Способ управления импульсным стабилизатором постоянного напряжения

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в импульсных стабилизаторах постоянного напряжения с широтно-импульсной модуляцией. Целью изобретения является повышение КПД и надежности. Стабильность выходного напряжения обеспечивается путем непрерывного воздействия на характеристические параметры LC-резонансного контура 4 в функции изменения напряжения на нагрузке 6. Постоянство периода переключения регулирующего элемента (РЭ) 1 обеспечивается тактовыми импульсами от блока 8 синхронизации. Отключение РЭ 1 осуществляется тактовыми импульсами от блока 9 управления по току в момент достижения током, протекающим через РЭ 1, нулевого значения. Это позволяет обеспечить нулевые динамические потери при выключении РЭ 1 и существенно снизить уровень коммутационных высокочастотных помех, что и приводит к повышению КПД и надежности. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСЙИХ.

РЕСПУБЛИН (51) 4 G 05 F 1/56

ОЛИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ фиг. f

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (21) 4352413/24-07 (22) 29. 12.87 (46) 07. 01. 90. Бюп. В 1 (72) Л.Ф.Захаров, M.Ô.Êîëêàíoâ, К.И.Оничек, Г.С.Стоянов, Л.В.Усачев, А.М.Михайлов и Л.Н.Одинцов (53) 621.316.722 ° 1 (088.8) (56) Борисов В.П. и др. Стабилизаторы напряжения с переключаемыми регулирующими элементами. — М.: Энергоатомиздат, 1985, с.37, рис.16.

Авторское свидетельство СССР

У 693352, кл. G 05 F 1/56, 1974. (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ИМПУЛЬСНЫМ

СТАБИЛИЗАТОРОМ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к электро-. технике и может быть использовано в импульсных стабилизаторах постоянного напряжения с широтно-импульсной

„.SU„,1534439 А1

2 модуляцией. Целью изобретения является повышение КПД и надежности. Стабильность выходного напряжения о6еспечивается путем непрерывного воздействия на характеристические параметры LC-резонансного контура 4 .в функции изменения напряжения на нагрузке 6. Постоянство периода переключения регулирующего элемента (РЭ)

1 обеспечивается тактовыми импульса" ми от блока 8 синхронизации. Отключение РЭ 1 осуществляется тактовыми импульсами от блока 9 управления по току в момент достижения током, протекающим через Р3 1, нулевого значения. Это позволяет обеспечить нулевые динамические потери при выключении РЭ 1 и существенно снизить уровень коммутационных высокочастотных помех, что и приводит к повышению

КПД и надежности. 2 ил.

>34439

Импульсный стабилизатор с широтно-импульсным регулированием характеризуется постоянным периодом переключения ключевого регулирующего элемента 1. При этом стабилизация напряжения достигается изменением относиИзобретение относится к электротехнике и может быть использовано, например, в импульсных стабилизаторах постоянного напряжения с широтНо-èìïóëâñHîé модуляцией.

Целью изобретения является повышение К1Щ и надежности. !

На фиг.1 представлена блок-схема импульсного стабилизатора, поясняю10 щая предлагаемый способ; на фиг.2— ( вариант стабилизатора, реализующего способ.

Импульсный стабилизатор с широтно-импульсным регулированием (фиг.1)

15 состоит из ключевого регулирующего элемента 1, датчика 2 тока, объекта

3 регулирования (например, последовательно включенных LС-резонансного контура 4 и 1.CDôèëüòðà 5) нагрузки

Р

6, блока 7 управления по напряжению, блока 8 синхронизации, блока 9 управ, ления по току, при этом блок 7 управления по напряжению соединен по гходу с выходом табилиза ора напряжения, по выходу — с управляющим входом резонансного контура 4, осуществляющего преобразование фо :.; тока регулирующего элемента, а блок управления по току соединен по входу с выходом датчика 2 тока, по выходу — с одним из управляющих входов ключевого регулирующего элемента 1 второй управ1 ляющий вход которого соединен с выхо-! дом блока 8 синхронизации.

Цепи преобразования сигнала по 35 предлагаемому способу состоят из сле-! дующих звеньев: блок 7 управления по напряжению, содержащий узел 10 сравнения, источник 11 эталонного напряжения, усилитель 12 пос FGHHHQFo тока 40 и исполнительный элемент 13, блок 8 синхронизации, содержащий задающий генератор 14 и формирователь .15 стпирающих тактовых импульсов„ блок 9 уп45 равления по току, содержащий узел 16 сравнения, источник 17 :салонного напряжения, усилитель t8 постоянно".î тока и формирова- ель 19 =-апирающих тактовых импульсов, Сущность способа ""акличается в следующем. тельной длительности включенного состояния ключевого регулирующего элемента 1.

Включение в силовую цепь импульсного стабилизатора последовательно с LCD-фильтром 5 узла преобразования формы тока (например, LC-резонансного контура 4) позволяет преобразовать форму тока регулирующего элемента 1 из прямоугольной в квазисинусоидальную или в колоколообразную. Длительность интервала протекания тока через открытый регулирующий элемент 1 определяется лишь параметрами резонансного контура 4 и в процессе работы стабилизатора практически не меняется. Следовательно, для обеспечения широтно-импульсного регулирования напряжения необходимо обеспечить изменение характеристических параметров

LÑ-резонансного контура 4, что приведет к изменению длительности интервала протекания тока через ключевой регулирующий элемент 1. При этом стабильность выходного напряжения обеспечивается путем непрерывного воздействия на характеристические параметры

LC-резонансного контура 4 в функции изменения напряжения на нагрузке 6.

Постоянство периода переключения регулирующего элемента 1 обеспечивается отпирающими тактовыми импульсами постоянной частоты, поступающими от блока 8 синхронизации. Отключение регулирующего элемента 1 осуществляется запирающими тактовыми импульсами, поступающими от блока 9 управления по току в момент достижения током, протекающим через регулирующий элемент 1, нулевого значения.

Таким образом, непрерывно воздействуя на характеристические параметры резонансного койтура 4 в функции напряжения на нагрузке 6 и включая ключевой регулирующий элемент 1 тактовыми синхроимпульсами постоянной частоты, становится возможным отключение регулирующего элемента 1 в момент нулевого значения его тока при обеспечении режима широтно-импульсной модуляции. Это позволяет обеспечить нулевые динамические потери при выключении ключевого регулирующего элемента 1.

Для реализации данного способа стабилизатор снабжен контурами обратной связи по напряжению и току. Причем контур обратной связи по напря5 153 жению является непрерывным, а по току — импульсным. Наряду с этим стабилизатор снабжен дополнительным синхронизирующим- разомкнутым каналом управления регулирующим элементом 1.

Наличие указанных трех каналов управления в устройствах, силовая часть которых содержит узел преобразования формы тока, позволяет обеспечить стабилизацию выходного напряжения по методу широтно-импульсного регулирования.

Так как период переключения ключевого регулирующего элемента 1 в процессе работы остается неизменным, то при возникновении возмущающих возцействий (входное напряжение, ток нагрузки и т.д.) выходное напряжение остается стабильным за счет соответствующего изменения характеристических параметров LC-резонансного контура 4, вызывающего соответствующее изменение длительности включенного состояния ключевого регулирующего элемента 1.

В блоке 7 управления по напряжению сигнал, поступающий с выхода стабилизатора, подается на один из входов узла i0, на второй вход которого поступает сигнал от эталонного источника 11 напряжение которого соответствует заданному среднему значению выходного напряжения. Сигнал рассогласования усиливается усилителем 12 постоянного тока и через исполнительный элемент 13 непрерывно воздействует на один из характеристических параметров 1.С-резонансного контура 4.

В результате меняется резонансная частота LC-резонансного контура 4, а следовательно, и длительность импульса тока, протекающего через ключевой регулирующий элемент 1.

В блоке 9 управления по току сигнал, снимаемый с датчика 2 тока, сравнивают в узле 16 с заданным сигналом, поступающим от эталонного источника 17. Величина эталонного сигнала соответствует мгновенному значению тока регулирующего элемента 1.

Полученный сигнал рассогласования (при равенстве нулю тока регулирующего элемента 1) усиливается усилителем 18 постоянного тока и подается в формирователь 19 запирающих тактовых импульсов, где происходит преобразование аналогового сигнала в импульсный. С формирователя 19 запира45

55 и транзисторном усилителе мощности.

При подаче входного напряжения UQ вступает в работу блок 8 синхронизации, который подает отпирающий импульс на один из управляющих входов регулирующего элемента 1. В результа-, те этого транзистор .регулирующего элемента 1 открывается. Ток, протекающий через регулирующий элемент 1, имеет колоколообразную форму, ампли-, туда и длительность его определяются параметрами LC-резонансного контура

4. Прн этом через трансформатор тока датчика 2 тока и развязывающий диод блока 9 управления по току обес- . печивается насыщение транзистора регулирующего элемента 1.

4439 6 ющих тактовых импульсов указанный сигнал поступает на один из управля" ющих входов ключевого регулирующего элемента 1. В результате регулирующий элемент 1 выключается. Причем выключение производится в момент достижения током регулирующего элемента 1 нулевого значения, !

О

В блоке 8 синхронизации сигнал постоянной частоты поступает от задаю-: щего генератора 14 на вход формирователя !5 отпирающих тактовых импульсов. В последнем формируются синхроимпульсы, которые поступают на второй управляющий вход регулирующего элемента 1. В результате этого обеспечивается постоянство частоты включения регулирующего элемента

20 Предлагаемый способ осуществляют в стабилизаторе напряжения с широтноимпульсной модуляцией (фиг.2). На фиг.2 приняты следующие обозначения: ключевой регулирующий элемент 1, реализованный на транзисторе, датчик 2 тока, объект 3 регулирования, состоящий из резонансного LC-контура 4, включающего регулируемый индуктивный элемент и конденсатор, развязывающего трансформатора, сил:aors и вспомогательного выпрямителей и силового

LCD-фильтра, нагрузка б, блок 9 управления по току, состоящий из трансформатора тока и развязь1вающего диода, блок 7 управления по напряжению, содержащий узел сравнения, усилитель постоянного тока, исполнительный элемент, выполненный на транзисторе, блок 8 синхронизации, содержащий задающий генератор и формирователь отпирающих тактовых импульсов, выполненный на логических элементах И-НЕ

1534439

По окончании заряда конденсатора резонансного контура 4 ток через регулирующий элемент 1 спадает до нуля, что приводит к обесточиванию его базовой цепи и запиранию транзистора.

Энергия, накопленная конденсатором резонансного контура 4 в процессе его разряда, трансформируется и через си ловые выпрямитель и LCD-фильтр пода10 ется в нагрузку 6. Поскольку частота переключения регулирующего элемента

1 постоянная, то для стабилизации среднего значения напряжения на нагрузке при любых возмущающих воздействиях необходимо соответствующим образом изменять длительность включенного состояния регулирующего элемента 1. Так как регулирующий элемент 1 выключается при нулевом зна- 0 чении тока, то длительность его включенного состояния равна длительности

1 импульса тока резонансного контура ! 4. Поэт му для изменения длительности включеннЬго состояния регулирую- 25 щего элемента 1 можно менять, например, параметры резонансного контура

4, а именно: индуктивность его индуктивного элемента. Значение индуктивности регулирующего индуктивного элемента непрерывно задается блоком 7 управления по напряжению в функцил выходного напряжения. Так, при увеличении выходного напряжения под дей ствием любых дестабилизирующих фак35 торов блок 7 управления по напряжению воздействует на регулируемый индуктивный элемент таким образом, чтобы уменьшить значение его индукTHBHocTH ° IlpH этом сокращается дли- 40 тельность открытого состояния регулирующего элемента 1 до такой величины, чтобы среднее значение напряжения на нагрузке не превышало заданного отклонения. Этим обеспечивается стаби- 45 лизация выходного напряжения по методу ШИИ.

Таким образом, предлагаемый способ стабилизации постоянного напряжения имеет ряд существенных преимуществ: автоматически обеспечиваются нулевые коммутационные потери, существенно снижается уровень коммутационных высокочастотных помех. Это позволяет повысить КПД и надежность устройства, существенно улучшить массогабаритные показатели стабилизатора напряжения, в особенности при гибридно-пленочной технологии, так как уменьшается площадь теплоотвода и упрощается задача подавления высокочастотных помех.

Формула изобретения

Способ управления импульсным стабилизатором постоянного напряжения с задающим генератором и узлом преобразования формы тока ключевого регулирующего элемента в ко::о .олообразную или квазисинусоидальную, заключающийся в том, что контр п руют выходное напряжение импульсного стабилизатора, сравнивают его с заданным сигналом, усиливают сигнал рассогласования и формируют управляющий сигнал по напряжению, воздействуют управляющим сигналом на один из характеристических параметров узла преобразования формы тока ключевого регулирующего элемента, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД и надежности, контролируют ток ключевого регулирующего элемента, сравнивают его с заданным сигналом, усиливают сигнал рассогласования и формируют управляющий сигнал по току в виде тактовых импульсов, при этом в качестве указанного управляющего сигнала используют управляющий сигнал по напряжению, которым воздействуют непрерывно на один из характеристических параметров узла преобразования формы тока ключевого регулирующего элемента, а ключевой регулирующий элемент. отпирают в момент, появления тактовых импульсов от задающего генератора и запирают тактовым импульсом управляющего сигнала по току в момент равенства нулю контролируемого тока ключевого регулирующего элемента.

1534439

Составитель А.Волкова

Техред Л.Серд окова Корректор Т.Малец

Редактор О.йрковецкая

Заказ 41 Тираж 644 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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