Способ управления импульсным стабилизатором постоянного напряжения

(71) Чувашский государственный университет им,И.Н,Ульянова(56) Авторское свидетельство СССРМ 265255, кл, Н 02 М 5/00, 1964,(54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ИМПНЫМ СТАБИЛИЗАТОРОМ ПОСТОЯННАПРЯЖЕНИЯ(57) Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использованов стабилизированных источниках электро. питания повышенной точности. Целью изобретения является улучшениединамических характеристик и повышениеточности стабилизации. Поставленная цельдостигается тем, что в тактовые моментывремени периодически включается регулирующий элемент 1, выделяется корректируИзобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано в стабилизированных источниках электропитания повышенной точности.Целью изобретения является улучшение динамических характеристик и повышение точности стабилизации;На фиг, 1 приведена структурная схема . устройства, реализующего способ управления импульсным стабилизатором постоянного напряжения; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие данный способ.Устройство содержит регулирующий элемент(транзистор) 1, формировател равляющих импульсов и выключения 1656508 А ющий сигнал, повторяющий по форме импульсное напряжение на дросселе 8 импульсного стабилизатора, Корректирующий сигнал складывается с сигналом рассогласования. Суммарный сигнал интегрируется и сравнивается с опорным на компараторе 4, в результате чего вырабатывается управляющий импульс включения регулирующего элемента 1. Причем корректирующий сигнал поступает в цепь регулирования на интервалах времени от тактовых до очередных моментов равенства проинтегрированного напряжения с опорным, а на интервалах от указанных моментов равенства до очередных тактовых импульсов включения регулирующего элемента 1 корректирующий сигнал в цепь регулирования не поступает, Отсутствие постоянной составляющей в коректирующем сигнале обеспечивает высою точность стабилизации выходногопряжения стабилизатора. 2 ил,лирующего элемента, генератор 3 тактовых импульсов, компаратор 4, источник 5 опорных сигналов, интегратор 6, сумматор 7. дроссель 8 с основной обмоткой 9 и допол нительной обмоткой 10, управляемый переключатель 11, разделительный конденсатор 12, узел 13 линейной коррекции.Способ реализуется в импульсном стабилизаторе следующим образом, Регулирующий транзистор 1 включает в тактовые моменты времени сигналом с тактового генератора 3. С помощью обмотки 10 дросселя 8 выделяют корректирующий сигнал, который по форме повторяет импульсное напряжение на основной обмотке 9 дросселя импульсного стабилизатора. Одновре 1656508менно с включением регулирующего транзистора 1 в тактовые моменты времени подключают корректирующий сигнал к каналу обратной связи путем переключения управляемого переключателя 11 в положение, показанное на фиг, 1. Затем из корректирующего сигнала с помощью разделительного конденсатора 12 исключают постоянную составляющую, Полученный сигнал складывают на сумматоре 7 с сигналом рассогласования, т,е, разницей между напряжением нагрузки и опорным напряжением, снимаемым с источника 5 опорных сигналов, Суммарное напряжение интегрируют на интеграторе 6 и сравнивают с опорным сигналом от источника 5 опорных сигналов. Сравнение проводят но компараторе 4, В момент равенства проинтегрированного и опорного сигналов вырабатывают управляющий импульс выключения регулирующего транзистора 1 и одновременно отключают корректирующий сигнал до очередного тактового момента (переводят управляемый переключатель 11 в положение, противоположное показанному на фиг, 1),Процессы, протекающие в устройстве при реализации предлагаемого способа, показаны на фиг. 2 и заключаются в следующем. В момент времени т = 0 на выходе генератора 3 появляется тактовый импульс От, который вызывает формирование на выходе формирователя 2 управляющего импульса включения регулирующего тРанзистоРа с амплитУдой Оу 1(см, фиг. 2,б) и переброс переключателя 11 в состояние, показанное на фиг. 1. Регулирующий элемент 1 включается, на основной обмотке 9 дросселя 8 появляется напряжение, равное РВЗНОСтИ ВХОДНОГО Овх И ВЫХОДНОГО Овых На пряжений стабилизатора, ток 1 (фиг. 2,г) в этой обмотке нарастает примерно по линейному законуНа дополнительной обмотке 10 пОЯвлЯетСЯ напРЯжение 01 О = Кдр(ОвхОвых), где Кдр = Я 1 о/И/9, Ю 9 и Ю 10 - число витков обмотки 9 и 10 (см. фиг. 2,в). Напряжение 011(см. фиг. 2,д) на выходе переключателя 11 поддерживается равным 01 о. На сумматор 7 поступает корректирующий сигналОк = 011 012, (1) где 012 - напряжение на разделительном конденсаторе (см. фиг,2 е),Кроме того, на сумматор 7 подается сигнал рассогласованияОр = Чоп 1 КдОвых (2) где Кд - коэффициент передачи узла 13 линейной коррекции, представляющего собой в простейшем случае просто делитель на 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ПРЯжЕНИЯ, Чоп 1 - ОПОРНОЕ НаПРЯжЕНИЕ, ПОдаваемое на сумматор 7 с источника 5,Выходной сигнал сумматора 7 поступает на интегратор 6, в результате чего навыходе интегратора б появляется напряжениеОи = Оио+ Т Х ( Ос - Ор ) с 1 т, (3)1где Оио - начальное значения напряженияОи, Ти - постоянная времени интегратора(см, фиг. 2,ж),На компараторе 4 происходит сравнеНИЕ ОПОРНОГО СИГНаЛа Чоп 2, ПОСтУПаЮЩЕГОот источника 5, с выходным сигналом интегратора Ои, имеющим пилообразную форму.В момент т = УТ сравнения сигналовЧоп 2 иОи компаратор вырабатывает импульс, поступающий на формирователь 2, и Од действием которого на выходе формирователя 2формируется управляющий импульс выключения регулирующего элемента с амплитуДой Оу 2 (см. фиг, 2,б), УпРавлЯемыйпереключатель 11 перебрасывается. Напряжение 011 нэ выходе переключателя 11 становится равным нулю (см, фиг. 2,д).Регулирующий элемент 1 выключается сзадержкой тввд после начала формированияуправляющего импульса его выключения,что в случае использования биполярноготранзистора, в первую очередь, обусловлено временем рассасывания. После выключения регулирующего элемента ток 1 восновной обмотке 9 дросселя 8 убывает приблизительно по линейному закону (см, фиг,2,г). Напряжение 01 о на дополнительной обмотке 10 меняет знак. Однако это не сказывается на напряжении 011 на выходепереключателя 11, которое остается равнымнулю до начала следующего периода. Приэтом корректирующий сигнал поддерживается равнымОх = -012 (4)Напряжение Ои на. выходе интегратора буменьшается.В моментт= Т подачи нэ формирователь2 очередного тактового импульса от генератора 3 начинается следующий период работы схемы. Начинается формированиеследующего управляющего импульса включения регулирующего элемента, Регулирующий элемент 1 включается (временемвключения регулирующего элементэ пренебрегаем, поскольку в случае применениябиполярного транзистора оно обычно почтина порядок меньше времени рассасывания),Управляемый переключатель 11 возвращается в исходное состояние, показанное нафиг, 1, появляется очередной импульс напряжения на выходе переключателяО=- О 1 о- пТт(и + у)Т,где и - любое целое число. Корректирующийсигнал, поступающий на сумматор 7 черезразделительный конденсатор 12, снова определяется выражением (1). Напряжение Ои 5на выходе интегратора 6 снова начинаетувеличиваться.Таким образом, корректирующий сигнал Ох, показанный на фиг. 2, определяетсявыражениями: 10О 10- О 12 при пТ1(п + у)Т,-О 12 при (и+ у)Т т (и+1)Т,п=0,1,2,.Емкость конденсатора 12 выбираетсядостаточно большой, поэтому напряжение 15О 1 г мало отличается от соеанего значениянапряжения О 1, равногоп+у)Т1О 11 ср - ,/ Кдр (Овх Овых ) ОС .пт 20В рассматриваемом стабилизатореможно выделить два контура регулирования. Первый контур включает в себя регулирующий элемент 1, дроссель 8,управляемый переключатель 11 разделительный конденсатор 12, сумматор 7, интегратор б, компаратор 4, формирователь 2,второй контур включает в себя регулирующий элемент 1, дроссель 8, конденсаторфильтра, узел 13 линейной коррекции, сумматор 7, интегратор б, компаратор 4, формирователь 2. В связи с тем, что в первыйконтур не входит конденсатор фильтра, атакже второе звено фильтра (при двухзвенном фильтре), процессы в этом контуре протекают значительно быстрее, чем во второмконтуре. Задержка выключения регулирующего элемента вызывает неустойчивостьпроцессов именно в первом контуре. Исключение влияния этой задержки позволяет 40обеспечить устойчивость первого контура ивсего стабилизатора в широком диапазонеизменения параметров,Одновременно с хорошими динамическими свойствами в предлагаемом способе 45обеспечивается и высокая статическая точность стабилизацииСреднее значение корректирующего сигнала О равно нулю, т.е.- .1 О й =О,Тиз уравнения (3) получаемТ Х Ор 1 Т Х ( Оп 1 Кд Овых ) д 1 - 0Отсюда следует. что1тОоп 1Овых = 3 Овых б 1 =Т Кдт.е. среднее значение выходного напряжения не зависит от медленных измененийвходного напряжения Чвх и тока нагрузки,Таким образом, высокая статическая точность достигается благодаря тому, что корректирующий сигнал Ох не содержитпостоянной составляющей,Формула изобретенияСпособ управления импульсным стабилизатором постоянного напряжения, включающим регулирующий элемент, дроссельфильтра и цепь обратной связи, заключающийся в том, что регулирующий элементвключают в тактовые моменты времени, измеряют напряжение на дросселе и формируют пропорционально этому напряжениюкорректирующий сигнал, который суммируют с сигналом рассогласования цепи обратной связи, затем .суммарный сигналинтегрируют и сравнивают с опорным сигналом, в момент равенства проинтегрированного и опорного сигналов, выключаютрегулирующий элемент, отл и ч а ю щи йс ятем, что, с целью улучшения динамическиххарактеристик и повышения точности стабилизации, перед операцией суммированиясигнала обратной связи и корректирующего,из последнего исключают постоянную составляющую, а корректирующий сигнал суммируют с сигналом обратной связи наинтервалах времени от тактовых моментов домоментов равенства проинтегрированногосигнала с опорным и прекращают суммирование от указанных моментов равенства до очередных тактовых моментов.1656508 Заказ 2309 Тираж 474 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и откры113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 КНТ ССС 01 ельский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул;Гагари роизводственн Составитель В. Бендер едактор В. Фельдман Техред М.Моргентал Корректор И.Муска