Способ импульсной стабилизации постоянного напряжения стабилизатора напряжения (его варианты)

 

) Заявитель (54) СПОСОБ ИМПУЛЬСНОЙ СТАБИЛИЗАЦИИ ПОСТОЯННОГО

НАПРЯЖЕНИЯ СТАБИЛИЗАТОРА НАПРЯЖЕНИЯ (ЕГО ВАРИАНТЫ) zo

Предложение относится к электротехнике и может использоваться для управления импульсными стабилизаторами постоянного напряжения, содержащими линейный дроссель и работающими от сети постоянного тока с резко меняющимся напряжением.

Известен способ управления, в основу которого положен принцип, широтно-импульсного регулирования путем сравнения опорного пилообразного напряжения с управляющим напряжением и последующей фиксацией прохождения через нуль этого напряжения (1).

Известен также способ импульсной стабилизации постоянного напряжения последовательного стабилизатора, заключающийся в сравнении сигнала пилообразной формы с сигналом постоянного тока и переключении силового ключа в момент равенства этих сигналов (2}.

Недостатком известных способов является, малое быстродействие системы управления, в результате которого при резких изменениях входного напряжения на выходе стабилизатора наблюдаются выбросы и провалы напряжения, величина и длительность которых опре2 деляется конкретными динамическими характеристиками выбранного способа управления.

Наиболее близким к предлагаемому явля- ется способ импульсной стабилизации постоянного напряжения последовательного стабилизатора, заключающийся в сравнении сигнала пилообразной формы с сигналом постоянного тока и переключении силового ключа в момент равенства этих сигналов, причем пило1 образное напряжение. формируют из входного напряжения стабилизатора с амплитудой, прямо пропорциональной этому входному напряжению, а величину сигнала постоянного тока устанавливают равной амплитудному значению сигнала пилообразной формы при минимальной величине входного напряжения, причем в процессе управления указанную величину сигнала постоянного тока поддерживают постоянной (3).

Недостатком известного способа является то, что при пуске и перегрузках и коротком замыкании в нагрузке стабилизатора са- ловой ключ работает при токах, значительно превышающих номинальные значения. При

949647

3 коротком замыкании в нагрузке это приво дит к отказу силового ключа, и, следовательно, к отказу стабилизатора в целом.

Цель изорретения — повышение надежности и расширение функциональных воэможностей путем обеспечения его работоспособности при перегрузке и коротком замыкании в нагрузке при сохранении инвариантности выходного напряжения от входного напряжения.

Поставленная цель достигается тем, что по способу импульсной ста,типизации постоянного напряжения стабилизатора напряжения, содержащего линейный дроссель, заключающемуся в сравнении сигнала пилообразной формы с сигналом постоянного тока, неизменного в процессе управления, и выключении силового ключа в момент равенства этих сигналов, измеряют ток цепи линейного дросселя и силового ключа, пилообразное напряжение формируют с амплитудой, пропорциональной этому

20 току, а величину сигнала постоянного тока устанавливают равной выбранному амплитудному значению сигнала пилообразной формы, причем включение силового ключа производят через постоянное по величине время после выключения указанного ключа.

Цель изобретения (второй вариант) повышение надежности и расширение функциональных возможностей стабилизатора путем обеспечения его работоспособности при перегрузке и коротком замыкании в на фузке при одновременной инвариантности выходного напряжения стабилизатора к его входному напряжению при изменении величины его нагрузки в широких пределах.

Поставленная цель достигается тем, что по предлагаемому способу импульсной стабилизации постоянного напряжения стабилизатора напряжения, содержащего линейный дроссель, заключающемуся в сравнении сигнала пило о образной формы с сигналом постоянного тока, неизменного в процессе управления, и выключении силового ключа в момент равенства этих сигналов, измеряют ток цепи линейного дросселя и силового ключа, пилообразное напряже45 ние формируют с амплитудой, равной сумме напряжения, прямо пропорционального величине переменной составляющей этого тока и напряжения, прямо пропорционального превышению величины постоянной составляющей того же тока, преобразованной в напряжение, иад величиной эталонного напряжения постоянного тока, а величину указанного сигнала постоянного тока устанавливают равной выбранному амплитудному значению сигнала пилообразной формы, причем включение силового ключа55 производят через постоянное по величине время после выключения указанного силового ключа.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства, реализующего способ импульсной стабилизации постоянного напряжения, первый вариант; на фиг. 2 — временные диаграммы, поясняющие предлагаемый способ; на фиг. 3 — функциональная схема устройства, реализующего способ импульсной стабилизации постоянного напряжения, второй вариант.

Устройства (фиг. 1 и фиг. 3) содержат ис-" точник 1 питания; силовой, например, транзисторный ключ 2; LCO фильтр 3; нагрузку 4; датчик тока 5; усилитель постоянного тока — формирователь пилообразного напряжения; нуль-орган 7; источник 8 эталонного

1 сигнала постоянного тока; предварительный усилитель 9; времязадающий i блок 10; измерительный орган 11 выходного напряжения.

Кроме того, устройство (фиг. 3) содержит блок 12, исключающий постоянную составляющую из пилообразного напряжения (например конденсатор); .источник 13 эталонного напряжения (напрнмер стабилнтрон) .

На фиг. 1 — 3 обозначены входное напряжение Ивх стабилизатора; выходное напряжение Ивых стабилизатора; пилообразное напряжение U„на выходе усилителя 6 постоянного тока; напряжение 0зт на выходе эталонного источника 8; ток 3g силового ключа; амплитудное значение Эс1 „д, этого тока; напряжение 0 силового ключа; период Т,1 ! работы ключа 2; время твкл 1выкл соответственно включенного и выключенного состояния силового ключа.

Устройство, реализующее способ импульс-. ной стабилизации по первому варианту работает следующим образом.

В начале каждого периода работы силовой ключ 2 открыт, и ток его увеличивается линейно вследствие наличия в фильтре 3 линейного дросселя.

Сигнал, снимаемый с датчика 5 тока усиливается усилителем 6 постоянного тока, выходное напряжение которого .сравнивается с напряжением источника 8 эталонного напряженияе

Выходное напряжение усилителя 6 постоянного тока так же, как ток силового ключа, имеет пилообразную форму.

При равенстве напряжений блоков 6 и 8 в предварительный усилитель 9 поступает сигнал от нуль-органа 7, вследствие чего силовой ключ .2 выключается.

Вкл1очение силового ключа 2 производится также от предварительного усилителя 9 по сипилу времязадающего блока 10. Время выключенного состояния силового транзистора 2 постоянно.

949б47 6

50

При управлении силовым ключом 2 амплитудное значение тока силового ключа 2 и линейного дросселя фильтра 3 постоянно и не зависит от величины входного напряжения.

Таким образом, защита по току силового ключа и, следовательно, стабилизатора в цеstoat достигается автоматически при данном способе стабилизации, так как ток в силовом ключе при любой нагрузке вплоть до к.з. в нагрузке не может превысить заданного зна- 10 чения.

Вследствие этого выходное напряжение инвариантно величине входного напряжения. .Для последовательного стабилизатора (фиг.1) представлена нижеприведенная формула, из 15 которой видно, что выходное напряжение не зависит от величины входного напряжения: " аещ. и

0 " ЬЬ!КЛ. H где L — индуктивность линейного дросселя фильтра 3; и — эквивалентное сопротивление нагрузки 4.

Устройство, реализующее способ импульсной 25 стабилизации постоянного напряжения по второму варианту работает следующим образом.

В начале каждого периода работы силовой ключ 2 открыт и ток его увеличивается линейно вследствие наличия в фильтре 3 линей- 50 ного дросселя.

Сигнал, снимаемый с датчика 5 тока, усиливается усилителем 6 постоянного тока, из выходного напряжения которого, имеющего пилообразную форму, блок 12 исключает постоянную составляющую. Переменная составляющая пилообразного напряжения, прямо пропорциональная переменной составляющей тока дросселя и силового ключа, сравнивается с источником 8 сигнала постоянного тока.

При равенстве напряжений блоков 8 и 12 в предварительный усилитель 9 поступает сигнал от нуль-органа 7, вследствие чего сило-. вой ключ 2 выключается.

Включение силового ключа 2 производится 4 также от предварительного усилителя 9 по, сигналу времязадающего блока 10. Время выключенного состояния силового ключа 2 постоянно.

При управлении силовым ключом 2 по предлагаемому способу амплитудное значение переменной составляющей Эс(„ п рте,, тока силового ключа и линейного дросселя фильтра 3 постоянно и не зависит от величины входного напряжения блока 12 и величины нагрузки стабилизатора (постоянная составляющая тока

55 силового ключа и линейного дросселя исключается блоком 12) и время выключенного со. стояния твыкл силового ключа постоянно и также независимо от величины укаэанных выше факторов — величин входного напряжения и нагрузки.

Вследствие этого выходное напряжение стабилизатора при управлении по предлагаемому способу инвариантно величине входного напряжения независимо от величинь . нагрузки, так как

"вь . "

dt » амо.пер.

ЬЬ1

4 где 1. — величина индуктивности линейного дросселя фильтра 3; 1= дмп.пе ." 44, ВЬ!кл. из aa stttHeihtoro характера уменьшения тока в линейном дросселе при выключенном состоянии силового ключа.

Обеспечение возможности работы стабилизатора при перегрузке и коротком замыкании в нагрузке осуществляется посредством того, что на вход нуль-органа 7 подается сумма сигнала, прямо пропорционального переменной составляющей тока силового ключа и линейного дросселя и сигнала, прямо пропорционального превышению величины постоянной составляющей того же тока над величиной эталонного напряжения постоянного тока.

Прн нормальной работе .стабилизатора постоянная составляющая упомянутого тока меньше величины эталонного напряжения постоянного тока и превышение равно нулю, т.е. на вход нуль-органа подается только сигнал, прямо пропорциональный переменной составляющей тока.

При перегрузке и к.з. в нагрузке величина постоянной составляющей тока превышает величину эталонного напряжения постоянного тока, и на вход нуль-органа 7 подается сумма двух сигналов т.е. фактически обеспечивается регулирование по амплитуде тока силового ключа и линейного дросселя.

Таким образом, при нормальной нагрузке (т.е. не превышающей заранее заданного значения) выходное напряжение регулируется по амплитудному значению переменной составляющей тока силового ключа и линейного дросселя, при нагрузке и к.э. в нагрузке осуществляется регулирование по амплитудному значению того же тока.

Для повышения точности стабилизации выходного напряжения при изменении нагрузки и температуры окружающей среды в систему параметрического регулирования вводится корректирующий канал, состоящий из измерительного органа, выходной сигнал которого воздействует, например на источник сигнала по-. стоянного тока.

В общем случае возможно воздействие корректирующего канала также на длительность

949647

7 времени 1вьпсл. Поскольку общий коэффициент стабилизации такой системы регулирования Q К= К+ ° Ко (где К, — коэффициент стабилизации инвариантного канала;

K > — коэффициент стабилизации канала обратной связи), то предлагаемый способ позволяет не только получить инвариантность выходного напряжения стабилизатора к его выходному напряжению в переходных режимах,; но и существенно повысить точность стабили- 10 зации, не нарушая устойчивости системы регулирования, причем указанные- свойства в предлагаемом способе достигаются одновременно с новым свойством по сравнению с известным способом (3) — инвариантный канал 15 напряжения одновременно обеспечивает защиту по току силового ключа в любых режимах работы стабилизатора.

Формула изобретения

1. Способ импульсной стабилизации постоянного напряжения стабилизатора напряжения, содержащего линейный дроссель., заключаю25 щийся в сравнении пилообразной формы с сигналом постоянного тока, неизменного в процессе управления, и выключении силового ключа в момент равенства этих сигналов, отличающийся тем,что,с целью повьпцения надежности и расширения функциональных воэможностей стабиЛизатора путем обеспечения его работоспособности при перегрузке и коротком замыкании в нагрузке при одновременной инвариантности выход-. ного напряжения стабилизатора к его входном 55 напряжению, измеряют ток цепи линейного дросселя и силового ключа, пилообразное напряжение формируют с амплитудой, прямо пропорциональной этому току, а величину указанного сигнала постоянного тока устанавливают равной выбранному амплитудному значению сигнала пилообразной формы, причем включение силового ключа производят через постоянное по величине время после выключения указанного силового. ключа. 45

2. Способ импульсной стабилизации постоянного напряжения стабилизатора напряжения, содержащего линейный дроссель, заключающийся в сравнении сигнала пилообразной формы с сигналом постоянного тока, неизменного в процессе управления, и выключении силового ключа в момент равенства этих сигналов, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и расширения функциональных возможностей стабилизатора путем обеспечения его работоспособности при перегрузке и коротком замьпсании в нагрузке прн одновременной инвариантности выходного напряжения стабилизатора к его входному напряжению при изменении величины его нагрузки в широких пределах, измеряют ток цепи линейного дросселя и силового ключа, пилообразное напряжение формируют с амплитудой, равной сумме напряжения, прямо пропорционального величине переменной состав ляющей этого тока и напряжения, прямо пропорционального превышению величины постоянной составляющей того же тока над величиной эталбнного напряжения постоянного тока, а величину указанного сигнала постоянно; го тока устанавливают равной выбранному амплитудному значению сигнала пилообразной формы, причем включение силового ключа про. изводят через постоянное по велиыне время после выключения указанного силового ключа. г

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1 Крайцберг М. И„Шикуть Э. В. Импульс. ные методы регулирования цепей постоянного тока с помощью тиристоров. М., "Энергия

1969, с. 61.

2. Козин В. М., Марченко Я. Е.,Управляющие устройства тиристорных преобразователей для злектроприводов постоянного тока М., ".Энергия", 1971, с. 24 — 25.

3. Авторское свидетельство СССР У 541160, кл. G 05 F 1/56, 1975, 949647

Составитель О. Мещерякова

Техред.Ж. Кастелевич

Корректор А. Гриценко

Редактор А. Фролова

Подписное

Тираж 914

ВНИИПИ Государственного комитета СССР но делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 5754/39

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4