Способ управления регулирующим элементом стабилизатора электрического сигнала

 

Область использования: во вторичных источниках электропитания. Сущность изобретения: управляющий сигнал, подаваемый на управляющий вход регулирующего элемента стабилизатора напряжения электрического сигнала, формируют пропорциональным отношению этого сигнала к выходному сигналу стабилизатора. Это повышает точность стабилизации электрического сигнала путем астатизма схемы при одновременном расширении области устойчивой работы, которая не зависит от коэффициента усиления регулирующего элемента и от изменений в нагрузке. 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано во вторичных источниках питания электроаппаратуры.

Известны различные способы стабилизации напряжения и устройства их реализации, основанные на регулировании выходного напряжения стабилизатора с помощью регулирующего элемента, как импульсного, так и непрерывного типа, управляющий сигнал которого пропорционален разности выходного напряжения и напряжения уставки, сформированного с помощью дополнительного источника опорного напряжения [1].

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ стабилизации напряжения, включающий регулирование выходного напряжения с помощью последовательного регулирующего элемента, управляющий сигнал которого пропорционален сигналу рассогласования выходного и опорного напряжений, выделенному в измерительном элементе и усиленному с помощью усилителя постоянного тока [2].

Недостатком данного способа является либо низкая точность стабилизации выходного напряжения, либо малая область устойчивой работы для различных величин нагрузки. Это обусловлено тем, что ошибка поддержания выходного напряжения на заданном уровне зависит как от коэффициента усиления разомкнутой системы, так и от величины нагрузки. Чем выше указанный коэффициент усиления и чем меньше нагрузка, тем выше точность. Однако увеличение коэффициента усиления разомкнутой системы ограничено условиями устойчивой работы стабилизатора, то есть тем самым ограничена предельно достижимая точность стабилизации выходного напряжения. Таким образом обеспечение точности стабилизации напряжения нагрузка связано с сужением области его устойчивой работы, а расширение указанной области снижает точность стабилизации.

Цель изобретения - повышение точности при расширении области устойчивой работы.

Цель достигается тем, что в способе управления регулирующим элементом стабилизатора электрического сигнала, заключающемся в подаче управляющего сигнала на управляющий вход регулирующего элемента, указанный управляющий сигнал формируют пропорциональным отношению этого сигнала к выходному сигналу стабилизатора.

Не известны технические решения, имеющие признаки, сходные с признаками, отличающими описываемое решение от прототипа.

На чертеже представлена блок-схема устройства, реализующего описываемый способ стабилизации напряжения.

Устройство содержит вывод 1 для подключения источника входного напряжения, регулирующий элемент 2, нагрузку 3, узел 4 деления напряжения, причем вывод 1 соединен с входом регулирующего элемента 2, выход которого объединен с нагрузкой 3 и с входом узла 4, вход делимого этого узла объединен с его выходом и с управляющим входом регулирующего элемента 2.

Согласно приведенной схеме включения узла 4 деления напряжения, его выходное напряжение U_рэ можно представить в виде U_рэ = , (1) где U_н - напряжение на нагрузке; К - коэффициент пропорциональности.

Произведя в равенстве (1) сокращение правой и левой частей на U_рэ≠ 0, в итоге получим 1 = или U_н = К. (2) Согласно формуле (2) выходное напряжение стабилизатора в точности равно коэффициенту пропорциональности К и не зависит от коэффициентов усиления регулирующего элемента и величины нагрузки.

Рассмотрим условия устойчивой работы описываемого устройства, при этом ограничимся рассмотрением линейных регулирующего элемента и нагрузки. Отношение U_н/U_рэ описывается функцией, преобразование Лапласа которой W(p) = .

Также учтем, что реальный узел деления напряжений обладает некоторой инерционностью с постоянной времени Т. Тогда для U_рэ(t) с учетом сказанного и формулы (1) можно записать T + U_рэ(t) = или T + U_рэ(t)1- = 0 (3) С другой стороны U_рэ(t)L где L^-1(.) - обратное преобразование Лапласа. Представим W(p) в виде W(p) = K_рэW^'(p), (4) где К_Рэ - коэффициент усиления регулирующего элемента и нагрузки; W^'(p) = A(p)/B(p), где А(p), B(p) - степенные полиномы от р, свободный член которых равен 1. Тогда, в соответствии со свойствами преобразования Лапласа: U_рэ(t) = L. (5)
Подставляя (5) в (3) и сократив при этом левую и правую части полученного равенства на ≠ 0 , окончательно получим:
TL + L1 - = 0. (6)
Формула (6) является нелинейным дифференциальным уравнением, описывающим динамику работы устройства.

В данную формулу коэффициент усиления регулирующего элемента и нагрузки не входит, что позволяет сделать вывод о том, что условия устойчивой работы устройства от этого параметра не зависят.

Работает устройство следующим образом. Допустим, в результате увеличения нагрузки выходное напряжение U_н уменьшилось. Согласно формуле (1) выходное напряжение узла деления U_рэ увеличится и посредством регулирующего элемента 2 начнет увеличивать напряжение нагрузки U_н до тех пор, пока оно не будет соответствовать формуле (2). Аналогично происходит и при увеличении напряжения U_н, только при этом U_рэ уменьшается, стремясь уменьшить U_н до тех пор, пока оно не станет равным заданному.

В итоге после первоначального запуска описываемое устройство поддерживает напряжение нагрузки постоянным и равным заданному коэффициенту передачи узла 4 деления напряжений, причем данная система является астатической, то есть ошибка стабилизации напряжения нагрузки равна нулю. Кроме того, область устойчивой работы устройства не зависит от коэффициента усиления регулирующего элемента и нагрузки.

Все электрические блоки устройства могут быть выполнены по известным электрическим схемам.

Таким образом, описываемый способ стабилизации напряжения позволяет повысить точность стабилизации напряжения нагрузки за счет астатизма получаемой системы стабилизации при одновременном расширении области ее устойчивой работы, которая не зависит от коэффициента усиления регулирующего элемента и нагрузки.

Формула изобретения

СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ РЕГУЛИРУЮЩИМ ЭЛЕМЕНТОМ СТАБИЛИЗАТОРА ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СИГНАЛА, заключающийся в подаче управляющего сигнала на управляющий вход регулирующего элемента, отличающийся тем, что, с целью повышения точности при расширении области устойчивой работы, управляющий сигнал формируют пропорциональным отношению этого сигнала к выходному сигналу стабилизатора.

РИСУНКИ

Рисунок 1