Компенсационно-параметрический импульсный стабилизатор постоянного напряжения

Компенсационно-параметрический импульсный стабилизатор постоянного напряжения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

г

ОП И САНИИ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союэ Советских

Социаяистимеских

Веспублик 1657422

К АВТОРСКОМУ СВИДИТВЛЬСТВУ (6l) Дополнительное к авт. свиа-ву

1 (5l) М. «л.

G 05 F 1/56 (22) Заявлено 29.12.76(21) 2435966/24-07 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Государственный комитет

СССР

llo делам изобретений н открмтнй (53) УДК 621.316. .722.1 (088.8) Опубликовано 15.04.7Э.Бюллетень- № 14

Дата опубликования описания 19.04.79 (72) Автор . изобретения

В. В. Сазонов (71) Заявитель

Куйбышевский институт инженеров железнодорожного транспорта (54) КОМПЕНСАЦИОННО-ПАРАМЕТРИЧЕСКИЙ ИМПУЛЬСНЫЙ

СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖ:ЕНИЯ

Изобретение относится к области электротехники и может найти широкое применение для питания различной электронной аппаратуры автоматики, телемеханики и ичформационно-измерительной техники.

Известны импульсные стабилизаторы постоянного напряжения, в которых наряду с каналом регулирования по отклонению выходного напряжения (компенсационным каналом) образован дополнительный (параметрический) канал регулирования по возмущениям на входе (lj .

Импульсные стабилизаторы такого типа выделены в класс компенсационно-параметрических импульсных стабилизаторов (КПИС).

Наиболее близким к изобретению техническим решением является компенсационно-параметрический импульсный стабилизатор постоянного напряжения, содерmammA включенные последовательно в питающую шину силовой транзистор и дроссель 5CQ+ильтра, между обшей точкой

2 которых ен .общей шиной включен диод фильтра, конденсатор которого соединен с выходными выводами, соединенными с входом резисторного делителя напряжения, средняя точка которого соединена с одним из входов сравнивающего усилителя, другой вход которого соедис нен с источником опорного напряжения, интегрирующую цепочку из последовательно соединенных двух резисторов и конденсатора, включенную между питающими шинами, пороговый блок, один из входов которого соединен с обшей точкой конденсатора и одного иэ реэисторэв интегрирующей цепочки, а выходс входом согласующего усилителя, одним выходом подключенного к управляющему входу силового,, транзистора, и замыкающий транзистор, коллектор которого соединен с обшей точкой резисторов интегрирующей цепочки, а эмиттер - с общей шиной (2)., Однако известные стабилизаторы слэжны и недостаточно надежны. Это

657422 объясняется тем, что в таких КПИС для реализации необходимого алгоритма управления, обеспечивающего компенсацию входных возмущений, используется система управления, для возбуждения ШИМ в которой требуется специальный задающий генератор Чтабильной частоты. Кроме того, обратная связь в этих КПИС осуществляется по мгновенному, а не по среднему значению вы- 30 .ходного напряжения, так как на вход

1 сравнивающего устройства поступает усиленная разность опорного и выходного напряжений. Составной частью этой разности являются пульсации выходного 3$ напряжения, которые соизмеримы с ее средним значением. А поскольку полезным и подлежащим стабилизации в ИС является среднее значение выходного напряжения, то пульсации создают эна- 20 чительную погрешность при работе пара( метрического и компенсационного каналов.

Белью изобретения является упрощение схемы и повышение стабильности КПИС.

Это достигается тем, что в предлагаемом стабилизаторе к выходу сравнивающего усилителя и общей точке дросселя и диода LC Д-фильтра подключены входные выводы дополнительно введенного интегрирующего преобразователя, выход которого через дополнительно введенный, резистор соединен с другим входом порогового блока и коллектором дополнительно введенного транзистора, эмиттером соединенного с общей шиной, а базой - с другим выходом согласующего усилителя, с которым соединена база замыкающего транзистора.

На фиг. 1 дана принципиальная схема

C описываемого стабилизатора; на фиг. 2диаграммы, поясняющие его работу.

Стабилизатор содержит силовую часть и схему управления. Силовая часть состоит иэ силового транзистора 1 и LC Д45 фильтра, состоящего иэ диода 2, дросселя 3 и конденсатора 4. Схема управления включает в себя сравнивающий усилитель (СУ) 5, двухвходовый интегрирующий преобразователь (ИП) 6, пороговый эле50 мент (ПЭ) 7, согласующий усилитель 8 и интегрирующую цепочку из конденсатора 9 и резисторов 10 и 11. СУ представляет собой интегральный усилитель

Я постоянного тока (УПТ} с отрицатель. ой обратной связью. В качестве интегрирующего преобразователя использован интегральный усилитель постоянного тока с емкостной обратной связью, хотя возможно применение любого интегратора напряжения, например резистивно-емкостной цепочки. К входным клеммам,рСУ 5 подключены источник 12 опорного напряжения и .средняя точка резисторного делителя выходного напряжения О > из резисторов 13 и 14. Выход СУ 5 подключен к входу 1 5 ИП 6е СУ 5 вклю чан так, что в рабочем режиме стабилизатора напряжение на выходе СУ 5 отрицательно по отношению к общей шине (минусу источника питании). Вход 16

ИП 6 подключен параллельно диоду 2 .1,С й-фильтра, Выход ИП 6 через резистор 17 подключен к инверсному входу ПЭ 7, к неинверсному входу которого подсоединен конденсатор 9 интегрирующей цепочки. В качестве ПЭ 7 использован интегральный УПГ с положительной обратной связью. Параллельно инверсному входу ПЭ 7 включен замыкающий транзистор 18. К точке соединения резисторов 10 и 11 подсоединен замыкающий транзистор 19. Базы замыкающих 18 и

19 и силового 1 транзисторов подключены к выходам согласующего усилителя

8. Этот усилитель согласует по мощности и полярности выход ПЭ 7 и управляющие цепи транзисторов 1 18 и 19.

При отрицательном напряжении на выходе

ПЭ = .7 транзисторы 1 и 18 открыты, а транзистор 19 заперт, при положительном - наоборот.

Стабилизатор работает следующим образом.

При срабатывании порогового элемента 7 (на его выходе отрицательное напряжение) через согласующий усилитель

8 силовой 1 и замыкающий 18 транзисторы отпираются, а замыкающий транзистор 19 запирается. При этом входное напряжение Uп через транзистор 1 плюсом подключается к интегрирующей

1 цепочке из резисторов 10 и 11 и конденсатора 9 и входу 16 ИП 6. Напряжение U на конденсаторе 9 начинает возраста-.ь (см, фиг. 2) от нулевого значения (до которого конденсатор был разряжен при включенном транзисторе

19) согласно уравнению

1л и,= — +-,— Хи„а, () где С - емкость конденсатора 9;

R и Я вЂ” соответственно сопротивлениа

2 резисторов 10 и 11.

657422

На входах ИП 6 имеются положительное напряжение Uп и отрицательное напряжение с выхода СУ 5, которое определяется выражением

u„=-Ê(ö „-nu„), (2) где K — - коэффициент усиления СУ;

Ц вЂ” опорное напряжение;

)) - коэффициент передачи делителя 10 напряжения, состоящего из резисторов

13 и 14.

Изменение напряжения на выходе ИП (см. фиг. 2) при этом происходит согласно уравнению И

1 ц„=-ц,р+ Пu„-к(u,„- u„))de, () о

Конденс втор 9 через резистор 1 1 и открытый транзистор 19 разряжается до нулевого напряжения в течение времени (см. фиг. 2) и входной сигнал ПЭ 7 после разряда конденсатора определяется только напряжением Ци. По достижим нии напряжением U> значения nopora срабатывания -Цср(момент - на фиг. 2)

ПЭ 7 срабатывает, согласуюший усилитель 8 отпирает транзисторы 1 и 18 и где Цср - начальное значение напряжения на выходе ИП 6, равное порогу срабатывания ПЭ 7>

Д. — постоянный коэффициент.

Однако в рассматриваемом состоянии

ПЭ 7 выход ИП 6 зашунтирован резистором 17 через транзистор 18 и входной сигнал ПЭ определяется только напряже/ нием на конденсаторе 9. По достижении напряжением U значения порога срабас тывания + Ц (момент 4< на фиг. 2)

ПЭ срабатывает, через согласующий уси30 литель 8 запираются транзисторы 1 и

18 и отпирается транзистор 19.

Напряжение на выходе ИП 6 в момент времени 1 равно

ЗФ

+1

u„(t, ) Оср+ . I (u„K(uî„-au,)23+ (e) о

После запирания силового транзистора:

1 отпирается диод 2 и вход 16 ИП 6

40 через этот диод закорачивается. Напряжение на его выходе изменяется (см. фиг. 2) в соответствии с уравнением

+1 ц„И ) =-О р+А,) (ц„-К(Ц.„- n U„))d4 K(U Ä-hU„)dt (о)

4 запирает транзистор 19, и процесс повторяется.

Так;как U > (t>) = - Цср, то из выражения (5) и лучают

11 + р

g (и -к(и „-nu„)dt= ) крап-пи„)н, откуда с учетом $ < + t =Т имеют

t(1о >d<=K (u „nU„)dt (7) Как известно, среднее значение вы.ходного напряжения импульсного стабилизатора с последовательным ключом определяется выражением

1„. унт где Ь Ц П вЂ” падение напряжения на элементах силовой части, вызванное током нагрузки, Подставляя выражение (7) в (S), получают к т

u = 5(u -nu ж-ьи„,И) т, оп н

Так как Осп const, то

U =KU — — Гц < ф,-дЦ н ооп пт „Г„ о

Величина 1/Т J )ddt представляет собой среднее значение выходного напряжения U . Тогда из выражения (10) для установившегося режима получают

КОоп Ь Un (43)

Н К11 t Kn или при Kn >) 1

« Од» " П ((2) кп

Из выражений (11) и (12) видно, что в данном импульсном стабилизаторе величина выходного напряжения Ц не зависит от напряжения питания Ц„п, т.е. осу,ществляется полная компенсация входных возмущений по отношению к среднеинтер-, вальному (полезному) значению U> при любой форме 0 1. При атом уровейь пульсалий напряжения Lf íå влияет на усло ия к о мне нс ации измене ний н а пряж ения

U Одновременно благодаря действию канала отрицательной обратной. связи в

К П раз уменьшается влияние тока нагрузки и других дестабилизирующих факторов, учтенных величиной О, .

657422

Как видно иэ фиг. 2, нормальная ра6ота стабилизатора обеспечивается при условии фр < 12- „,.чего легко достичь выбором величины сопротивления реэис тора 11. Параметры резистивно-емкасч ной интегрирующей цепочки, ИП 6 и

ПЭ 7 не влияют на условия компенсации влияния нестабильности напряжения Цп что практически исключает дополнитейьную настройку стабилизатора при его иэгртовлении.

Период Г модуляции можно определить иэ выражений (1) и (8), если пре небречь величиной АО„, и учесть, что (4.() =+ U,ð пряжения, содержащий включенные последовательно в питаюп(ую шину силовой транзистор и дроссель L СД-фильтра между обшей точкой которых и обрей шиной включен диод фильтра, конденсатор которого соединен с выходными вывода-: ми, соединенными с входом peGHGTopB0

ro делителя напряжения, средняя точка которого соединена с одним из иходов сравнивающего усилителя, другой вход которого соединен с источником опорного напряжения, интегрирующую цепочку из последовательно соединенных двух

"резисторов и конденсатора, включенную между питающими шинами, пороговый блок, один из входов которого соединен с обшей точкой конденсатора и одного ( иэ резисторов интегрирующей цепочки, ° ф (я„+я )С а выход — с иходом согласующего усин ,26

Иэ этого выражения видно, что период лителЯ, одним выходом подключенного к

"(модуляции определяется только параме управляющему входу силового транзисторами схемы и не-зависит от иходного Ра, и замыкающий тРанэистоР, коллектор напряжения. Поскольку в Рабочем режиме кОтОРого соединен с общей точкой Реэис U: .I(CÎI(çÔ то Т оста тся величиной торов интегрирующей цепочки, а эмиттерH .-э 25 постоянной, что позволяет использовать с обшей шино" ,.оптимальный сглаживающий фильтр При тем, что, с целью уп ошения схемы и этом в IIpeIIgaraeMoM КПИ< специальный задающий генератор постоян ниваюшего усилители и обшей точке дрос-- . ной частоты, так как схема работает в селя и диода (C Д-фильтра подключены автогенераторном режиме.

36 входные выводы дополнительно введенноПредложенный КПИС по сравнению с. го интегрирующего преобразователя, выизвестными имеет более высокую ста- ход котоРого. через дополнительно ввебильность выходнрго напряжения, так денный резистор соединен с другим вхо-, .как пульсации напряжения U не влияку дом порогового блока и коллектором доН 35 иа качество стабилизации, и эначитель- полнительно введенного транзистора, но IlpoIIte, так как для его работы не эмиттером соединенного с общей шиной, требуется специальный генератор постоян а базой - с дрУг м выходом. согласУюной частоты mего усилителя, с которым соединена

Применение такого стабилизатора це-,áаэа замыкающего транзистора

40 лесообразно в тех случаях, когда наря- Источники информации, принятые во. ду с высоким КПД требуется высокое внимание при экспертизе качество стабилизации, например для питания информационно-измерительных 1, Авторское свидетельство СССР систем, нестационарных объектов., 5 М 410373, кл. 9 05 Г 1/56, 1972.

Формула изобретения

Компенсационно-параметрический импульсный стабилизатор постоянного на2, Современные задачи преобразова тельной техники". Тезисы докладов

Всесоюзной научногехнической конферен5y,ции, Киев, сентябрь 1975, с. 448, ;рис. 3.

657422 с lg

Заказ 1795/47

Тираж 1014 Подписное

ILHHHfTH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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

Составитель В. Круглова

Редактор А. Пейсоченко Техред Н. Бабурка Корректор М. Пожо