Способ импульсной стабилизации напряжения постоянного тока

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советск ил

Социалнстнчвскик

Республик

< 957190

1 т ,,;/б==т-.:

*,Г (6l ) Дополнительное к авт, свил-ву (51)М. Кл.

5 05 F 1/56 (22)Заявлено 14.01.81 (2I) 3235732/24-07 с присоединением заявки М (23) Приоритет

Опубликовано 07.09.82. Бюллетень № 33

Дата опубликования описания 07.09.82

3ЪаударстинныИ комитет

СССР

IIo делам нэе6ретеннй н атарцтнй (53)УДК621 316 . 722. 1 (088. 8) 1

Ю. П. Гончаров, С. Н. Иванов, Н. И. Лазарев н 1П, В ;"у атаровз -"-, (72) Авторы изобретения

Харьковский ордена Ленина политехнически институт им. В. И. Ленина л ч (73) Заявитель (54) СПОСОБ ИМПУЛЬСНОЙ СТАБИЛИЗАЦИИ

НАПРЯЖЕНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Изобретение относится к электротехнике и может бьггь использовано в импульсных стабилизаторах постоянного напряжения, работакацих от ис гочника постоянного тока с резкоменякнцимся напря5 жением.

Известны способы импульсной с габилизации напряжения посгоянного тока, заключающиеся в обеспечении инвариантности выходного напряжения стабилизатора к его входному напряжению путем сравнения сигнала пилообразной формы, формируемого с наклоном, пропорциональным входному напряжению, с сигналом постоянного тока и переключения си- 1 ловьае клточей в момент равенства этих сигналов t1 l, (2 1 .

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ импульсной стабилизации постоянно- 2о

ro напряжения последовательного стабилизатора, заключающийся в сравнении сигнала пилообрвзной формы, формируемого из входного напряжения, с сигналом постоянного тока и переключении силовых ключей в момент равенства этих сигналов (2)

Недостатком известного способа является невысокое бысгродействие системы управления. Это обьясняется оравнительно большой инерционностью формирователя пилообразного напряжения, осу-. ществляющего процесс интегрирования входного напряжения с частотой переключения силового ключа. Из-за невысокого быстродействия системы управления резкие изменения входного напряжения при водят к изменению выходного напряжения стабилизатора, что ухудшает качество стабилизации выходного напряжения.

Е1ель изобретения .- улучшение качества стабилизации выходного напряжения.

Поставленная цель достигается тем, гго в способе, заключающемся в обеспечении инвариантности выходного напряжения стабиагизатора к его входному напряз 95 /1 90 жению путем сравнения сигнале пилообразной формы с сигналом постоянного тока и переключении силового ключа в момент равенства этих сигналов, сигнал постоянного TOKB формиряот из входного нв 5 пряжения величиной, обратно пропорциональной этому входному напряжению, а сигнал пилообразной формы формируют с постоянным наклоном и постоянной ам. плитудой, равной величине сигнала пос- 1Î тоянного тока минимальной величине входного напряжения.

На фиг. 1 приведена структурная схема для осуществления предлагаемого способа, на фиг. 2 — временные диаг- 15 р аммы.

Структурная схема содержит источни@.

1 питания, последовательно с которыми соединены силовой ключ 2,4С -фильтр 3, нагрузка 4. К источнику 1 питания под- щ

1цпочен также канал 5 формирования сщ нала постоянного тока, содержащий формирователь 6 измерительного пилообразного напряжения, который управляется задающим генератором 7, нуль-орган 8, нв один из входов которого подается постоянное напряжение источника 9 эталонного напряжения, а на другой вход— измерительное пилообразное напряжение с выхода формирователя 6. Выходом нуль- о орган 8 подключен к входу фильтра 10, выход фильтра 10 соединен с одним из входов сумматора 11. Второй вход сумматора 11 через датчик 12 выходного напряжения подключен к выходному напряжению стабилизатора. Выходной сигнал

35 сумматора 11 подается на один из входов нуль-органа 13, на второй вход которого подается опорнбе пилообразное напряжение с выхода формирователя 14. ф(}

Управляется формирователь 14 от задвк » щего генератора 7 через делитель 15 частоты. Нуль-орган 13 через усилйтель

:1 6 управляет работой силового ключа 2.

on

Одп с углом наклона о пропорционвльным х (фиг. 2,ct). Измерительное пилообразное напряжение О „в нуль-органе 8 сравнивается с эталонным напряжением 05т источника 9 эталонного напряжения. Пока

ОЭ О„„нв выходе нуль-органа 8 приЭт сутствует напряжение 0 ц „(фиг. 2,5).

При достижении пилообразным напряжением

"и0 уров я эт срабатывает нуль-орган

8 и на его выходе устанавливается напряжение, равное нулю. В таком состоянии нуль-орган 8 остается до конца периода Ти . B конце периода Ти задающий генератор 7 осуществляет сброс напряжения О„,п к нулю. При этом срабатывает нуль-орган 8 и нв его выходе появляется напряжение Upon . Далее процессы повторяются. Фильтр 10 выделяет среднее за период Ти значение выходного напряжения нуль-органа 8. Выходное напряжение фильтра и является сиг налом постоянного тока 0 ч . При этом величина сигнала постоянного тока 9 обратно пропорциональна величине входного напряжения U> Это вытекает из следующего: напряжение нв Выходе формиро вателя 6, осуществляющего процесс инНа фиг. 1 и 2 приняты следующие

45 обозначения:

- входное напряжение стаХ билиз втор в;

"Вьх выходное напряже билизатора;

О и и — измерительное пилообразное найряжение нв выходе формирователя 6; — напряжение на выходе источника 9 эталонного напряжения; — выходное напряжение нуль органа 8; высокий уровень выходного. напряжения нуль-органа 8; выходное напряжение канала 5, формирования сигнала постоянного тока; выходное напряжение канала 5 формирования сигнала постоянного тока при минимальной величине входного напряжения; опорное пилообразное напряжение на выходе формирователя 14; амплитуды опорного пилообразного напряжения; напряжение управления силовым ключом 2; время формирования измерительного пилообразного напряжения; период работы задвка его генераторв.. 7; период работы силового ключа 2; время включенного состояния силового ключа 2. тегрирования входного напряжения Ив определяется выражением

Ф„

"ип „. ; ()

О где ʄ— псатоянная величина.

В момен г времени << напряжение Ои дсстигает уровня т (фиг. 2 0). Для Мо- . мента времени можно записать

Ф,.

3Т 1 Ьх

О

Частота эадаюшего генератора 7 выбрана достаточно высокой, поэтому входное напряжение стабилизатора на интервале времени О, Ф.. можно считать величиной, постоянной.

На основании етого

О Т.=К .О t, (3) от a

ЭТ вЂ” 1 (+)

Uex Usx

0 Т где К = — - постоянная величина.

Г К,, Выражение (4) — ето время в функ, ции напряжения Ug,, a необходимо покупатьь напряжение управлеши в функ= ции напряжения Uq,y . Это производит=я с помощью нуль-органа 8, подающего на вход фильтра 10 постоянное напряжение Upoq на время 1д. Фильтр 10 выделяет среднее за период Т;„значение приложенного z нему напряжения. На выходе фильтра 10 действует напряжение

И

И

Подставив выражение (4) в выражение (Ь), получим

HO1 g 3

О.= = — (6)

Ъ Ти - Uex Овх

НО 1 Я.

U -К где К вЂ” постоянная величина. т„

Из выражения (6) видно, что величина напряжения U обратно пропорциональная величине напряжения U p х .

Далее напряжение U через сумматор

11 поступает на вход нуль-органа 13, где сравнивается с опорным пилообразш пм напряжением U<> . Опорное пилообразное напряжение формируется с пос гояниым углом наклона р и постоянной ам957190 6 плитудой Ооп,, „, . На интервале времени 0,1 0 > о (фиг. 2,6) и на каждом интервале времени нуль-органа 13 через усилитель 16 обеспечивает включенное сосгояние силового ключа 2. В момент времени Ф q напряжение 0О, достигает уровня U и нуль-орган 13 через уси- литель 16 выключает силовой ключ 2, который остается выюпоченным до конца периода Т (фиг. 2,Ъ). Далее процессы повторяются. При этом выходное напря» жение стабилизатора можно определить как среднее за период Тк .

1$ о .— (ч)

6КЛ

ых ьх с\з

К

Из временной диаграммы (фиг. 2 а) можчо записать соотношение

1 ьк у

26 Т 0

К ОП ЩС Х к

ОП Ниах ЪО 0 постоянная бх » вели ина;

Из выражений (7) и (8) следует, что

Овьи= о usx (9!

М о юах.

Подставив выражение (9) выражение (6), получим к u y.

З 6Х 3 бь х, (о)

ЙХ ОП щах Оп гоах т.е. выходное напряжение стабилизатора щ не зависит от входного.

Временные диаграммы для Ugq ( с U „„приведены на фиг. 2 штриховой линией.

Частота преобразования в канале форщ мирования сигнала постоянного тока выбирается в 40-50 раз выше частоты переключения силового ключа. Использование высокой часготы преобразования в канале формирования сигнала постоянного тока существенно уменьшает инерционность формирователя 6 и фильтра 10.

Это позволяет сигналу постоянного тока

0> практически без задержки изменяться при изменении входного напряжения Ug» что повышает быстродействие системы управления.

Для реализации принципа регулирования по отклонению, обеспечивающего высокую точность стабилизации в широком диапазоне изменения тока нагрузки и температуры, введен канал обратной свя« зи, в который входит датчик 12 выходного напряжения. Сигнал с датчика 12 выходного напряжения поступает на вход

9571 сумматора 11 и корректирует сигнал постоянного тока U> íà входе нуль-органа 13. Сочетание принципа регулирова«п«я по возмущению с принципом регулирования по отклонению обеспечивает высо- S кую точность стабилизации и высокое качество выходного напряжения в широком диапазоне изменения тока нагрузки, температуры и входного напряжения.

Предлагаемый способ позволяет увеличить быстродействие системы управления, в результате чего резкие изменения входного напряжения не приводят к изменению выл«диого напряжения, что улучшает качество выходного напряжения.

Формула изобретения

Способ импульсной стабилизации напряжения постоянного тока, заключаю- 20 щийся в обеспечении инвариантности выходного напряжения стабилизатора к его входному напряжеш«ю путем сравнений сигнала пилообразной формы с сигналом постоянного тока и переключении силового ключа в момент равенства этих сиг- налов, отличающийся тем, что, с целью улучшения качества стабилизация выходного напряжения, сигнал постоянного тока- формируют из входного напряжения величиной, обратно пропорциональной этому входному напряжению, а сигнал пилообразной формы формируют с постоянным наклоном и постоянной амплитудой, равной величине сигнала постоянного тока при минимальной величине входного напряжения.

Источники информации. принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

¹ 756380, кл. G 05F 1/56, 1980;

2. Авторское свидетельство СССР

% 541160, кл. G 05 F 1/56, 1976 (прототип) .

Составитель В. Широков

Редактор П. Макаревич Техред E „баритончик Корректор Г. Решетиик

Заказ 6598/37 Тираж 914 П одписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР .по делам изобретений и открытий

1 1 3 03 5, M осква, Ж-3 5, Р аушс квя наб,, д. 4/5

Филиал ППП "Патенг, г, Ужгород, ул. Проектная, 4