Компенсационно-параметрический стабилизатор напряжения

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (!9! (!!!

4< !! G 05 F 1/56

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

Il0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3517274/24-07 (22) 03.12.82 (46) 23.06.85. Б . в 23 (72) И. М, Хомяков, В. М. Куляпин, Г. Н. Утляков и М. Н. Аравии (53) 621.316.722.1(088..8) (56) 1, Современные задачи преобразовательной техники. Институт электродинамики АН УССР. Киев, l975, ч.3 с.441, рис. 1 "б".

2. Авторское свидетельство СССР

М - 10222554, кл. G 05 F 1/56, 1983. (54)(57) К0МПЕНСАЦИОННО-IIAPANETPHЧЕСКИЙ СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ, -содержащий силовой ключ, соединенный первым выводом с входной клеммой, а вторым выводом — с первыми выводами диода и дросселя, вторые выводы которых соединены соответственно, с выходной клеммой и общей шиной, первый конденсатор, соединенный с выходными клеммами, усилитель обратной связи, один вход которого соединен с выходной клеммой, а другой— с источником опорного напряжения, широтно-импульсный модулятор, первый вход которого соединен с выходом усилителя обратной связи, второй вход — с входной клеммой, а выход— с управляющим входом силового ключа, первый резистор и второй диод, первые выводы которых соединены, и второй конденсатор, первым выводом соединенный с общей шиной, а вторым выводом через второй резистор — с первым входом широтно-импульсного модулятора, о т л и ч а ю щ и .й с я тем, что, с целью увеличения быстро. действия, он снабжен вспомогательным ключом и третьим конденсатором, первым выводом соединенным с общей шиной и вторым выводом второго диода, а вторым выводом — с первым выводом второго диода и первым силовым выводом вспомогательного ключа, второй силовой вывод которого соединен с вторым выводом силового ключа и вторым выводом первого резистора.

1163315

Изобретение относится к электротехнике и может бьггь использовано при создании стабилизированных источников постоянного напряжения для питания радиоэлектронной аппаратуры.

Известен компенсационно-параметрический стабилизатор напряжения, содержащий силовой ключ, дроссепь, соединенный с силовым ключом, диод, соединенный одним выводом с силовым

1О ключом и дроссе.пем, конденсатор, соединенный с другим выводом диода и нагрузкой, широтно-импульсный модулятор, вход которого соединен с 15 источником входного напряжения и силовым ключом, а выход — с управляющим входом силового ключа ()j .

Недостатком данного стабилизатора является низкая точнос ь стабилиза- 20 ции выходного напряжения при изменении нагрузки.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является компенсационно-параметрический стабилиза- 25 тор напряжения, содержащий силовой ключ, соединенный первым выводом с входноч клеммой, а вторым выводом— с первыми выводами диода.и дросселя, вторые выводы которых соединены со- З0 ответственно с выходной клеммой и общей шиной, первый конденсатор, соединенный с выходными клеммами, усилитель обратной связи, один вход которого соединен с выходной клеммой, а другой — с источником опорного папряжения, .широтно-импульсный модулятор, первь>й вход которого соединен с выходом усилителя обратной связи, в" îðîé вход — с входной клем- 40 мой, а выход — с управляющим входом силового ключа, первый резистор и второй диод, первые выводы которых соединены, и второй конденсатор, первым выводом соединенный с общей шиной, а вторым выводом через второй резистор — с первым входом широтно-импульсного модулятора.

При работе стабилизатора на втором конденсаторе образуется напря- 50 жение, пропорциональное выходной мощности стабилизатора, которое подается вместе с сигналом обратной связи на вход широтно-импульсного модулятора, и при выборе определен- 55 ного сопротивления резисторов сигнал с второго конденсатора полностью заменяет сигнал с усилителя обратной связи. В этом случае выходной сигнал усилителя обратной связи равен нулю и соответственно равна нулю разница между выходным и опорнь>м напряжениями, т.е. достигается устранение статической ошибки P) .

Недостатком известного. стабилизатора является низкое быстродействие, обусловленное тем, что для нормальной работы стабилизатора требуется постоянная времени цепи заряда и разряда второго конденсатора, во много раз большая периода коммутации силового ключа. Это приводит к тому, что напряжение на втором конденсаторе изменяется медленно и статическая ошибка устраняется лишь через некоторое время после возмущения.

Цель изобретения — увеличение быстродействия компенсационно-параметрического стабилизатора напряжения.

Поставленная цель достигается тем, что компенсационно-параметрический стабилизатор напряжения, содержащий силовой ключ, соединенный первым выводом с входной клеммой, а вторым выводом — с первыми выводами диода и дросселя, вторые выводы которых соединены соответственно, с выходной клеммой и общей шиной, первый конденсатор, соединеный с выходными клеммами, усилитель обратной связи, один вход которого соединен с выходной клеммой, а другой — с источником олорного напряжения, широтно-импульсный модулятор, первый вход которого соединен с выходом усилителя обратной связи, второй вход — с входной клеммой, а выход — с управляющим входом силового ключа, первый резистор и второй диод, первые выводы которых соединены, и второй конденсатор, первым выводом соединенный с общей шиной, а вторым выводом через второй резистор — с первым входом широтноимпульсного модулятора, снабжен вспомогательным ключом и третьим конденсатором, первым выводом соединенным с общей шиной и вторым выводом второго диода, а вторым выводом — с первым выводом второго диода и первым силовым выводом вспомогательного ключа, второй силовой вывод которого соединен с — вторым выводом силового ключа и вторым выводом первого резистора.

116

На чертеже представлена структурная схема предлагаемого компенсационно-параметрического стабилизатора напряжения.

Стабилизатор содержит силовой 5 ключ 1, дроссель 2, соединенный с силовым ключом 1, диод 3, соединенный одним выводом с силовым ключом

1 и дросселем 2, .первый конденсатор

4, соединенный с другим выводом диода 3 и нагрузкой 5, усилитель б обратной связи, соединенный с нагрузкой 5 и источником 7 опорного напряжения, широтно-импульсный модулятор

8, один вход которого соединен с ис- 15 точником входного напряжения питания и силовым ключом l а второй — с выходом усилителя 6 обратной связи, выход широтно-импульсного модулятора 8 соединен с управляющим входом 2{1 силового ключа 1, первый резистор 9, соединенный с выходом силового ключа

1, дросселем 2 и диодом 3, второй конденсатор 10 и второй диод 11, включенные параллельно и соединенные д5 с первым резистором 9, второй резистор 12, соединенный с выходом усилителя 6 обратной связи, вспомогательный ключ 13, соединяющий первый 9 и второй 12 резисторы, третий конденсатор 14, соединенный с вто.— рым резистором 12 и вспомогательным ключом 13, управляющий вход которого соединен с выходом силового ключа 1, дросселем 2 и диодом 3.

Устройство работает следующим образом.

При подаче напряжения питания начинает работать широтно-импульсный модулятор. 8, обеспечивая периодичес- 40 кое открытие силового ключа 1, который заряжает дроссель 2, последний, разряжаясь в периоды закрытого состо яния силового ключа 1 через диод 3 на конденсатор 4 обеспечивает появ- 45 ление напряжения на нагрузке 5 и входе усилителя 6 обратной связи, выходной ток которого поступает на вход широтно-импульсного модулятора

8 и управляет длительностью гене- 5{} рируемых им импульсов. Одновременно в периоды разряда дросселя 2 ток, текущий через первый резистор 9, поступает на второй конденсатор 10 и через открытый напряжением на 55 дросселе 2 вспомогательный ключ 13 на третий конденсатор 14. Оба кон- денсатора 10 и 14 заряжаются до

3315 4 напряжения, определяемого суммой емкостей конденсаторов 10 и 14, общим сопротивлением параллельно включен- ных резисторов 9 и 12, это напряжение создает ток через резистор 12, который складывается с током усилителя 6 обратной связи и подается на вход широтно-импульсного модулятора 8. Ток резистора 12 полностью заменяет ток усилителя 6 обратной связи и устраняет статическую ошибку регулирования. В случае возникновения отклонения выходного напряжения от номинального значения по каким-либо причинам, например вследствие резкого изменения нагрузки, изменяются выходной ток усилителя 6 обратной связи и тем самым длитель- . ность импульсов модулятора 8, что приводит к уменьшению величины отклонения и изменению амплитуды напряжения на конденсаторах 10 и 14, при этом изменение тока через резистор

12 в точности равно току усилителя

6 обратной связи в предыдущем такте работы устройства. Уменьшение величины отклонения выходного напряжения уменьшает выходной ток усилителя 6 обратной связи и вызывает изменение тока через резистор 12 в следующем такте, которые быстро уменьшаются до нуля. Напряжение, накопленное конденсаторами 10 и 14 в периоды разряда дросселя 2, сохраняется в течение следующих за ним периодов бестоковой паузы и открытого состояния силового ключа 1 благодаря тому, что в эти периоды вспомогательный ключ 13 закрыт отсутствием напряжения на его управляющем входе, и конденсатор 14, медленно разряжаясь через резистор 12, хранит величину. накопленного напряжения до очередного открытия вспомогательного ключа

13 и быстрого разряда конденсатора

14 на уже разряженный конденсатор

10, который в предыщущие периоды бестоковой паузы и открытого состояния силового ключа 1 разряжается через резистор 9. При этом диод ll предотвращает появление на конденсаторе 10 напряжения обратной полярности и нарушение тем самым условия полной компенсации статической ошибки. Для того, чтобы в момент открытия вспомогательного ключа 13 конденсатор 14 с напряжением, накопленным в предыдущем такте, не зарядил

1163315

Введение дополнительных элементов позволяет организовать из первого резистора, второго конденсатора и второго диода интегратор с периодическим сбросом, интегрирование в котором происходит при положительном

° ю напряжении на дросселе, а сброс— при отрицательном. В силу равенства вольт-секундных площадей эпюр напря- . жения на дросселе обеспечивается полный сброс напряжения на втором конденсаторе, а так как известный стабилизатор должен работать в режиме прерывистых токов дросселя, то имеющаяся в этом случае бестоковая пауза создает необходимый запас по времени сброса, что гарантирует пойный сброс интегратора при изменеЗО нии режима работы стабилизатора.

Второй диод, включенный параллельно второму конденсатору предотвращает появление на конденсаторе напряжения обратной полярности при сбросе. Вспо могательный ключ и третий конденсатор образуют схему выборки и хранения, которая запоминает величину напряжения на втором конденсаторе в момент окончания интегрирования и хранит его до следующего интегрирования, которое начнется в момент закрытия силового ключа. Сигнал с третьего конденсатора через второй резистор подается на вход широтно- 45 импульсного модулятора вместе с сигналом усилителя обратной связи.

При этом надлежащий выбор постоянной интегрирования позволяет полностью компенсировать сигнал обрат- ной связи на входе широтно-импульсного модулятора и тем самым устранить статическую ошибку регулирования, однако по сравнению известным стабилизатором компенсация достигнет- 55 ся значительно быстрее, так как все процессы в интеграторе предлагаемого стабилизатора происходят в течение одного такта работы и не

20 заметно конденсатор 10 и не нарушил тем точность работы устройства, емкость конденсатора 14 должна быть значительно меньше емкости конденсатора 10. Кроме того, для обеспечения точности хранения накопленного напряжения конденсатором 14 постоянная времени его разряда, определяемая величиной сопротивления резис- 10 тора 12, должна быть в .несколько раз больше периода работы силового ключа. определяются постоянной времени

f интегрирующей цепи, поэтому возникшие по каким-либо причинам возмущение выходного напряжения устраняется более быстро. Если в известном стабилизаторе для обеспечения малой пульсации напряжения на входе широтно-импульсного модулятора, что необходимо для устойчивой его работы,. постоянная времени интегрирующей цепи должна быть по крайней мере в

10 — 20 раз больше периода коммутации силового ключа, то статическая ошибка скомпенсирована через время, в три — пять,раз большее этой постоянной времени, так как процесс компенсации происходит по экспоненциальному закону.

В предлагаемом стабилизаторе процесс компенсации также экспоненциален, однако его постоянная времени не зависит от параметров интегратора, а определяется периодом коммутации силового ключа и коэффициентом усиления усилителя обратной связи. Например, при коэффициенте усиления K возмущение выходного напряжения в первом после возмущения такте уменьшено примерно в раз цепью обратной связи, в следующем такте появляется сигнал на выходе интегратора, который через второй резистор подается на вход широтно-импульсного модулятора и складывается с сигналом усилителя обратной связи, при этом возмущение уменьшается в k раз, в третьем такте в k раз, и т.д.

Таким образом, даже при невысоких значениях коэффициента усиления усилителя обратной связи возмущение быстро устраняется и изобретение обеспечивает компенсационно-параметрическое регулирование аналогично известному устройству, но по сравнению с ним не содержит инерционных звеньев с большими постоянными времени, чем обеспечивается повышение быстродействия.

Технико-зкономическая эффективность предложенного стабилизатора достигается за счет того, что увеличение быстродействия позволяет уменьшить величину и длительность возмущения выходного напряжения, что повышает качество выходного напряжения и уменьшает вероятность недопустимого изменения выходного напряжения, способного вызвать сбой или повреждение

7 1163315 8 питаемой радиоэлектронной аппаратуры, быть освобожден от функции демпфироваили нри сохранении заданной динами- ния всплесков и провалов выходного ческой точности уменьшает емкость напряжения и должен лишь обеспечивать выходного конденсатора, который может заданную величину пульсаций, !

Составитель В. Цишевский

Редактор С. Саенко Техред Л.Микеш Корректор . И. Эрдейи

Заказ 4102/47 Тираж 863 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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