Стабилизированный источник переменного напряжения

 

СТЛБИЛИЗИРОВАННиЙ ИСТОЧНИК ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий ключевой усилитель мощности, подключенный силовьам входом к клеммам для подключения первичного источника постоянного напряжения, источник . эталонного переменного напряжения, подключенный к первому входу узла выделения сигнала ошибки выходного напряжения, широтно-импульсный модулятор, выходом подключенный к уп-. равлягацему входу ключевого усилителя мощности, и сглс1живаюк1ий Lс-фильтр выход которого подключен к клеммам для подключения нагрузки и к второму входу узла выделения сигнала ошибки , отличающийся тем, что, с целью по.вьлиения точности стабилизации и снижения коэффициента нелинейных искажений выходного .напряжения , в него введены датчик тока дросселя сглаживающего LC -фильтра и узел сравнения, первый вход которого подключен к выходу узла выделения сигнала ошибки, второй - к выходу датчика тока дросселя, а выход - к (Л С входу широтно-иштульсного модулятора , причем вход LC-фильтра подключен к выходу ключевого усилителя мощности через датчик тока дросселя. со

СОЮЭ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕС )УБЛИН (19) (11) 3(51) 0 05 F 1/44

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA (21) 3616126/24-07 (22) 08.07.83 (46) 15.10.84. Бюл. )) 38 .(72) Ю.И.Драбович, Н.С.Комаров, В.В.Мартынов и Н.Б.Марченко (53) 621.316.722.1 (088.8) (56) 1. Патент ФРГ )) 2543776, кл. Н 02 Р 13/24, 1979.

2. Патент Японии )) 51-35683, кл. Н 02 Р 13/20, 1976.

3. Электронная техника в автоматике. Под ред. Ю.И.Конева, вып. 12, "Советское радио", 1981, .с. 186191, рис. 1б. (54)(57) СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ ИСТОЧНИК

ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий ключевой усилитель мощности, подключенный силовым входом к клеммам для подключения первичного источника постоянного напряжения, источник . эталонного переменного напряжения, подключенный к первому входу узла выделения сигнала ошибки выходного напряжения, широтно-импульсный модулятор, выходом подключенный к управляющему входу ключевого усилителя мощности, и сглаживающий L(:-фильтр выход которого подключен к клеммам для подключения нагрузки и к второму входу узла выделения сигнала ошибки, отличающийся тем, что, с целью повышения точности ста- билизации и снижения коэффициента нелинейных искажений выходного .напряжения, в него введены датчик тока дросселя сглаживающего LC -фильтра и узел сравнения, первый вход которого подключен к выходу узла выделения сигнала ошибки, второй — к выходу . I датчика тока дросселя, а выход — к входу широтно-импульсного модулятора, причем вход ЬС -фильтра подключен к выходу ключевого усилителя мощности через датчик тока дросселя.

1118979

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в источниках электропитания переменного тока, когда требуется высокое качество выходных параметров.

Известны преобразователи с синусоидальной формой выходного напряжения, образуемого путем широтно-импульсной модуляции постоянного напряжения (1j и (2) .

В известных преобразователях по-. 10 стоянная составляющая изменяется эа счет широтно-импульсной модуляции по требуемому закону, задаваемому источником опорного сигнала (например по синусоидальному), с после- )5 дующим инвертированием выходного напряжения. Моменты инвертирования совпадают с моментами перехода через нуль модулированного сигнала (1) .

В некоторых случаях инвертирувт не отфильтрованный синусоидальный сигнал, а широтно-модулированный с последующей фильтрацией (2) .

В известных устройствах не удается обеспечить высокое качество вы25 ходного напряжения (нестабильность и требуемую форму) в широком диапазоне изменений тока нагрузки, а также при работе преобразователя на комплексную нагрузку с большим фаэовнм сдвигом между током и напряжением нагрузки..Зачастую питаемая аппаратура содержит нелинейную нагрузку, например выпрямители с емкостным фильтром. Наличие таких цепей приводит к отсечке потребляемого . тока, что способствует значительным искажениям формы выходного напряжения из-эа невозможности эффективно и без потерь рекуперировать реактивную мощность в первичный источник 40 питания.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство, содержацее ключевой усилитель мощности, подключенный силовым входом к клеммам для подключения первичного источника постоянного напряжения, источник эталонного переменного напряжения, подключенный к первому входу узла выделения сигнала ошибки выходного напряжения, широтно-импульсный моду. лятор, входом подключенный к управляющему входу ключевого усилителя мощности, и сглаживаюций С -фильтр, выход которого подключен к клеммам для подключения нагрузки и ко второму входу узла выделения сигнала ошибки.

Данный стабилизированный источник пере ленного напряжения сохраняет работоспособность в широком диапазоне изменения токов нагрузки, однако он не обеспечивает высокой стабильности и малых искажений формы выходного напряжения при воздействии различных дестабилизирующих 65 факторов таких, как изменение тока нагрузки, питающего напряжения и т.д. в связи с тем, что качество его выходного напряжения зависит от коэффициента усиления в цепи обратной связи. Возможности увеличения коэффициента усиления в контуре обратной связи с целью улучшения выходных параметров источника ограничены предельной величиной коэффициента усиления К„ А,при котором обеспечивается устойчивая работа стабилизированного источника как системы ав томатического регулирования.

Цель изобретения — повышение точности стабилизации и снижение коэффициента нелинейных искажений выходного напряжения.

Поставленная цель достигается тем, что в стабилизированный источник переменного напряжения, содержащий ключевой усилитель мощности, подключенный силовым входом к клеммам для подключения первичного источника постоянного напряжения, источник эталонного переменного напряжения, подключенный к первому входу узла выделения сигнала ошибки выходного напряжения, широтно-импульсный модулятор, выходом подключенный к управляющему входу ключевого усили,геля мощности, и сглаживающий

LC-фильтр, выход которого подключен к клеммам для подключения нагрузки и к второму входу узла выделения сигнала ошибки, введены датчик тока дросселя сглаживающего IC -фильтра и узел сравнения, первый вход которого подключен к выходу узла выделения сигнала ошибки, второй — к выходу датчика тока дросселя, а выход — к входу широтно-импульсного модулятора, причем вход ii -фильтра подключен к выходу ключевого усилителя мощ- ности через датчик тока дросселя.

На фиг.1 представлена блок-схема стабилизированного источника напряженияу на фиг.2 — пример конкретного выполнения предлагаемого устройства.

Стабилизированный источник переменного напряжения (йиг.1) содержит источник 1 эталонного переменного напряжения, узел 2 выделения сигнала ошибки выходного напряжения, узел 3 сравнения, широтно-импульсный модулятор 4, ключевой усилитель 5 мощности, первичный источник 6 постоянного напряжения, датчик 7 тока дросселя сглаживающего ЬС -фильтра 8.Выход узла 2 выделения сигнала ошибки соединен с первым входом узла 3 сравнения, а второй вход — с выходом датчика 7 тока дросселя. Выход узла 3 сравнения соединен с входом широтноимпульсного модулятора 4, выход которого подключен к управляющему вхо1118979 ду ключевого усилителя 5 мощности.

Выход последнего через датчик 7 тока дросселя соединен со.входом сглаживающего С -фильтра 8, выход которого подключен к клеммам для подключения нагрузки 9 и второму входу узла 2 выделения сигнала ошибки, первый вход которого подключен к выходу источника 1 эталонного переменного напряжения.

Источник переменного напряжения 10 работает следующим образом.

Источник переменного напряжения формирует переменное напряжение, .например синусоидальное, которое на входе узла 2 выделения сигнала ошиб- 15 ки сравнивается с выходным напряжением, в результате чего на выходе этого узла формируется разностный сигнал, пропорциональный отклонению ныходного напряжения от заданного.

Этот сигнал, в свою очередь, сравнивается с выходным сигналом датчика 7 тока дросселя на входе узла 3 сравнения. Образованный в результате этого сравнения сигнал поступает на 25 вход широтно-импульсного модулятора 4, который управляет работой ключевого усилителя 5 мощности. Выходное напряжение ключевого усилителя 5 мощности через датчик 7 тока дросселя и сглаживающий 1С -фильтр 8, обеспечивающий сглаживание на частоте модуляции, поступает на выход устройства.

Узел 3 сравнения, широтно-импульсный модулятор 4, ключеной усили- З5 тель 5 мощности с первичным источником б, датчиком 7 тока и дросселем сглаживающего С -фильтра 8 представляют собой стабилизатор тока.дросселя. Величина стабилизируемого то- 40 ка дросселя в этом случае определяется неличиной напряжения на выходе узла 2 выделения сигнала ошибки. В свою очередь на выходе узла 2 выделения сигнала ошибки н каждый мо- 45 мент времени формируется напряжение, обеспечивающее такой ток дросселя LC -Фильтра 8, при котором выходное напряжение соответствует заданному источником 1 эталонного переменного напряжения.

Фазовый сдвиг между сигналами, поступающими на вход узла 3 сравнения, определяется коэффициентом усиления в контуре, охваченном обратной связью с выхода датчика 7 тока дросселя на вход узла 3 сравнения, и по мере повышения его уменьшает фазовый сдвиг практически до нуля.

Таким образом, указанный стабилиза- 60 тор тока дросселя представляет собой пропорциональное безынерционное звено с практически нулевым фазовым сдвигом между входным и выходным сигналами. 65

В устройстве-прототипе фазоный сдниг между выходными сигналами узла выделения сигнала ошибки и выходным напряжением определяется в основном фазовым сдвигом, вносимым сглаживающим фильтром, который является звеном второго порядка, и приближается к 180, что и ограничивает величину критического коэффициента усиления на весьма малом уровне (как отмечалось выше, порядка 10-12).

Введение дополнительного контура обратной связи в предлагаемом устройстве снижает фазовый сдвиг между выходным напряжением и напряжением на выходе узла выделения сигнала ошибки по мере увеличения коэффициента усиления последнего вплоть до величины, определяемой только конденсатором сглаживающего L0 -фильтра, которая не может превышать 90

Благодаря возникающему дополнительному запасу по фазе оказывается возможным значительное повышение значения критического коэффициента усиления системы, а, следовательно, существенное снижение нестабильности и коэффициента нелинейных искажений выходного- напряжения.

На фиг.2 представлен пример практической реализации предлагаемого стабилизированного источника переменного напряжения, в котором узел 2 выделения сигнала ошибки и узел 3 сравнения выполнены на иасштабирующих операционных усилителях, широтноимпульсный модулятор 4 содержит генератор пилообразного напряжения ГЛН ), компараторы k и усилители широтно-модулированных сигналов .Источник переменного напряжения выпол-, нен с средней точкой, между которой и выходом ключевого усилителя 5 мощности через датчик 7 тока дросселя,выпол» ненны л на резисторе К и масштабирувщеи усилителе, включен сглаживающий

LC -фильтр 8. Выход фильтра 8 подключен к клеммам для подклвчения нагрузки 9.

Работа этого устройства полностью соответствуюет работе устройстна, приведенного на фиг.1.

Информация о токе дросселя может быть получена также при помощи других устройств, например при поиощи трансформатора тока, включенного н разрыв любого участка цепи, по которому протекает только ток дросселя, что не имеет принципиального значения.

Таким образом, введение датчика 7 тока дросселя и узла 3 сравнения с описанными связями позволяет получить дополнительный запас по фазе в контуре, охваченном обратной связью по ныходному напряжению, повысить коэффициент усиления н этом конту1118979

Составитель Е.>иногенов

Техред И. Гепер Корректор И.Иабока

Редактор A.Ðåâèí

Заказ 7451/34 Тираж 841 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР.по делам изобретений и открытий

113035, <îñõàà, 3-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал Пир "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 ре, а, следовательно, снизить нестабильность и коэффициент нелинейных искажений выходного напряжения.

Предлагаемый источник может быть использован для получения не только синусоидальных, но и других стабили эированных переменных напряжений, закон изменения которых должен быть задан источником эталонного переменного напряжения.