Импульсный стабилизатор напряжения с плавным запуском

 

Изобретение относится к источникам вторичного электропитания радиоэлектронного оборудования. Целью изобретения является повышение качества выходного напряжения. Широтно-импульсный модулятор 7, сравнивая напряжения усилителя сигнала рассогласования 4 и генератора пилообразного напряжения 8, формирует по

СОЮЗ С08ЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСГ1УБЛИК

ÄÄSUÄÄ 4 4)50 А1 g4 G 05 F 1/56

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Се сГ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

f10 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ (21) 4286632/24-07 (?2) 20.07.87 (46) 07.03.89. Бюл. № 9 (71) Научно-производственное объединение "Автоматика" (72) В.Г.Татаринцев (53) 621..316.722.1(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 1091285, кл. Н 02 M 3/335, 1984.

Авторское свидетельство СССР № 1347075, кл. G 05 F 1/56,10.06.86. (54) ИМПУЛЬСНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯ .

ЖЕНИЯ С ПЛАВНЬК ЗАПУСКОМ (57) Изобретение относится к источникам вторичного электропитания радиоэлектронного оборудования. Целью изобретения является повышение качества выходного напряжения. Широтно-импульсный модулятор 7, сравнивая напряжения усилителя сигнала рассогласования 4 и генератора пилооб- . разного напряжения 8, формирует по

1464150 следовате IhHocTb импульсов, управляющих работой последовательного регулирующего элемента 1. При включении стабилизатора на дополнительный вход широтно-импульсного модулятора

7 подается выходной сигнал интегратора 13, замедляющий скорость изменения ширины выходных импульсов модулятора. Постоянная времени интегратора 13 зависит от величины на1

Изобретение относится к электротехнике и может быть, использовано для питания устройств автоматики, сигнализации, световых электронных табло. 5

Цель изобретения — повышение качества выходного напряжения.

На фиг.1 приведена принципиальная электрическая схема импульсного стабилизатора напряжения с плавным запуском; на фиг.2 — принципиальная схема широтно-импульсного модулятора; на фиг.3 — переходные характеристики стабилизатора с ЕСЭфильтром на фиг.4 — переходные характеристики стабилизатора при различных величинах нагрузки.

Импульсный стабилизатор напряжения с плавным запуском содержит регулирующий орган 1, выполненный, например, в виде диодно-тиристорного моста и входом связанный с вход- ными выводами LCD-фильтра 2, делитель 3 напряжения, усилитель 4 сигнала рассогласования, первый блок

5 опорного напряжения, второй блок

6 опорного напряжения, широтно-импульсный модулятор 7, генератор 8 пилообразного напряжения, суммирующий дифференциатор 9, пороговое устройство 10, ключ 11, источник 12 постоянного напряжения, интегратор

13, выполненный на операционном усилителе 14, неинвертирующий вход которого соединен с шиной 15 нулево- 35 го потенциала, интегрирующем конденсаторе 16, включенном между инвертирующим входом и выходом операционного усилителя 14, являющимся выходом интегратора 13, первом заряд- 0 ном резисторе 17, включенном между инвертирующим входом операционного усилителя 14 н отрицательным выходом источника 12, втором зарядном пряжения, формируемого на выходе суммирующего дифференциатора 9, входом подключенного к выходу стабилизатора. Чем больше скорость увеличения напряжения на выходных выводах, тем больше эквивалентная постоянная времени интегратора 13 и медленнее изменяется длительность импульсов на выходе широтно-импульсного модулятора 7.,4 ил.

2 резисторе 18, включенном между инвертирующим входом операционного усилителя 14 и выходом ключа,1, К выходным выводам 19 стабилизатора подключена нагрузка.

Регулирующий орган 1 включен в силовую цепь, к его выходным выводам подключен LCD-фильтр 2, выходные выводы которого соединены с делителем 3 и выходными выводами 19. Первый вход усилителя 4 соединен с выходом делителя 3, второй вход усилителя 4 соединен с выходом первого блока 5 опорного напряжения, а выход усилителя 4 рассогласования соединен с первым входом модулятора 7, второй вход которого подключен к выходу генератора 8 пилообразного напряжения, вхоц плавного запуска модулятора 7 соединен с выходом интегратора 13, а первый и второй выходы его подключены к управляющему входу регулирующего органа 1. Первый вход порогового устройства 10 подключен к выходу суммирующего дифференциатора 9, вход которого соединен с выходом делителя

3 напряжения, второй вход порогового устройства 10 подключен к выходу второго блока 6 опорного напряжения, а выход — к входу ключа 11.

Выводы питания уеилителя 4 сигнала рассогласования, второго блока 6 опорного напряжения, модулятора 7, генератора 8 пилообразного напряжения, суммирующего дифференциатора 9, порогового устройства 10, ключа 11 и интегратора 13 соединены с соответствующими выходами питания источника 12 постоянного напряжения.

Модулятор 7 состоит из инвертора

20, первый вход которого является входом плавного запуска модулятора

7, второй вход соединен с выходом третьего блока 21 опорного напряже1464150 ния, а выход инвертора 20, являющийся первым выходом модулятора 7, подключен к ннвертирующему входу релейного элемента 22, неинвертирующий вход которого соединен с вторым вхо5 дом модулятора 7, выходы которого соединены соответственно с первым выходом релейного элемента 22 и отрицательным выводом дополнительного источника 23, положительный вывод которого подключен к второму выходу релейного элемента 22.

Суммирующий дифференциатор 9 состоит из операционного усилителя

24, инвертирующий вход которого через резистор 25 обратной связи подключен к выходу операционного усилителя 24, являющемуся выходом суммирующего дифференциатора 9, а неинвер- 20 тирующий вход связан с шиной 15, третьего резистора 26, включенного между входом суммирующего дифференциатора 9 и инвертирующим входом операционного усилителя 24, четвертого 25 резистора 27 и дифференцирующего конденсатора 28, последовательно соединенных и включенных параллельно резистору 26.

Импульсный стабилизатор напряжения работает следующим образом.

В установившемся режиме работы напряжение с делителя 3 напряжения подается на вход усилителя 4 сигнала рассогласования, где оно сравнивается с напряжением, вырабатываемым первым блоком 5 опорного напряжения.

Разностный сигнал усиливается усилителем 4 и подается на модулятор

7. Сюда же поступает пилообразное напряжение с генератора 8 пилообразного напряжения. Напряжение с выхода усилителя 4 сигнала рассогласования сравнивается с пилообразным напряжением. В результате модулятор 7 вырабатывает прямоугольные импульсы, 45 длительность которых находится в зависимости от напряжения на выходе усилителя 4 сигнала рассогласования.

При увеличенич напряжения на вы- 50 ходных выводах 1 длительность прямоугольных импульсов уменьшается.

Время открытого состояния регулирующего элемента 1 за период, определенн и частотой колебаний генерато- 55 ра 8 пилообразного напряжения, уменьшается. Следовательно, выходное напряжение стабилизатора уменьшается.

При уменьшении напряжения на выходных выводах 19 длительность прямоугольных импульсов увеличивается.

Время открытого состояния регулирующего элемента 1 увеличивается.

Следовательно, выходное напряжение стабилизатора увеличивается. Таким образом происходит стабилизация выходного напряжения.

При включении импульсного стабилизатора на выходных выводах источника 12 появляется напряжение. Пороговое устройство 10 за счет воздействия на его второй вход отрицательного напряжения с второго блока 6 опорного напряжения находится в положении, при котором ключ 11 оказывается открытым. В интеграторе

13 начинается процесс заряда конденсатора 16 через параллельно соединенные резисторы 17 и 18. Напряжение на выходе операционного усилителя 14, измеренное относительно шины 15, начинает увеличиваться.

Скорость изменения напряжения определяется постоянной времени заряда конденсатора 16:

4.

c = R ° С, где R — величина параллельного сопротивления резисторов

17 и 18;

С вЂ” емкость конденсатора 16.

В момент включения импульсного стабилизатора напряжение на выходе инвертора 20 будет близким к +Е. Это объясняется воздействием отрицательного напряжения с выхода третьего блока 21 опорного напряжения на вход инвертора 20. По мере заряда конденсатора 16 отрицательное напряжение с выхода третьего блока 21 опорного напряжения компенсируется напряжением с выхода интегратора 13. В результате напряжение на выходе инвертора 20 уменьшается. Как только амплитуда пилообразных импульсов, поступающих на неинвертирующий вход релейного элемента 22, оказывается боль-. ше, чем напряжение на его инвертирующем входе,на выходе релейного элемента 22 появляются прямоугольные импульсы, открывающие регулирующий орган 1. Импульсы усиливаются по мощности через источник 23. Частота следования импульсов определяется частотой работы генератора 8 пилооб1464150 разного напряжения. Длительность импульсов по мере заряда конденсатора 16 увеличивается, а следовательно, увеличивается время открытого состояния регулирующего органа 1.

Напряжение на выходных выводах 19 возрастает. Когда оно достигает номинальной величины, начинает действовать цепь отрицательной обратной 10 связи - с выхода усилителя 4 сигнала рассогласования на инвертирующий вход релейного элемента 22 подается положительное напряжение, величина которого зависит от напряжения 15 на выходных выводах 19. Работа импульсного стабилизатора в установившемся режиме описана.

Вид переходной характеристики импульсно:o стабилизатора при включе- 2р нии зависит от скорости изменения напряжения на его выходе °

Вследствие того, что LCD-фильтр 2 является инерционным звеном, переходная характеристика стабилизатора 25 имеет колебательный характер при быстром изменении напряжения на выходных выводах 19 (фиг.За). При этом величина перерегулирования достигает 20-30Х от номинального стабили- З0 зированного напряжения.

Для уменьшения величины перерегулирования выходного напряжения в допустимых пределах необходимо умень шить скорость нарастания напряжения, что достигается за счет увеличения постоянной времени заряда конденса: тора 16. При этом переходная характеристика импульсного стабилизатора принимает апериодический характер (фиг.Зб). Но и время переходного процесса с„, у нее увеличено.

На фиг.Зв изображена оптимальная переходная характеристика, не имеющая значительного перерегулирования, 45 время переходного процесса у которой меньше, чем у характеристики, изображенной на фиг„Зб. Для получения оптимальной переходной характеристики (фиг.Зв) в предлагаемом импульс 50 ном стабилизаторе во время переходного процесса происходит изменение постоянной времени заряда конденсатора 16. Это достигается за счет отключения резистора 18 из цепи за55 ряда конденсатора 16 в момент и .

Отключение резистора 18 производит-. ся ключом 11, который управляется пороговым устройством 10.

Напряжение U — это напряжение на выходе импульсного стабилизатора, при котором происходит скачкообразное изменение вида переходной характеристики (при этом изменяется постоянная времени заряда конденсатора 16). Момент изменения вида переходной характеристики t зависит от величины напряжения на выходе., импульсного стабилизатора и от вели-; чины напряжения на выходе второго блока 6 опорного напряжения, кото-. рое определяет порог срабатывания порового устройства 10. Скорость изменения выходного напряжения на начальном участке переходной характеристики определяется величиной сопротивления параллельно соединенных резисторов 17 и 18. Скорость изменения выходного напряжения на последующем участке переходной характеристики определяется величиной сопротивления резистора 17.

Таким образом, формируется оптимальная переходная характеристика импульсногс стабилизатора, не имеющая значительного перерегулирования.

В то же время длительность переходного процесса. оптимальной переходной характеристики по сравнению с переходной характеристикой апериодического вида (имеющей такую же величину перерегулирования) существенно уменьшена. Однако полученная переходная -арактеристика будет оптимальной лишь при неизменной величине нагрузки. Сопротивление нагрузки оказывает существенное влияние на коэффициент передаточной функции

LCD-фильтра 2, а следовательно, и на вид переходной характеристики.

В предлагаемом импульсном стабилизаторе суммирующий дифференциатор 9 учитывает и величину, и скорость изменения напряжения на выходе импульсного стабилизатора. Чем выше скорость изменения напряжения на выходе импульсного стабилизатора и чем больше величина выходного напряжения, тем больше величина напряжения на выходе суммирующего дифференциатора 9. Чем круче начальный участок переходной характеристики, тем быстрее происходит срабатывание порогового устройства 10 и изменение вида переходной характеристики.

На фиг.4г и д приведены переходные характеристики соответственно

1! 6 4150

Н4

Н1Э полностью нагружеш огс и нонагруженного импульсного стабилизатора, в котором исключено влияние скорости изменения выходного напряжения на вид переходной характеристики. На фиг.4е приведена переходная характеристика предлагаемого импульсного стабилизатора в режиме полной нагрузки.

Сравнение фиг.4г и е показывает, что при прочих равных условиях у переходной характеристики, изображенной на фиг.4е, время действия участка с более крутым фронтом увеличено, а время переходного процесса уменьшено.

Формула изобретения

Импульсный стабилизатор напряжения с плавным запуском, содержащий регулирующий орган, входная цепь которого соединена с выводами для подключения первичной питающей сети,, а выход через LCD-фильтр соединен с выходными выводами и с входом делителя напряжения, усилитель сигнала рассогласования, входы которого подключены к выходам соответственно делителя напряжения и первого блока опорного напряжения, широтно-импульсный модулятор, первый и второй входы которого соединены с выходами соответственно усилителя сигнала рассогласования и генератора пилообразного напряжения, а выход соединен с управляющим входом регулирующего ор5 гана, интегратор, выход которого . подключен к входу плавного запуска широтно-импульсного модулятора, а между входом интегратора и выходом источника постоянного напряжения включен первый зарядный резистор и источник постоянного напряжения,. о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения качества выходного напряжения, в него введены суммирующий дифференциатор, пороговый узел, второй блок опорного напряжения, ключ и второй зарядный резистор, причем вход суммирующего дифференциатора соединен с выходом делителя напряже1 ния, выход суммирующего дифференциатора соединен с первым входом порового узла, второй вход которого подключен к выходу второго блока опорного напряжения, выход порогового узла соединен с входом ключа, выход которого через второй зарядный резистор подключен к входу интегратора, а выводы питания суммирующего дифференциатора, второго блока опорного напряжения, порогового узла и ключа соединены с соответствующими выводами источника постоянного напряжения.

1464150

If Н и i>

VH

Р

V„ 9 е) Ьер

Составитель Ю.Опадчий

Редактор Н.Яцола Техред Л.Олийнык Корректор М. Васильева, 4.

Заказ 824/51 Тираж 788 Подписное

ВНИИПИ .Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Иосква, Ж-35, Рау1аская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Óæãîðîä, ул. Гагарина, 101