Стабилизатор переменного напряжения

 

Использование; в вторичных источниках питания. Сущность изобретения: устройство содержит регулирующий орган 1, регистр 2 памяти, два преобразователя кодов 3 и 11, сумматор-вычитатель 4, измерительный орган 5, два компаратора 6 и 7, элемент ИЛИ 8, источник 9 опорных напряжений и узел 10 выделения модуля отклонения. Устройство отличается простотой, что достигнуто путем исключения узлов, производящих операцию сведения семейства управляющих характеристик регулирующего органа 1 к одной из них. Нелинейность управляющей характеристики регулирующего органа 1 компенсируется за счет нелинейной зависимости между значениями выходных кодов преобразователя 3 и сумматора 4, а выбор соответствующей зависимости производится по старшим разрядам преобразователя 3.3 ил,

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)ю 6 05 F 1/12

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4802303/07 (22) 14.03 90 (46) 23.05.93. Бюл. М 19 (71) Институт электродинамики АН УССР (72) Ю.В.Сидоренко, B.A.Õàëèêîâ и А. Г,Можаровский (56) Авторское свидетельство СССР

М 1495765, кл. 6 05 F 1/30, 1987.

Авторское свидетельство СССР

% 1582181, кл. 6 05 F 1/44, 1987. (54) СТАБИЛИЗАТОР ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ (57) Использование: в вторичных источниках питания. Сущность изобретения: устройство содержит регулирующий орган 1, регистр

Изобретение относится к электротехни- . ке и, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано для построения точных, широкодиапазонных быстродействующих стабилизаторов переменного напряжения.

Цель изобретения — упрощение устройства при сохранении динамических характеристик.

На фиг, 1 показана функциональная схема стабилизатора; на фиг. 2 — образование семейства управляющих характеристик регулирующего органа; на фиг, 3 — распределение количества значений выходных кодов преобразователей на одно состояние регулирующего органа, т.е. образование их табл и ц исти н н ости.

Предлагаемое устройство содержит: регу.ирующий орган (P0) 1 дискретного дей„„5U 1817072 А1

2 памяти, два преобразователя кодов 3 и 11, сумматор-вычитатель 4, измерительный орган 5, два компаратора 6 и 7, элемент ИЛИ

8, источник 9 опорных напряжений и узел 10 выделения модуля отклонения. Устройство отличается простотой, что достигнуто путем исключения узлов, производящих операцию сведения семейства управляющих характеристик регулирующего органа 1 к одной из них. Нелинейность управляющей характеристики регулирующего органа 1 компенсируется за счет нелинейной зависимости между значениями выходных кодов преобраэователя 3 и сумматора 4, а выбор соответствующей зависимости производится Ilo старшим разрядам преобразователя 3. 3 ил, ствия, формирующий ряд 1 коэффициентов передачи К входного напряжения, соединенный входом и выходом соответственно с входными и выходными зажимами устройства, а управляющими входами через регистр памяти 2 и первый преобразователь кодов 3 с выходами сумматора-вычитателя С)

4, число выходных разрядов которого больше числа разрядов регистра памяти, изме- Я рительный орган (ИО) 5, подключенный своим входом к выходу устройства, а инфор- р мационными и стробирующими выходами— соответственно к первым информационным и стробирующим входам первого и второго компараторов 6, 7, выходы которых связаны через схему ИЛИ 8 со входом перезаписи регистра памяти 2 и соответственно с выходами разрешения суммирования и вычитания сумматора-вычитателя 3, источник опорного напряжения 9 (ИОН), два выхода l 817072

30

50

55 которого подключены соответственно к вторым информационным входам первого и второго кампараторав 6, 7, узел 10 выделения модуля отклонения (УВМО) выходного напряжения подсоединенный первым входом к одному из выходов источника опорного напряжения 2, а вторым — к информационному выходу измерительного органа 5, второй преобразователь кодов

11 входами подсоединенный к выходам регистра памяти 2, а выходами — ко входам слагаемого-уменьшаемого сумматора-Bblчитателя 4, выход узла 10 выделения модуля отклонения подсоединен к входам слагаемого — вычитаемага сумматора — вычитателя

4, а входы старших разрядов первого преобразователя кодов 3 подсоединены соответственно к выходам регистра памяти 2, В работе стабилизатора можно выделить два возможных режима:

1 ° 0вых min 0вых 0вых max

2 0вых > 0вых max, 0вых < 0вых min

В первом режиме значение выходного напряжения ИО 5 в конце цикла измерения находится в промежутке между значениями

ОПОРНЫХ НЗПРЯжЕНИй 0 max, Uon min ИСтаЧника 9, задающих соответственна верхнюю

0вых max И НИЖНЮЮ 0вых min ГРаНИЦЫ ЗОНЫ допустимой нестабильности выходного напряжения. При этом компараторы 6, 7 не пропускают страбирующие импульсы; поступающие со стробирующего выхода ИО 5 и свидетельствующие аб окончании цикла измерения, на выходе регистра 2 ввиду отсутствия на входе перезаписи импульсов сохраняется кад, определяющий тат или иной коэффициент передачи РО 1, при котором обеспечивается нахождение 0вых в заданных пределах. Порядковый номер коэффициента передачи РО 1 однозначно задается выходным кодам первого преобразователя кодов 3.

Во втором режиме работы стробимпульс с измерительного органа 5, свидетельствующий об окончании цикла измерения, проходит на выход компаратора 7 (при 0вых > 0вых max) и разрешает операцию суммирования сумматора — вычитателя 4, или на выход кампаратара 6 (ПРИ 0вых <0вых min) И СаатВЕтСтВЕННа РаЗРЕшает вычитание. При этом, из накопленного сигнала рассогласования, выбираемого преобразователем 11. вычтется или ссумируется с ним величина отклонения выходного напряжения. Комбинация на входах

z1 .„, zI преобразователя 3, определяемая

I-м состоянием РО 1 задает требуемую зависимость между значениями на входах xl...„х> преобразователя 3 и его выходах у1, ..., уь Новое значение кода на выходах у1, ..., yl, полученное после суммирования (вычитания) с окончанием стробимпульса ИО 5, поступиащего через схему 8

ИЛИ, перезапишется в регистр 2. Регулирующий орган изменит при этом свой коэффициент передачи, выходное напряжение войдет в заданные пределы, а на выходе преобразователя 11 сформирует новый код накопленного сигнала, относительно которого будет производиться в дальнейшем суммирование-вычитание.

Определить соотношения между входным и выходными кодами преобразователей 3 и 11 можно, рассмотрев фиг. 2, из которой следует, что максимальный диапазон отклонений выходного напряжения

Ds ix при заданном диапазоне изменений входного напряжения Dex будет при нахождении РО 1 на первом (i = 1) максимальном по величине (Kn max =

0вых min

) коэффициен0вх min те передачи, При нахождении PO 1 на каждом последующем коэффициенте передачи диапазон отклонений выходного напряжения уменьшается настолько, насколько уменьшилась величина коэффициента передачи. Таким образом

Овых!Ивых{!+1) = Kni/Kn{I+1) (1)

Тот или иной отклонений выходного напряжения разбивается на паддиапазаны, образование которых показано на фиг. 2.

Соотношение между величинами смежных поддиапазонов выходного напряжения такое же, как и для соответствующих паддиаПаЗОНОВ (Usxl ... Usx{l+1I) ВХОДНОГО напряжения. Поэтому, если из подобия треугольников ЛаЬс и Л bdk вых min, . (2)

Uвы ва — 0

Ов. (I+ 1}- U., I то при переходе от поддиапазонов входного напряжения к поддиапазонам выходного напряжения получим при диапазоне отклонений выходного напряжения соответствующего l ìó квазистатическому состоянию

К„, Usvxmax Uevxmln К1 . (3)

0вых(I +1} 0вых I

ГДЕ Knl* — КаэффИЦИЕНт ПЕРЕДаЧИ В 1-М КВаЗИстатическом состоянии РО, т.е, в состоянии, при котором происходит отклонение выходного напряжения в текущий момент времени, Количество разрядов z сумматора-вычитателя 4 с целью осуществления нелинейНай ЗаВИСИМОСтИ МЕЖДУ ВХОДНЫМИ X1 ... Хл И выходными у1 ... y1 кодами преобразователя

3 выбирается больше количества l max коэф; фициентов передачи РО, поэтому одному и тому же коэффициенту передачи должно соответствовать несколько смежных состоя1817072 ний $(сумматора — вычитателя 4, Поскольку максимальный диапазон отклонений соответствует максимальному коэффициенту передачи Кп max = Knt, т.е. i = 1, то при этом состоянии PO используется все количество состояний М сумматора-вычитателя. При перс <оде РО на коэффициент передачи Кп2 (т,е. I = 2). Диапазон отклонений уменьшится в число Раз, Равное значению Knt/Kn2 (т.е, *) . «) Kn1

Овых(Кп2 = Овых(Кп1 / () . При этом, на

Кп2 одно и то же количество значений выходного кода преобразователя 3 должно уже приХадИтЬСя В K»/Kn2 раэ МЕНЬШЕЕ КОЛИЧЕСТВО значений его входного кода. Таким образом, при первом коэффициенте передачи (т,е. при Овых = Овых max) должно соблюдаться условие:

Овых mssx (4)

С учетом изложенного следует: ((вых +1 Uevх! Sl

M "

Dsх max Uвх min Кп1 откуда (Ыых l +1 (.)вых!) M

Sl(Knt )—

«(Qxmax — Uex min К

Так как из предыдущего (3) (()вых(1+1) Uee(xl) (Овых max ()вых п)(п)х

X(Knt*/Kl)l то:

$ (К *) Ыых max (-)вых min М (6)

Uex max Uex min Kn1

На втором коэффициенте передачи это соотношение должно иметь вид:, Кй2

Кп1

Sl(Kn2 ) и в общем случае:

$l(Knl*) —, (7) (Uex max Uex min) Knl Kn1

Эта формула задает соотношение между входными и выходными кодами преобразователя 3, Таким образом, по входам преобразователя 3 z1 ... zt выбирается в зависимости от текущего состояния РО (т.е. до отклонения выходного напряжения), требуемая зависимость у) = т(х() между кодами иа выводах yt ... у! и xt ... xn (фиг. 2), Эти зависимости в последовательном единичном коде имеют вид: при K»* i = 1 соответствует ряд значений входного кода

1 ... $1, i = 2 - $1 + (1 ... $2), I = 3 - $1+ п — 1

+Sr+(1 ... Яз), ... I и -$ Si+(1 ... S ): причем,, Smax = М

ПРИ Кп2* I - I СООтВЕтСтВУЕт РЯД ЗиаЧЕНИй 1

Kï2 К.! ! =2-St (— (1 ... $2 у-„- ), I =

Кп2 Кп2

Кп2

Кп1 Kn1 " Кп1 и-1

Кп2 причем, Smax = М

Кп1

* Knl

В общем случае: при Кп(! = 1 - St (п1

n — t

Кп1 Knt

Sl пп +(1 Sn пп ) ag Smax=М. пп

Кп1 Кп1 Кnt

Распределение количества значений выходного кода сумматора — вычитателя 4 на одно состояние регулирующего органа показано в табл, 1, Каждый столбец таблицы соответствует распределению для одного !* из квазиустойчивых состояний и определенного им диапазона отключений выходного напряжения РО 1. Преобразователь 11 задает число LI, относительно которого производится вычитание и суммирование, оно представляет собой накопленный сигнал рассогласования. Образование этого числа при использовании в узле l0 в качестве опорного напряжения показано в таблице на фиг. Зб, Оно представляет собой, соответственно по столбцам, сумму значений выходного кода сумматора — вычитателя, приходящихся на одно состояние PO.

Таким образом, при = 1 Lt = St:

ПРи I = 2 L2 = ($1 + $2) (Kn2/Kn1): пРи =3 э =(S1+ S2+ $3) Kn3/Kn1)

В общем случае

I 1

LI=($ Sl) (Knf/Knl).

При использовании в качестве опорного

45 уровня узла 10 напряжения Овых min источника 9 значения для тех же I имеют вид:

Lt -0;

L2=S1 Г„ . K2 .

50 3 = (S1 + $2) (Кпз/Кп1)

Однако общим в обоих случаях является то, что каждое последующее значение (!+1) выходного кода преобразователя 10 больше на величину Sl ° (Кп(/К»), 1017072

Иэ фиг, З,б видно, что образование выходных кодов 4 преобразователя 11 производится простым суммированием элементов таблицы фиг. З,а, стоящих выше диагональной ступенчатой линии, проведенной с верхнего левого угла таблицы в нижний правый.

С целью экономии обьема памяти преобразователя 3 возможно задавать не каждую управляющую характеристику, а разбить их семейство на группы и задать только одну из них (промежуточную характеристикуу).

Таким образом, устройство обеспечивает повышенное качество стабилизации выходного напряжения при более простых конфигурации его схемы и алгоритме функционирования, Формула изобретения

Стабилизатор переменного напряжения, содержащий регулирующий орган дискретного действия, формирующий ряд i коэффициентов передачи Кп входного напряжения, соединенный входом и выходом соответственно с входными и выходными выводами, а управляющими входами через регистр памяти и первый преобразователь кодов с выходами сумматора-вычитателя, число выходных разрядов которого больше числа разрядов регистра памяти, измерительный орган, подключенный своим входом к выходным выводам, а информационным и стробирующим выходами — соответственно к первым информационным и стробирующим входам первого и второго компараторов, выходы которых соединены соответственно с входами разрешения суммирования и вычитания сумматора — вычитателя и через элемент

ИЛИ вЂ” с входом перезаписи регистра памяти, источник опорных напряжений, два выхода которого подключены к вторым информационным входам соответственно первого и второго компараторов, узел выделения модуля отклонения выходного напряжения, подсоединенный первым входом к одному из выходов источника опорных напряжений, а вторым — к информационному

5 выходу измерительного органа, второй преобразователь кодов, входами подсоединенный к выходам регистра памяти, а выходами — к входам слагаемого — уменьшаемого сумматора-вычитателя, О т л и ч а ю10 шийся тем, что, с целью упрощения, выход узла выделения модуля отклонения подсоединен к входам слагаемого — вычитаемого сумматора-вычитателя, а входы старших разрядов первого преобразователя кодов

15 подсоединены к выходам регистра памяти, при этом каждому i-му значению выходного кода первого преобразователя кодов при первом коэффициенте передачи Км, в качестве которого выбран максимальный коэф20 фициент передачи регулирующего органа, соответствует на его входах, подсоединенных к сумматору-вычитателю, последовательный ряд значений входного кода, каждое из которых на единицу больше пред25 ыдущего и количество которых равно

Яаых макс 0вых ыии) M (х макс Usx мин) " g l де 0аых макс, Оаых мии — соответственно максимальное и минимальное значения выходЗО ного напряжения в статическом режиме;

Uox макс, Uox мии — соответственно максимальное и минимальное значения входного напряжения в статическом режиме;

М вЂ” количество разрядов сумматоравычитателя, и при каждом последующем коэффициенте передачи регулирующего

ОРГаНа Кп2 Kn3 ... Knl макс СООТВЕТСТВУ!ОЩЕЕ значение Si меньше предыдущего значения

ЗЬ1 В Knl/Кп Раэ, ЗНаЧЕНИЕ ВЫХОДНОГО КОДа

40 второго преобразователя кода, соответствующее первому коэффициенту передачи, пропорционально Оах «Н, а каждое последу|ощее больше предыдущего на величину

Ь(Кп, /Кп ).

1817072

ue.

1017072

1817072

Составитель Ю. Сидоренко

Техред М.Моргентал Корректор О. Кравцова

Редактор С. Кулакова

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

Заказ 1722 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5