Способ дискретного регулирования напряжения и устройство для его осуществления

 

Изобретения относятся к области электротехники и могут быть использованы при изготовлении точных быстродействующих стабилизаторов переменного напряжения. Технический результат - повышение качества регулирования. Способ дискретного регулирования напряжения заключается в том, что уменьшают или увеличивают выходное напряжение за счет ступенчатого изменения коэффициента передачи регулирующего органа, для чего измеряют выходное напряжение на каждом периоде измерения, сравнивают его с двумя эталонными напряжениями, формируют первый сигнал рассогласования при превышении выходного напряжения большего по величине эталонного напряжения либо второй сигнал рассогласования при снижении выходного напряжения ниже меньшего эталонного напряжения, контролируют наличие сигналов каждого рассогласования, производят уменьшение или увеличение выходного напряжения при наличии соответственно первого или второго сигналов рассогласования, осуществляя последовательное приближение к требуемому коэффициенту передачи регулирующего органа, на каждом периоде измерения измеряют входное напряжение, по результатам измерения которого определяют грубую составляющую коэффициента передачи регулирующего органа, точное значение которого определяют путем вышеуказанного последовательного приближения. Устройство для осуществления способа регулирования напряжения включает входные выводы, трансформаторно-ключевой регулирующий орган, включенный между входными и выходным выходами, реверсивный счетчик, входы прямого и обратного счета которого подключены к выходам первого и второго компараторов соответственно, входы которых объединены и подключены к выходу измерительного органа, вход которого подключен к выходному выходу, и дешифратор, выходы которого подключены к управляющим входам трансформаторно-ключевого регулирующего органа, а входы первой группы входов дешифратора подключены к соответствующим выходам реверсивного счетчика, аналого-цифровой преобразователь, входы которого подключены к входным выводам стабилизатора, а выходы - к соответствующим входам второй группы входов дешифратора. 2 с. и 5 з. п. ф-лы, 3 ил.

Изобретения относятся к области электротехники и могут быть использованы при изготовлении точных, быстродействующих стабилизаторов переменного напряжения.

Известен способ управления дискретно-регулируемым преобразователем переменного напряжения, заключающийся в том, что уменьшают или увеличивают выходное напряжение за счет ступенчатого изменения коэффициента передачи регулирующего органа, для чего измеряют выходное напряжение на каждом периоде измерения, сравнивают его с двумя эталонными напряжениями, формируют первый сигнал рассогласования при превышении выходного напряжения большего по величине эталонного напряжения либо второй сигнал рассогласования при снижении выходного напряжения ниже меньшего эталонного напряжения, контролируют наличие сигналов каждого рассогласования, производят уменьшение или увеличение выходного напряжения при наличии, соответственно, первого или второго сигналов рассогласования осуществляя последовательное приближение к требуемому коэффициенту передачи регулирующего органа (см. описание к а. с. СССР 1636961, МКл 5 H 02 M 5/22).

Известный способ позволяет осуществлять регулирование напряжения в условиях отсутствия резких перепадов. Недостатком известного способа является невозможность обеспечения качественного регулирования при больших скачках входного напряжения, так как в известном способе используется последовательное приближение к требуемой величине коэффициента передачи регулирующего органа, что влечет невозможность отработки скачков напряжения выше некоторой величины, определяемой выбранными временными параметрами, в частности периода измерения и частоты дискретизации.

Задачей изобретения является повышение качества регулирования.

Техническим результатом является возможность отработки скачков напряжения большей величины при одинаковых с прототипом временных параметрах измерения и дискретизации.

Устройство для осуществления известного способа (см. описание к а. с. СССР 1636961, МКл 5 Н 02 М 5/22) регулирования напряжения включает входной и выходной выводы, трансформаторно-ключевой регулирующий орган, вход и выход которого подключены к входному и выходному выводам, соответственно, измерительный орган, вход которого подключен к выходному выводу, а выход - к первым входам компараторов, вторые входы которых являются входами нижнего и верхнего эталонных уровней напряжения, а выходы первого и второго компараторов подключены к входам прямого и обратного счета реверсивного счетчика, соответственно, выходы которого через дешифратор подключены к управляющим входам трансформаторно-ключевого регулирующего органа.

Недостатком устройства для осуществления известного способа является невозможность качественного регулирования при наличии на входе устройства резких изменений напряжения в виде скачков большой величины, которые будут "просачиваться" на выход, искажая процесс регулирования.

Задачей изобретения является повышение качества регулирования.

Техническим результатом является возможность работы при наличии на входе мешающих скачков напряжения большой величины.

Указанный результат достигается тем, что в способе дискретного регулирования напряжения, заключающемся в том, что уменьшают или увеличивают выходное напряжение за счет ступенчатого изменения коэффициента передачи регулирующего органа, для чего измеряют выходное напряжение на каждом периоде измерения, сравнивают его с двумя эталонными напряжениями, формируют первый сигнал рассогласования при превышении выходного напряжения большего по величине эталонного напряжения либо второй сигнал рассогласования при снижении выходного напряжения ниже меньшего эталонного напряжения, контролируют наличие сигналов каждого рассогласования, производят уменьшение или увеличение выходного напряжения при наличии, соответственно, первого или второго сигналов рассогласования, осуществляя последовательное приближение к требуемому коэффициенту передачи регулирующего органа, дополнительно на каждом периоде измерения измеряют входное напряжение, по результатам измерения которого определяют грубую составляющую коэффициента передачи регулирующего органа, точное значение которого определяют путем вышеуказанного последовательного приближения.

Указанный результат достигается тем, что в устройство для реализации способа регулирования напряжения, включающее входные и выходные выводы, трансформаторно-ключевой регулирующий орган, включенный между входными и выходным выводами, реверсивный счетчик, входы прямого и обратного счета которого подключены к выходам первого и второго компараторов, соответственно, первые входы которых объединены и подключены к выходу измерительного органа, вход которого подключен к выходному выводу, и дешифратор, выходы которого подключены к управляющим входам трансформаторно-ключевого регулирующего органа, а входы первой группы входов дешифратора подключены к соответствующим выходам реверсивного счетчика, вторые входы компараторов являются входами нижнего и верхнего эталонных уровней напряжения, соответственно, введен аналого-цифровой преобразователь, входы которого подключены к входным выводам устройства, а выходы - к соответствующим входам второй группы входов дешифратора.

Кроме того: - трансформаторно-ключевой регулирующий орган включает трансформатор с секционированными первичной и вторичной обмотками, каждая из которых имеет по меньшей мере по два отвода, которые через соответствующие ключи подключены к входу или к выходу трансформаторно-ключевого регулирующего органа, а входы управления соответствующих ключей подключены к соответствующим управляющим входам трансформаторно-ключевого регулирующего органа; - измерительный орган включает выпрямитель, а компараторы выполнены в виде аналоговых компараторов верхнего и нижнего уровней, соответственно; - измерительный орган включает аналого-цифровой преобразователь, а компараторы верхнего и нижнего уровней включают цифровые схемы сравнения соответственно верхнего и нижнего уровней; - трансформатор трансформаторно-ключевого регулирующего органа выполнен в виде автотрансформатора; - отводы вторичной обмотки трансформатора трансформаторно-ключевого регулирующего органа выполнены с меньшим шагом, чем отводы первичной обмотки.

Изобретение поясняется с помощью чертежей, где на фиг. 1 показана структурная схема устройства для реализации способа дискретного регулирования напряжения, на фиг. 2 - структурная схема трансформаторно-ключевого органа, выполненного в виде трансформатора, на фиг. 3 - структурная схема трансформаторно-ключевого органа, выполненного в виде автотрансформатора.

Способ дискретного регулирования напряжения включает уменьшение или увеличение выходного напряжения за счет ступенчатого изменения коэффициента передачи регулирующего органа, для чего измеряют выходное напряжение на каждом периоде измерения, сравнивают его с двумя эталонными напряжениями, формируют первый сигнал рассогласования при превышении выходного напряжения большего по величине эталонного напряжения либо второй сигнал рассогласования при снижении выходного напряжения ниже меньшего эталонного напряжения, контролируют наличие сигналов каждого рассогласования, производят уменьшение или увеличение выходного напряжения при наличии, соответственно, первого или второго сигналов рассогласования, осуществляя последовательное приближение к требуемому коэффициенту передачи регулирующего органа, на каждом периоде измерения измеряют входное напряжение, по результатам измерения которого определяют грубую составляющую коэффициента передачи регулирующего органа, точное значение которого определяют путем вышеуказанного последовательного приближения.

Суть способа дискретного регулирования напряжения заключается в дискретном регулировании напряжения на основании определения за период измерения уровня входного напряжения, а также определения за период измерения наличия рассогласования выходного напряжения за пределы большего (верхнего) или меньшего (нижнего) эталонных уровней напряжения, определяющих заданные границы изменения выходного напряжения.

При этом значение коэффициента передачи регулирующего органа можно представить в виде суммы двух составляющих грубой и точной. Грубая составляющая коэффициента передачи регулирующего органа определяется по результатам измерения входного напряжения и показывает наиболее близкую область из возможных значений коэффициента передачи, из которых и будет осуществляться поиск требуемого значения коэффициента передачи. Таким образом, по окончании первого периода измерения осуществляется предварительная установка значения коэффициента передачи с тем, чтобы дальнейшее определение его точной составляющей занимало наименьшее количество шагов.

Точная составляющая коэффициента передачи определяется по результатам измерения выходного напряжения и сравнения его с верхним и нижним эталонными уровнями. Если значение выходного напряжения выше верхнего значения эталонного уровня, то формируется первый сигнал рассогласования, при наличии которого уменьшают на одну ступень значение коэффициента передачи регулирующего органа, что приводит к снижению уровня выходного напряжения. Если значение выходного напряжение выходит за нижнюю границу, определяемую меньшим эталонным напряжением, то формируется второй сигнал рассогласования, в связи с чем увеличивают на одну ступень значение коэффициента передачи регулирующего органа, что приводит к увеличению выходного напряжения. Описанный процесс повторяется в каждом периоде измерения до установления требуемого коэффициента передачи регулирующего органа, при котором выходное напряжение по окончании каждого периода измерения не выходит за границы, определяемые большим и меньшим эталонными уровнями.

При наличии скачка входного напряжения регулирование напряжение осуществляется аналогично описанному выше. Грубая составляющая и предварительная установка значения коэффициента передачи регулирующего органа определяется в результате измерения входного напряжения в конце периода измерения. Точная составляющая находится в процессе последовательного приближения коэффициента передачи к требуемому значению, когда выходное напряжение перестает выходить за границы, определяемые уровнями эталонных напряжений.

Предлагаемый способ обеспечивает более качественное регулирование напряжения за счет уменьшения зависимости параметров выходного напряжения от мешающих воздействий в виде скачкообразных изменений входного напряжения, т. к. обеспечивает большую оперативность отработки таких воздействий и при одинаковых с прототипом временных параметрах обеспечивает отработку скачков напряжения большей величины.

Устройство для осуществления способа регулирования напряжения включает входные выводы 1 (фиг. 1), трансформаторно-ключевой регулирующий орган 2, выход которого подключен к выходному выводу 3, реверсивный счетчик 4, входами прямого и обратного счета присоединенный к выходам компараторов 5 и 6 верхнего и нижнего уровней соответственно, входы компараторов 5 и 6 через измерительный орган 7 присоединены к выходному выводу 3, дешифратор 8, выходы реверсивного счетчика 4 соединены с соответствующими входами первой группы входов дешифратора 8, аналого-цифровой преобразователь 9, входы которого подключены к входным выводам 1 устройства, а выходы - к соответствующим входам второй группы входов дешифратора 8.

Трансформаторно-ключевой регулирующий орган включает ключи 10 (фиг. 2, 3) первичной обмотки 11 и ключи 12 вторичной обмотки 13 трансформатора 14.

Устройство для осуществления способа дискретного регулирования напряжения работает следующим образом. В момент включения устройства реверсивный счетчик 4 устанавливается в состояние "0" на всех его выходах, эти сигналы поступают на входы первой группы входов дешифратора 8. В то же время на входы второй группы входов дешифратора 8 подается оцифрованное значение входного напряжения через аналого-цифровой преобразователь 9. Входной цифровой код преобразуется дешифратором 8 таким образом, что на его выходе формируются сигналы управления ключами 10 и 12, соответствующее включение которых обеспечивает выходное напряжение в заданных границах, определяемых верхним и нижним эталонными уровнями, (или наименьшее удаление выходного напряжения от заданных границ). Оптимальная комбинация включения ключей 10 и 12 с точки зрения близости выходного напряжения к заданным границам обеспечивается за счет учета значения напряжения не только на выходном выводе 3, но и на входных выводах 1 устройства. Выходное напряжение устройства поступает на вход измерительного органа 7, на выходе которого формируется сигнал, пропорциональный амплитуде выходного напряжения устройства. Измерительный орган 7 представляет собой в общем случае последовательно соединенные выпрямитель напряжения с фильтром низкой частоты, сигнал с выхода которого поступает на входы компараторов 5 и 6 верхнего и нижнего уровней. Если выходное напряжение оказывается меньше нижнего эталонного уровня, срабатывает компаратор нижнего уровня 6. Реверсивный счетчик 4 в следующий такт, например момент перехода тока через ноль, увеличивает свое состояние на единицу. Код реверсивного счетчика подается на дешифратор 8, на выходах которого формируется новый управляющий сигнал, соответствующий новой комбинации включения ключей 10 и 12, обеспечивающей повышение выходного напряжения на одну ступень и более точное приближение коэффициента трансформации трансформатора 14 к требуемому значению. Далее процесс повторяется, способствуя плавному повышению коэффициента трансформации трансформатора 14 до тех пор, пока напряжение на выходе стабилизатора не установится в заданных пределах ниже верхнего порогового уровня, который устанавливается компаратором 5 верхнего уровня. При повышении выходного напряжения выше верхнего эталонного значения срабатывает компаратор верхнего уровня 5, реверсивный счетчик 4 переключается в режим реверса и в следующий такт уменьшает свое состояние на единицу. Код реверсивного счетчика преобразуется дешифратором 8, и ключи 10, 12 уменьшают напряжение на выходе на одну ступень. Далее процесс повторяется, при этом изменения напряжения происходят в пределах заданных пороговых уровней, определяемых компараторами 5 и 6.

При наличии скачка входного напряжения изменяется цифровой код на выходе аналого-цифрового преобразователя 9, соответственно этому изменяется цифровой код на выходе дешифратора 8, и уже другая комбинация включения ключей 10 и 12 обеспечивает такое включение первичной и вторичной обмоток трансформатора 14, которое позволяет получить ближайшее к заданному из возможных дискретных значений выходного напряжения, изменяя коэффициент трансформации трансформатора 14. Далее процесс приближения осуществляется аналогично вышеописанному. При этом первичная обмотка 11 может иметь отводы, выполненные с большим шагом чем вторичная, в этом случае ключами 10 будет обеспечиваться грубое приближение выходного напряжения к заданному, а ключами 12 - более точное.

Измерение выходного уровня может осуществляться как в аналоговом, так и в цифровом виде. В первом случае - аналогового исполнения измерительный орган представляет собой в общем случае выпрямитель, на выходе которого формируется сигнал постоянного напряжения, пропорциональный амплитуде выходного напряжения. Во втором случае измерительный орган 7 включает аналого-цифровой преобразователь, на выходе которого формируются цифровые сигналы, пропорциональные амплитуде подаваемого на его вход напряжения. Схемы сравнения, подключенные к выходу аналого-цифрового преобразователя измерительного органа 7, обеспечивают формирование логических уровней, соответствующих превышению или снижению выходного напряжения за пределы уровней стабилизации, аналогично формируемым компараторами, при аналоговом выполнении блоков 5, 6 и 7.

Компараторы, счетчик дешифратор и аналого-цифровой преобразователь могут быть выполнены как на аналоговых, так и на цифровых стандартных интегральных микросхемах.

Предлагаемое устройство для осуществления способа дискретного регулирования напряжения обеспечивает качественное регулирование напряжения за счет повышения быстродействия устройства при отработке больших скачков входного напряжения.

Формула изобретения

1. Способ дискретного регулирования напряжения, заключающийся в том, что уменьшают или увеличивают выходное напряжение за счет ступенчатого изменения коэффициента передачи регулирующего органа, для чего измеряют выходное напряжение на каждом периоде измерения, сравнивают его с двумя эталонными напряжениями, формируют первый сигнал рассогласования при превышении выходного напряжения, большего по величине эталонного напряжения, либо второй сигнал рассогласования при снижении выходного напряжения ниже меньшего эталонного напряжения, контролируют наличие сигналов каждого рассогласования, производят уменьшение или увеличение выходного напряжения при наличии соответственно первого или второго сигналов рассогласования, осуществляя последовательное приближение к требуемому коэффициенту передачи регулирующего органа, отличающийся тем, что на каждом периоде измерения измеряют входное напряжение, по результатам измерения которого определяют грубую составляющую коэффициента передачи регулирующего органа, точное значение которого определяют путем вышеуказанного последовательного приближения.

2. Устройство для осуществления способа дискретного регулирования напряжения, включающее входные и выходные выводы, трансформаторно-ключевой регулирующий орган, включенный между входными и выходными выводами, реверсивный счетчик, входы прямого и обратного счета которого подключены к выходам первого и второго компараторов соответственно, первые входы которых объединены и подключены к выходу измерительного органа, вход которого подключен к выходному выводу, и дешифратор, выходы которого подключены к управляющим входам трансформаторно-ключевого регулирующего органа, а входы первой группы входов дешифратора подключены к соответствующим выходам реверсивного счетчика, вторые входы компараторов являются входами нижнего и верхнего эталонных уровней напряжения соответственно, отличающееся тем, что в него введен аналого-цифровой преобразователь, входы которого подключены к входным выводам устройства, а выходы - к соответствующим входам второй группы входов дешифратора.

3. Устройство для осуществления способа дискретного регулирования напряжения по п. 2, отличающееся тем, что трансформаторно-ключевой регулирующий орган включает трансформатор с секционированными первичной и вторичной обмотками, каждая из которых имеет по меньшей мере по два отвода, которые через соответствующие ключи подключены к входу или к выходу трансформаторно-ключевого регулирующего органа, а входы управления соответствующих ключей подключены к соответствующим управляющим входам трансформаторно-ключевого регулирующего органа.

4. Устройство для осуществления способа дискретного регулирования напряжения по п. 2 или 3, отличающееся тем, что измерительный орган включает выпрямитель, а компараторы выполнены в виде аналоговых компараторов верхнего и нижнего уровней соответственно.

5. Устройство для осуществления способа дискетного регулирования напряжения по п. 2 или 3, отличающееся тем, что измерительный орган включает аналого-цифровой преобразователь, а компараторы верхнего и нижнего уровней включают цифровые схемы сравнения соответственно верхнего и нижнего уровней.

6. Устройство для осуществления способа дискретного регулирования напряжения по любому из пп. 2-5, отличающееся тем, что трансформатор трансформаторно-ключевого регулирующего органа выполнен в виде автотрансформатора.

7. Устройство для осуществления способа дискретного регулирования напряжения по любому из пп. 2-6, отличающееся тем, что отводы вторичной обмотки трансформатора трансформаторно-ключевого регулирующего органа выполнены с меньшим шагом, чем отводы первичной обмотки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3