Сглаживающий фильтр

 

Союз Советскии

Социалистическик

Республик

O ll N C A H H E „„ 5()Д

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

4i

//=-. .г (6l) Дополнительное к авт. свид-ву (22)Заявлено 18.11.77 (21)2545109/24 — 07 (5! ) 1т1 Кд

Н 02 М 1/12 с присоединением заявки №

Гооударстееииый комитет (23) Приоритет

Опубликовано 23.07.80. Бюллетень №27

Дата опубликования описания 25.07.80 по делам изооретеиий и открытий (53 ) УД К 62 1. .316.722 (088.8) (72) Автор изобретения

В. Л. Головкин (71) Заявитель

Московский ордена Ленина авиационный институт им. Серго Орджоникидзе

f (54) СГЛАЖИВАЮЩИЙ ФИЛЬТР

Изобретение относится к преобразовательным устройствам систем электро-, питания и может быть использовано для сглаживания выходного напряжения импульсного регулятора, Известные пассивные и активные сгла5 живающие фильтры (1), (2) и 13 1 имеют тот недостаток, что их переходные функ— ции фиксированы и не оптимизируются в зависимости от параметров входного сиг10 нала.

Между тем, известны применения сглаживающего фильтра, в которых эти недостатки существенны, например, применение в качестве выходного фильтра им15 пульсного регулятора напряжения, в частности стабилизатора с частотно-импульсной модуляцией.

Из известных устройств наиболее близким по технической сущности и по.строению является .сглаживающий фильтр, содержащий дроссель, один конец которого подключен к одному из входных выводов, а другой — к соответствующему вы2 ходному выводу и к свободному концу резистора последовательной RC -цепи, общая точка которой подключена к неин— вертируюшему входу дифференциального усилителя напряжения, инвертирующий вход которого соединен с резистивной цепью обратной связи.

Недостаток этого фильтра состоит в том, что качество его переходной функции не является близким к наилучшему при всех значениях частоты основной гармоники входного сигнала (которые она принимает, например, в процессе функционирования частотно импульсного регулятора, являющегося источником сглаживаемого сигнала.

В этом фильтре качество переходной функции может быть близко к наилучшему достижимому лишь при одном, наинизшем значении частоты основной гармоники входного сигнала.

Белью изобретения является уменьшение времени регулирования при переходных процессах, что позволит улуч30

3 7506 шить качество переходной функции фильтра с приближением его к наилучшему при каждом значении меняющейся частоты основной гармоники сглаживаемого сигнала и, тем самым, улучшить усредненное с по условиям работы фильтра качество переходного процесса в нем при сохранении заданного сглаживания за счет управлеция амплитуднофазовой частотной характеристикой фильтра по сигналу изменения частоты основной гармоники сигнала.

Это достигается тем, что сглаживающий фильтр, содержащий дроссель, один конец которого подключен к одному из входных выводов, а другой — к соответ— ствуюшему выходному выводу и к сво- ° бодному концу резистора последовательной RC -цепи, общая точка которой подключена к неицвертируюшему входу дифференциального усилителя напряжения, инвертипующий вход которого соединенс резистивной цепью обратной связи, снабжен преобразователем частоты в напряжение и управляемым емкостным элементом, причем вход преобразователя соединен со входом фильтра, а его выход с управляющим электродом емкостного элемента.

Сущность изобретения поясняется схемой, приведенной на чертеже.

Сглаживающий фильтр содержит дроссель 1, включенный между входным выводом 2 и выходным выводом 3, (С -цепь, состоящую из последовательно соединенных резистора 4 и емкостного элемента 5, дифференциальный усилитель напряжения 6, резистивную цепь обратной связи, составленную из резистора 7, включенного между выходом 8 усилителя 40

6 и инвертируюшим входом этого усилителя, и резистора 9, включенного между инвертирующим входом усилителя 6 и выводом 3, резистор 10, включенный между выходом 8 усилителя 6 и выводом 3, и преобразователь частоты в напряжение 11, соединенный входом с входным выводом 2, а выходом — с управляющим электродом 12 емкосжого элемента 5, один из проходных выводов

13 которого соединен с резистором 4 и неинвертирующим входом усилителя 6.

Источник 14 входного сигнала подсоединяется к выводу 2, а нагрузка 15 включается между выводом 3 и обшей шиной источника 14 и фильтра.

Фильтр работает таким образом, что усилитель 6 с резисторами 7 и 9 обратной связи реализует коэффипиент пе71

4 редачи напряжения от вывода 3 .:то своего выхода 8, равный А Р,/I g, где Р и Rq — сопротивления рез..сторон

7 и. 9, и коэффициент передачи от неинвертируюшего входа до выхода 8, равный

А+1. При этом, напряжение на емкости

С5 емкостного элемента 5 равно

05()(1/ ) С5) (3 (Я) c® +()5С ) где U>(S)- напряжение на выводе 3 относительно общей шины, — сопротивление резистора 4, Ч-Р С Нанряжение на выходе 8 усилителя равно

8(. ) 5 ) (с5() ()1,"Ü Ã

Резистор 10 определяет выходной ток усилителя, текущий через этот резистор, .Оааьй)

Юо® р О

Операторное сопротивление Z (S ) двухполюсника, образованного элементами

4-6, 7-10 и включенного между выводом 3 и обшей шиной параллельно нагрузке 15, определяется параллельным соединением сопротивления (к4+ 1/5C5)

RC -цепи и сопротивления, „(5)=Ц (Я/- (}, и равно 7. (S)=JR +(1/ЗС )) l/(Ì 1 j, где Ч=йф 1)/Р,ц т.е. 7 соответствует операторному сопротивлению последовательного соединения емкости С = С «.

«(И+1) и сопротивления К=Р о/А+1.

" Таким образом, сглаживающий фильтр представляет собой LCR -контур, выходное напряжение которого снимается с эле ментов С и Р, включенных параллельно нагрузке.

Выбором параметров схемы обеспечивается С>,с„,k «R„, где Q„и Й вЂ” параметры нагрузки 15 и

)I/ЙЦ <(R в рабочей частотной области фильтра. При этом собственная частота

И > фильтра, определяющая его полосу пропускания равна И = 1/AC и ее значение задается значением С- . Преобразователь 11 преобразует частоту доминирующей гармоники входного сигнала f < в напряжение, управляющее зна4Г чением С . Выбором характеристики преобразования значения Х4г в значение

С 5 обеспечивается уменьшение значения С 5 при возрастании Х.,„и изменение,> пропорционально, т.е. расширение полосы пропускания фильтра с увеличением частоты основной гармоники входного сигнала при сохранении постоянного коэффициента сглаживания сигнала частоты P. и высir ших гармоник. При этом, время регули— рования — параметр переходной функ— сии, определяющий ее качество — уменьшается в соответствии с известной связью частотной и переходной характеристик без ухудшения качества сглаживания, которое определяется только отношением И /2ГЯ =со1 М, о г

И качестве емкостного элемента могут быть использованы; например, варикап, или схема, содержащая конденсатор постоянной емкости и управляемый усилитель напряжения с усилением—

К 4(-1, включенные определенным обр азом.

Форм ул а из о

Сглаживающий фильтр, содержащий дроссель, один конец которого подключен к одному из входных выводов, а другой—

750671 6 к соответствующему выходному выводу и к свободному концу резистора последовательной RC -цепи, общая точка которой подключена к неинвертируюшему входу дифференциального усилителя напряжения, инвертируюший вход которого соединен с резистивной цепью обратной связи, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью уменьшения времени регулировайия при переходных процессах, он снабжен преобразователем частоты в нацряжение и управляемым емкостным элементом, причем вход преобразователя соединен со входом фильтра, а его выход с управ>s ляюшим электродом емкостного элемента.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Анисимов Я. Ф. Особенности прим енения полупроводниковых преобразователей в судовых электроустановках. бр етения

"Судостроение",Л., 1973.

2. Патент США — ¹ 3670230, кл. 321-10, 1972.

3. Ж урнал Известия ВУЗов,"Электромеханика, № 5, 1977, с. 542, рис.3.

Составитель А. Кириллов

Редактор В. Голышкина Техред Н. Коаапеаа Корректор М Пемчик

Заказ 4667/43 Тираж 783 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, г. Ужгород. ул. Проектная, 4