Способ стабилизации выходного напряжения импульсного стабилизатора

/5 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯА ВТОРСКОМУ С 8 ИДЕТЕЛЬСТВУ 21) 3 22) 3 46) 3 71) К 69511/24-07.10.87, Бюл, 11асноярский политт твия и заатора,Постем, что ля 4 форми, а из выическии инстит 7 лиСССР 1980 1 ХОДН ИЛИ 3 к вт оапп О ту -ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(56) Грейвер Е,С. Ключевые стазаторы напряжения постоянногоМ.: Связь, 1970, с. 9-10,Авторское свидетельствоВ 928328, кл, 0 05 Р 1/56,(54) СПОСОБ СТАБИЛИЗАЦИИ ВЬНАПРЯЖЕНИЯ ИМПУЛЬСНОГО СТАВ(57) Изобретение относитсяным источникам питания ради ры. Целью изобретения является дос"тижение высоких быстродейспаса устс йчивости стабилиэтдвленндя цель достигаетсяопсрцый сигнал тока дроссеруют равным току нагрузкиходного ндпряжеция исключают составляющую, равную падению напряжения на внутреннем сопротивлении конденсатора 6 выходного Фильтра, Полученные сигналы рассогласования по току и напряжению умножают нд соответствующие коэФФициенты, суммируют и подают на вход широтно-импульсного модулятора 16, Сигналом с выхода модулятора управляют регулируюшим элементом 3чил.тономных систем электропитания.Целью изобретения является достижение высоких быстродействия и запаса устойчивости стабилизатора.На фиг. 1 представлена блок-схема ИСН, поясняющая предлагаемый способ; на фиг. 2 - схема устройства, реализующего способ; ца фиг, 3 - пример выполнения суммирующего усилителя;на фиг. 4 - диаграммы переходного процесса в быстродействующем ИСН при скачкообразном изменении тока на 10 15 грузки.В блок-схему (фиг. 1) входят включенные последовательно между входом 1 и выходом 2 стабилизатора регулирующий элемент 3, дроссель 4 1,С-фильтра, датчик 5 тока дросселя, кондецсатор 6 1.С-фильтра, датчик 7 тока нагрузки. 25 К выходу 2 стабилизатора подключена нагрузка 8. Вычитающие входы сумматоров 9 и 10 соединены с информационным выходом датчика 5 тока и выходом 2 стабилизатора соответственно.Суммирующий вход сумматора 9 подсоединен к информационному выходу датчика 7 тока, а выход - через усилитель 11 с коэффициентом передачи К = К (гдеР с КС - внУтРеннее сопРотивление конДенсатора 6) - подключен к второму вычитающему входу сумматора 10, Источник 12 опорного напряжения подключен к суммирующему входу сумматора 10. Выходы сумматоров 9 и 10 подключены 40 соответственно через усилители 13 и 14 с коэффициентами усиления К и К к суммирующим входам сумматора 15. Выход сумматора 15 через широтно-импульсный модулятор 16 подсоединен к управляющему входу регулирующего элемента 3.Устройство (Фиг. 2) с.одержит силовой ключ 17, дроссель 18, датчики 19 и 20 тока, включенные последовательно между входом 21 и выходом 22 стабилизатора. Диод 23 включен между общей точкой силового ключа 17 и дросселя 18 и общим приводом 24 стабилизатора. Конденсатор 25 включен между обшей точкой датчиков 19 и 20 тока и общим приводом 24 стабилизатора. Суммирующий усилитель 26 цеинвертирующим и инвертируюц 11 К 1 входами подключен к ин 1 13481Изобретение Относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, н может быть использовано при построении импульсцьж ста 5 билизаторов напряжения (ИСН) для ав рующим элементом.При этом измеряют ток нагрузки и формируют первый опорный сигнал,равный току нагрузки, из измеренного выходного напряжения исключают напряжение, полученное в результате измерения падения напряжения на внутреннем сопротивлении емкости, а указанные сигналы рассогласования по току и напряжению умножают соответственно на коэффициенты К, = К, -и К С- КО 1 т Цл"оот -- индуктивность и емкость выходного напряжения ИСН; - входное напряжение ИСН; де 1,и 96 2формационным входам датчиков 20 и 19тока соответственно. Суммирующий усилитель 27 неинвертирующим и первым,вторым инвертирующими входами подключен соответственно к источнику 28опорного напряжения, выходу 22 стабилизатора и выходу суммирующего усилителя 26, суммирующий усилитель 29подключен первым и вторым неинвертирующими входами к выходам суммирующихусилителей 26 и 27 соответственно, авыходом - к входу широтно-импульсногомодулятора 30 (ШИМ), Выход ШИМ 30подключен к управляющему входу силового ключа 17.На фиг. 3 приведен пример выполнения суммирующего усилителя 27, который выполнен на операционном усилителе 31 и резисторах 32-36, С помощьюрезистора 32-36 обеспечиваются требуемые коэффициенты передачи по входамсуммирующего усилителя 27,Предлагаемый способ стабилизациивыходного напряжения импульсного стабилизатора, содержащего выходной индуктивно-емкостный фильтр, регулирующий элемент, широтно-импульсный модулятор с пилообразным опорным напряжением, осуществляют путем измерениятока дросселя фильтра, его инвертирования и сравнения с первым опорнымсигналом, измерения выходного напряжения, его инвертирования и сравненияс вторым опорным сигналом, суммирования сигналов рассогласования и формирования результирующим сигналом импульсов по принципу широтно-импульсной модуляции для управления регули 1348796Б - скорость изменения опорлного напряжения широтно- импульсного модулятора;Т и 1 - период преобразования ио 5статическая длительность импульса (паузы в случае инверсии выходного сигнала модулятора).При данном способе сигнал управления формируется пропорционально приращениям напряжения на емкости конденсатора и тока дросселя выходного фильтра ИСН к их опорным значениям, а в качестве опорного значения тока 15 дросселя используется ток нагрузки,Реальный конденсатор имеет внутреннее сопротивление, и напряжение на конденсаторе описывается выражением 20- У,+д,Кгде 11, 0 д , К - соответственнонапряжения на конденсаторе и емкости 5конденсатора, ток и внутреннее сопротивление конденсатора.Поскольку для формирования сигнала управления используется переменная состояния - напряжение на ем- ЗОкости конденсатора, то для ее определения из напряжения на конденсаторе(выходного напряжения ИСН) вычитаетсяпадение напряжения на внутреннем сопротивлении конденсатора.Для определения тока конденсатора(фиг. 1) в качестве опорного сигнала тока дросселя д , измеряемогодатчиком 5 тока, используется токнагрузки д, снимаемый с датчика 7тока. В результате на выходе сумматора 9 формируется сигнал, равный токуконденсатора,Для определения напряжения 11 (г.)на конденсаторе 1,С-фильтра из выход 45ного напряжения Б , снимаемого с вывых фхода 2, вычитается падение напряженияна внутреннем активном сопротивленииконденсатора К. Величина К, в большинстве практических случаев соизмеРима с переходным сопротивлением кон 501 Тденсатора 2 .(Т) = - и вносит существенное искажение в измерение 0(С),Вычитание производится на сумматоре10, на первый инверсный вход которогопоступает величина выходного напряжения, а на второй - ток конденсатора свыхода сумматора 9. Работа урой э на, ргци- ьвписпособ, поясняется с помов;ьн 1 фиг. 2,Силовой ключ 17 и дион 23 выполняют функции регулируншего элемента 3,дроссель 18, датчики 19, 20 тока,конденсатор 25 аналогичны дросселюдатчикам 5, 7 тока, конденсатору 6.Суммирующий усилитель 26 выполняетфункции сумматора 9, а суммирующийусилитель 27 - функции сумматора 10и усилителя 11, выбирая коэффициентпередачи по второму инвертирующемувходу, Усилитель 29 выполняет функциисумматора 15 и усилителей 13 и 14,выбирая коэффициенты передачи по входам, подключенным к выходам суммирующих усилителей 26,27 - К ,К соответственно.В момент равенства пилообразногонапряжения и напряжения с выходасуммирующего усилителя 29 компаратор11 11ШИМ 3 0 переключается , сбрасывая в 0триггер ШИ"1 3 0 , И ри э т ом силовой ключ1 7 ра з мы к а с т с я . Триггер ШИМ 3 0 устан авли в а е т ся в " 1 " с и г н алом г е н е р ат ор а ШИМ 3 0 , который оп н ов р еме н но си нхр о ни з ируе т работу генератора пилообразного напряжения ШИМ 3 0 ,Э к с и е рим е н т л ьны е исследованияИС Н показали , чт о и ри скачкообразныхизменениях тока нагрузки , н е приводящих к о т кл о и е нию длительности импульс о н у пр а вл е ни я регулирующим элементомболее ч ем н а 1 0 7 от их стационарногозначения , переходный и р о це с с в ИС Нимеет ми н им ал ь и ую дли т ел ь н о с т ь , р авн ую 2 Т . Для большей амплитуды скачкообразного изменения т о к а на гру з ки , н он е приводящей к ра з мык а нию системы( выхо ду сигнала у пр авл е ния и з зоныпилообразного напряжения ШИМ) лл ител ь но с т ь и е р е х од н о г о процесса н епревышает 3 , 5 Т . Если возмущение приводит к р а з мык а н ию системы , дл ит ельность и ер ех од и о го процесса превышает3 , 5 Т , н о остается конечной . На фиг. 4 приведеы диаграммы,поясняющие процессь 1 в ИСН при скачкообразном увеличени эона нагрузки.Таким образом, в предлагаемом способе реализовань 1 дна независимых контура регулирования по значениям переменных состояния - току дросселя и напряжению на емкости конденсатора, что позволяет достичь вью оких быстродействия и запаса устойчивости стабилизатора15 Т 5 1348Формула изобретения Способ стабилизации выходного напряжения импульсного стабилизатора, содержащего выходной индуктивно-емкостный фильтр, регулирующнй элемент, широтно-импульсный модулятор с пилообразным опорным напряжением, осуществляемый путем измерения тока10 дросселя фильтра, его инвертирования и сравнения с первым опорным сигналом, измерения выходного напряжения, его инвертирования и сравнения с вторым опорным сигналом, суммирования сигналов рассогласования и формирования результирующим сигналом импульсов по принципу широтно-импульсной модуляции для управления регулирующим элементом, о т л и ч а ю -го , щ и й с я тем, что, с целью достижения высоких быстродействия и запаса устойчивости стабилизатора, измеряют ток нагрузки и формируют первый 796 в опорный сигнал, равный току нагрузки, иэ измеренного выходного напряжения исключают напряжение, полученное в результате измерения падения напряжения на внутреннем сопротивлении емкости, а указанные сигналы рассогласования по току и напряжению умножают соответственно на коэффициС енты К = К и К = - К 1 одТ оп 121.Бгде К -С - индуктивность и емкостьвыходного фильтра;Е - входное напряжение ИСН;- скорость изменения опор лного напряжения широтно импульсного модулятора; период преобразования и статическая длительност импульса (паузы, в случае инверсии входного сигнала модулятора) .Составитель А. Колоколки Техред М.1 оданич едактор А,орректор В, Бутяг ская аказ 5189/47 одписно афическое предприятие, г. Ужго Проектная,оиэводственно-п Тираж 862ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий3035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4