Стабилизатор переменного напряжения

 

О Il И С A Н И Е (1935899

ИЗОЬРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Сюциапкстическкк

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 26,11.79 (21) 2843076/24-07 с присоединением заявки М (23) Приоритет

Опубликовано 15.06.82. Бюллетень М 22

Дата опуоликования описания 15.06.82 (51)М. Кл. (05 F 1/44 Ьаударстваккый комитет

СССР аю делам лзаоретенкк и открытий (53)-УД К 621.316.

° 722, 1 (088.8) (72) Авторы изобретения

А. В. Кобзев, Г. Я. Михапьченко, В. С. Ми и B. ll. Семенов

Научно-исспедоватепьскнй институт автоматики и,,эпектромехвннки т при Томском институте автоматизированных-аистеМ управпения

4 и радиоэлектроники (7I ) Заявитель (54) СТАБИЛИЗАТОР ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к эпектротехнике, в частности к устройствам импупьс ной стабипизации переменного напряжения, и может найти применение там,где необходимо стабннизировать не только среднее, эффективное ипи амплитудное значения переменного напряжения, но и поддерживать заданную форму выходного напряжения при изменяющейся веничине и форме входного напряжения, а также там, где необходимо стабилизировать мгновенное значение переменного напряжения любой произвопьной формы (треугольной, трапециедапьной и т. д.).

Известен импульсный стабилизатор пе15 ременного напряжения, позвопяюший ста« бипизировать мгновенное значение переменного напряжения, содержащий кпючевой регупируюший элемент, входной и вы20 ходной фипьтры, схему сравнения, источник этапонного синусоидапьного напряжения, синхронизированного с напряжением сети (1 j.

Однако он имеет низкую точность ствбипнзации переменного напряжения, обусповпенную непостоянством коэффициента передачи ключевого регупирующего эпе-. мента, а значит и всей разомкнутой системы стабипизации, и or раниченные функциональные возможности.

Наиболее близким техническим решением к изобретению явпяется стабипизатор переменного напряжения, содержащий первый фильтр, входом подкпюченный к входной клемме, а выходом - к сипово=. му входу ключевого . регулирующего органа, выход которого через второй фипьтр подключен к выходной клемме, блок сравнения — выходом соединенный с упрввпяюшим входом ключевого регулирующего органа; а одним из входов — с бпоком опорного напряжения, причем к другому входу блока сравнения подключен выход блока обратной связи, вкпючаюший узеп выделения среднего значения напряжения, при этом вход блоха обратной связи подкпючен к выходной кпемме, бпок управ938

899

20 пения и синхронизации, состоящий из умножитепя частоты сети, по крайней мере, с одним выходом, соединенным с управпяюшим входом узла выдепения среднего значения напряжения и распредепитепя имлупьсов также, по крайней мере, с одним выходом (2).

Однако известный стабипиэатор переменного напряжения имеет низкую точ-! ность из- за непостоянства коэффициента передачи кпючевого регупируюшего органа и ограниченные функционапьные возможности из-за невозможности реапизации режима регулирования по возмущению. Если кпючевой регупируюший орган работает с частотой, sN раз превышающей частоту сети, то его коэффициент передачи по среднему значению напряжения эа попупериод повышенной частоты равен (И-1)л

К .=К, 5 > 1 (1) Ро М

4 мы стремится к ошибке разомкнутой, что и определяет ее низкую точность.

При реализации режима регулирования по возмущению (для чего необходимо вход бпока обратной связи соединить со входными клеммами) сигнап ошибки становится ступенчато-синусоидапьным,что приводит к низкочастотным искажениям выходного напряжения, что и опредепяет ограниченные функциональные воэможности.

Uem изобретения — повышение точности стабилизации и расширение функциональных возможностей.

Поставпенная цепь достигается тем, что в известном стабипизаторе переменI ного напряжения, содержащем первый фильтр, входом подключенный к входной кпемме, а выходом - к сиповому входу кпючевого регулирующего органа, выход которого через второй фильтр подключен к входной кпемме, узел сравнения выходом соединенный с управпяюшим входом

i0

SS где K — коэффициент (статический) пеР редачи кпючевого регу пирующего органа на 1 -том временном интервапе;

К рО- некоторый постоянный коэффициент;

- номер интервала, отсчитываемый от нупя напряжения сети

1=1,2,...8. — количество полупериодов повышенной частоты на попупериоде напряжения сети, По тому же закону изменяется и коэффициент передачи разомкнутой системы стабипиэации, поскопьку он равен произ ведению коэффициентов передачи всех узпов, в том чиспе и кпючевого регупируюшего органа (остальные коэффициенты передачи постоянны). Значения остальных коэффициентов передачи для простоты примем равными единице.

Точность стабипиэации замкнутой системы регулирования опредепяется через коэффициент передачи разомкнутой системы следующим образом: ьхр ьх х, „ ()

Р 4 К SIn где АХЗ - ошибка замкнутой системы стабилизации; ь)(р - ошибка разомкнутой системы стабипизации.

Из последнего выражения видно, что при больших М на интервапах с номером много меньшим М, значение синуса стремится к нупю, а ошибка замкнутой систекпючевого регупируюшего органа, à одним из входов - с блоком опорного напряжения, причем к другому входу бпока сравнения подкпючен выход бпока обратной связи, включающий в себя узеп выдепения среднего значения напряжения, при этом вход блока обратной связи подключен к выходной клемме, бпок управления и синхронизации, состоящий из умножитепя сети, по крайней мере, с одним выходом, соединенным с управпяюшим входом узла выдепения среднего значения напряжения и распределитепя импупьсов также, по крайней мере, с одним выходом, бпок обратной связи снабжен узпом дискретного изменения вепичины коэффициеита передачи обратно пропорционапьно мгновенному значению стабипизируемого напряжения с, по крайней мере, одним управляющим входом, и вкпюченным поспедоватепьно в цепь узпа выденения среднего значения напряжения, причем его управляюший вход подключен к выходу распредепитепя импульсов, при этом бпок опорного напряжения выпопнен в виде источника постоянного напряжения.

А также тем, что уэеп дискретного изменения вепичины коэффициента передачи обратно пропорционапьно мгновенному значению стабилизируемого напряжения, выполнен в виде операционного усипитепя, охваченного отрицатепьной обратной связью, на вход которого включено И параппельно соединенных цепочек, каждая из которых состоит из лоспедоватепьно соединенных ключа и резистора, причем управляющий вход упомянутого кпюча под9358 кпючен к соответствуюшему управпяюшему входу данного уэпв, а величины резисторов, включенных последовательно с кпючвми, выбраны из ооотношения

Æi- )л

sin R."R (ъ)

1-1 . Л 2Ì где Я. — резистор, соединенный последовательно с \ -тым ключом, управляющий вход которого соединен с -тым выходом рвспредепитепя импупьсов;

-„1, 2, 3, ... N номер кпюча;

Я вЂ” коэффициент умножения частоты;

Я - резистор, соединенный поспедо1 ватепьно с первым ключом, И тем, что узел дискретного изменения величины коэффициента передачи обратно 26 пропорционащ,но мгновенному значению. ствбипизируемого напряжения, выполнен в виде операционного усилителя, охваченного цепью обратной связи, на вход которого включен резистор, а цеПь отрицатель-25

HoN обратной связи выкопнена иэ М параллельно соединенных цепбчек, по крайней мере одной цепочкой, каждая из которых состоит иэ поспедоватепьно соединенных ключа и резистора, причем, уп- Эо равпяюший вход упомянутого ключа подкпючен к соответствующему управляющему входу данного узла, а величины резисторов,включенных поопедоватепьно с ключами, выбраны по соотношению

Jl

sia — -,,;Га.«R . (4)

Я;-1)3

51h М

Кроме того, узел дискретного изменения величины коэффициента передачи обратно пропорционально мгновенному значению стабипизируемого напряжения выполнен в виде операционного усилителя, охваченного отрицательной обратной связью, на вход которого включены И последовательно соединенных цепочек, каждая иэ которых выполнена в виде резистора, зашунтированного ключом, управляюший вход которого подключен к соответствуюшему управпяюшему входу данного узла, .а величина указанного резистора выбрана иэ соотношения: (Ю" 4) 7

55 .,)

sin

Л

99 6 а также узел дискретного изменения величины коэффициента передачи обратно пропорционально мгновенному значению стабипизируемого напряжения выпопнен B виде операционного усилителя, охваченного цепью обратной связи, на вход которого включен резистор, а цепь отрицательной обратной связи выпопнена из hl последовательно соединенных цепочек, каждая из которых состоит из параллельно

1 соединенных резистора и ключа, управпяюший вход которого подкпючен к соответствующему управпяюшему входу данного ,узпа, а величина резисторов, включенных параппепьно с ключами, выбраны иэ соотношенияя:

На фиг. 1 приведена функциональная схема предлагаемого стабилизатора; на фиг. 2-5 приведены примеры выполнения узла дискретного изменения величины коэффициента передачи обратно пропорционально мгновенному значению стабипизируемого напряжения; на фиг. 6 — временные диаграммы работы предпагвемого стабипизатора переменного напряжения.

Устройство состоит иэ входного 1 и выходного 2 фипьтров, между которыми вкпючен ключевой регупируюший орган 3 блока обратной связи 4, который вкпючает в себя поспедоватепьно вкпюченные узеп выделения среднего значения напряжения 5 и узел дискретного изменения коэффициента обратно пропорционально мгновенному значению переменного напряжения 6. Выход блока обратной связи соединен с одним из входов блока сравнения 7, другой вход которой соединен с источником опорного напряжения 8.

Блок управления и синхронизации 9 входом соединен с входной кпеммой стабилизатора и состоит иэ умножитепя частоты 10, выходом соединенного с узпом выдепения среднего значения напряжения и рвспредепитепя импульсов 11 с 8 выхо-, дами, соединенными с управпяюшими входами уэпа дискретного изменения вепичины коэффициента передачи обратно пропорционапьно мгновенному значению ствбипизируемого напряжения.

На фиг. 2 представлен узел дискретного изменения вепичины коэффициента передачи обратно пропорционапьно мгновенному значению ствбилизируемого напряжения 6, который состоит из опервци9 935 то коэффициент передачи операционного усипитепя 12 изменяется соответственно

899

Если напряжение на выходе стабилизатор ра синусоидапьно по форме и амппитуде соответствует заданному значению, то t0 на выходе узла 6 будет постоянное напряжение, соответствуюшее напряжению источника опорного напряжения 8, и ключевой регупируюший орган 3 будет работать с заданной скважностью. 15

Поскольку величина коэффициента пе« редачи кпючевого регупирующего органа

3, как показано выше, изменяется по со отношению (1 ), а коэффициент передачи узла дискретного изменения вепичины ко- щ эффициента передачи обратно пропорционально мгновенному значению стабилизи« руемого напряжения изменяется по соотношению (6), то коэффициент передачи разомкнутой" системы регулирования ра- 25 вен их произведению (дпя простоты коэффициенты передачи остальных эпементов приняты равными единице) М

9jn—

;д Hi-i)Õ йй (>) 30

A . Г

= Кро 811 —

g.N форму па изобретения !

1. Стабилизатор переменного напряже. ния, содержащий первый фипьтр, входом подкпюченный к выходной клемме, а выходом - к силовому входу ключевого регупируюшего органа, выход которого через второй фильтр подкпючен к выходной клемме, блок сравнения выходом соединенный с управпяюшим входом кпючевого регулирующего органа, а одним иэ входов - с блоком опорного напряжения,причем к другому входу блока сравнения подключен выход блока обратной связи, вкпючаюший уэеп выдепения среднего значения напряжения, при этом вход бпока обратной связи подкпючен к выходной клемме, блок управпения и синхронизации, Иэ выражения (7) видно, что теперь кол эффициент передачи разомкнутой системы регулирования постоянен, т.е. не зависит от номера интервапа 1 = 1, 2, 3, ... i, 40 ...)Ч. Значит и точность стабипизации замкнутой системы регупирования, опредепяемая выражением (2), постоянна и может быть сделана как угодно высокой с помощью увеличения коэффициента пере/ дачи K po. ,Бля примера на фиг. 6 показано пунктиром: еспи стабилиэируемое напряжение

16 отклоняется от заданного, то это при50 водит к изменению напряжения 24. Откпойение напряжения 24 от заданного значения выдепяется блоком сравнения 7 и воздействует на кшочевой регупируюший орган 3, изменяя его скважность импульсов так, что стабипиэируемое напряжение

16 возврашается к исходному состоянию.

На фиг. 6 видно, что предлагаемый стабипиэатор переменного напряжения имеет запаздывание, равное попупериоду выход ного умножитепя частоты 10. Так, напряжение 16 иэменипось на четвертом интервале 1 = 4, а сигнал ошибки появится на пятом. Впрочем это запаздывание может быть сдепано как угодно мапым путем увеличения коэффициента умножения частоты Й.

Работа других вариантов выпоннения узла 6 дискретного изменения вепичины коэффициента передачи обратно пропорционапьно мгновенному значению стабипизируемого напряжения, анапогична и особых пояснений не требует.

Таким образом, предпагаемый стабипи- затор переменного напряжения позволяет повысить точность стабипизации за счет того, что статический коэффициент передачи разомкнутой системы становится постоянным и не зависит от фазы стабипизируемого напряжения, что достигается эа счет встречного изменения коэффициента передачи узла 6 дискретного изменения величины коэффициента передачи обратно пропорционапьно мгновенному .значению стабипиэируемого напряжения.

Возможность подключения блока обратной связи на вход стабипизатора позволяет реализовать режим регупирования по возмущению, что свидетельствует о расширении функционапьных возможностей предлагаемого стабилизатора переменного напряжения. Укаэанный стабилизатор переменного напряжения может быть применен для стабипизации переменного напряжения произвольной формы. Дпя этого необходимо лишь выбрать вепичины резисторов по соответствуюшему закону - обратно пропорционапьно мгновенному значению стаби пизируемого напряжения.

8899 12 изменения величины коэффициента передачи обратно пропорционально мгновенному значению стабилиэируемого напряжения выполнен в виде операционного усилителя, охваченного цепью обратной связи, на вход которого включен резистор, в цепь отрицательной обратной связи выполнена из (параллельно соединенных цепочек, каждая из которых состоит из последова1О тельно соединенных ключа и резистора, причем управляющий вход упомянутого ключа подключен к соответствующему управляющему входу данного узла, а величины резисторов, включенных последова-.

15 тельно с ключами, выбраны из соотношения

2. Стабилизатор по и. 1, о т л и ч аю шийся тем, что узел дискретного изменения величины коэффициента переда- 5 чи обратно пропорционально мгновенному значению стабилизируемого напряжения, выполнен в виде операционного усилителя, охваченного отрицательной обратной связью, на вход которого включено М па- 30 раллельно соединенных цепочек, каждая из которых состоит иэ последовательно соединенных ключа и резистора, причем управляющий вход упомянутого ключа подключен к соответствующему управляюше- 55 му входу данного узла, а величины резисторов, включенных после аовательно с ключами, выбраны из соотношения

45 где - - резистор, соединенный последо1 вательно с 1»ым ключом, управляющий вход которого соеди,нен с 1 -тым выходом распределителя импульсов;

- 1, 2, 3 „, М - номер ключа; (- коэффициент умножения частоты сети;

Р„- резистор, последовательно сое- 55 диненный. с первым ключом.

3. Стабилизатор по п. 1, о т л и ч аю шийся тем, что узел дискретного

11 9Э состоящий из умножителя частоты сети, по крайней мере — с одним выходом, соединенным с управляющим входом узла выделения среднего значения напряжения и распределителя импульсов также, по крайней мере, с одним выходом, о т л и ч аю ш и и с я тем, что, с целью повыше ния точности стабилизации и расширения функциональных воэможностей, блок обратной связи снабжен узлом дискретного изменения величины коэффициента передачи обратно пропорционально мгновенному значению стабилизируемого напряжения, с по крайней мере, одним управляющим входом, и включенным последовательно в цепь узла выделения среднего значения напряжения, управляющий вход которого подключен к выходу распределителя импульсов, при этом блок опорного напряжения выполнен в виде источника постоянного напряжения.

4. Стабилизатор по п. 1, о т л и ч аю ш и и с я тем, что узел дискретного изменения величины коэффициента передачи обратно пропорциоан(кно мгновенному значению стаби лизируемого напряжения . выполнен в виде операционного усилителя, охваченного отрицательной обратной связью, на вход которого включены (последовательно соединенных цепочек, каждая из которых выполнена в виде резистора, зашунтироввнного ключом, управляющий вход которого подключен к соответствующему управляющему входу данного уз- ° ла, а величина укаэанного резистора выбрана из соотношения

5. Стабилизатор по п. 1, о т л и ч аю ш и и с я тем, что узел дискретного изменения величины коэффициента переда. чи обратно пропорционально мгновенному значению стабилизируемого напряжения выполнен в виде операционного усилителя, охваченного цепью обратной связи, на вход которого включен резистор, а цепь отрицательной обратной связи выполнена из М последовательно соединенных цепочек, каждая из которых состоит иэ параллельно соединенных резистора и ключа, управляющий вход которого подключен к соответствующему управляющему входу

14

Источники ннформалин, ринятые во внимание лри экспертизе1. Авторское свкаетепьство СССР

М 472339, кл. С 05 Г 1/44, 5 1 974.

2, Авторское свидетельство СССР

Я 699505, кл. С 05 Г 1/44, 1 977.

Jl

R. ° R

<Н

1 1 И14Я

Sitl

13 935899 данного узла, а величина резисторов, вкпюченных параллельно с ключами, выбраны и иэ соотношения