЭЦВМ через цифроанало20 говое устройство позволяет реализовать широкодианазонный программируемый источник разнополярного стабильного напряжения.

1107113

Составитель В.Косин

Редактор С.Патрушева Техред О.Неце Корректор И.Шулла

Заказ 5759/34 Тираж 842 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб.,д.4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород,ул.Проектная, 4