Способ управления импульсным стабилизатором постоянного напряжения

05 Р 1/ ГОСУДАРСТВЕННЫИПО ИЗОБРКТЕНИЯМПРИ ГННТ СССР ИТЕТ РЫТИ ИЯ ИДЕТ ЕЛ АВТОРСКОМ В 1Ф.Колканов, Л.Вдинцов088.8)др. Стаключаемь ов,.Усачев,билизатопчи регу- Энерго 6.СССР 974,М рис. ьство 1/56, АВЛЕНИЯ ИМПУЛЬСНЫМПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕ 54) СПОСОБ ТАБИЛИЗАТО ся к электр ользовано в х постоянимпульсно 3) 1 ПИСАНИЕ ИЗОБ(57) Изобретение относи технике и может быть ис импульсных стабилизатор го напряжения с широтно.80153443 2 модуляцией. Целью изобретения является повышение КПД и надежности. Стабильность выходного напряжения обеспечивается путем непрерывного воздействия на характеристические параметры ЕС-резонансного контура 4 .в функции изменения напряжения на нагрузке 6. Постоянство периода переключения регулирующего элемента (РЭ) 1 обеспечивается тактовыми импульса" ми от блока 8 синхронизации. Отключение РЭ 1 осуществляется тактовыми импульсами от блока 9 управления по току в момент достижения током, протекающим через РЭ 1, нулевого значения. Это позволяет обеспечить нуле- р вые динамические потери при выключении РЭ 1 и существенно снизить уровень коммутационных высокочастотных помех, что и приводит к повышению КПД и надежности, 2 ил.Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано,например, в импульсных стабилизаторах постоянного напряжения с широтно-импульсной модуляцией,Целью изобретения является повышение К 1 Щ и надежности.На фиг.1 представлена блок-схемаимпульсного стабилизатора, поясняющая предлагаемый способ; на Фиг.2 -вариант стабилизатора, реализующегоспособ.Импульсный стабилизатор с широтно-импульсным регулированием (фиг.1)состоит из ключевого регулирующегоэлемента 1, датчика 2 тока, объекта3 регулирования (например, последовательно включенных 1.С-резонансногоконтура 4 и 1.СО в Фильт 5), нагрузки6, блока 7 управления по напряжению,блока 8 синхронизации, блока 9 управ, ления по току, при этом блок 1 управления понапряжению соединенпо входу с выходомтабилизаора напряжения,по выходу - с управляющим входом резонансного контура 4, осуществляющего преобразование Фо.".;. тока регулирующего элемента, а блок управленияпо току соединен по входу с выходомдатчика 2 тока, по выходу - с однимиз управляющих входов ключевого регулирующего элемента 1, второй управляющий вход которого соединен с выходом блока 8 синхронизации.Цепи преобразования сигнала по 35предлагаемому способу состоят из следующих звеньев; блок 1, управления понапряжению, содержащий узел 10 сравнения, источник 11 эталонного напряжения, усилитель 12 постоянного тока40и исполнительный элемент 13, блок 8синхрониЗации, содержащий задающийгенератор 14 и Формирователь 15 стпирающих тактовых импульсов блок 9 уп 45равления по току, содержащий узел 16сравнения, источник 17 эталонного напряжения, усилитель 18 постоянноготока и формирова.ель 19 загирающихтактовых импульсов.Сущность способа заключается в56следующем. Импульсный стабилизатор с широтно-импульсным регулированием характеризуется постоянным периодом пере 55 ключения ключевого регулирующего элемента 1. При этом стабилизация напряжения достигается изменением относи 1 тельной длительности включенного состояния ключевого регулирующего элемента 1.Включение в силовую цепь импульсного стабилизатора последовательно с ЕСР-фильтром 5 узла преобразования формы тока (например, ЕС-резонансного контура 4) позволяет преобразовать форму тока регулирующего элемента 1 из прямоугольной в квазисинусоидальную или в колоколообразную. Длительность интервала протекания тока через открытый регулирующий элемент 1 определяется лишь параметрами резонансного контура 4 и в процессе работы стабилизатора практически не меняется. Следовательно, для обеспечения широтно-импульсного регулирования напряжения необходимо обеспечить изменение характеристических параметров 1,С-резонансного контура 4, что приведет к изменению длительности интервала протекания тока через ключевой регулирующий элемент 1, При этом стабильность выходного напряжения обеспечивается путем непрерывного воздействия на характеристические параметры .С-резонансного контура 4 в Функции изменения напряжения на нагрузке 6. Постоянство периода переключения регулирующего элемента 1 обеспечивается отпирающими тактовыми импульсами постоянной частоты, поступающими от блока 8 синхронизации, Отключение регулирующего элемента 1 осуществля" ется запирающими тактовыми импульсами, поступающими от блока 9 управле" ния по току в момент достижения током, протекающим через регулирующий элемент 1, нулевого значения.Таким образом, непрерывно воздействуя на характеристические параметры резонансного койтура 4 в функции напряжения на нагрузке 6 и включая ключевой регулирующий элемент 1 тактовыми синхроимпульсами постоянной частоты, становится возможным отключение регулирующего элемента 1 в момент нулевого значения его тока при обеспечении режима широтно-импульсной модуляции. Это позволяет обеспечить нулевые динамические потери при выключении ключевого регулирующего элемента 1,Для реализации данного способа стабилизатор снабжен контурами обратной связи по напряжению и току. Причем контур обратной связи по напря 5 153 жению является непрерывным, а по току - импульсным. Наряду с этим стабилизатор снабжен дополнительным синхронизирующим разомкнутым каналом управления регулирующим элементом 1. Наличие указанных трех каналов управления в устройствах, силовая часть которых содержит узел преобразования формы тока, позволяет обеспечить стабилизацию выходного напряжения по методу широтно-импульсного регулирования,Так как период переключения ключевого регулирующего элемента 1 в процессе работы остается неизменным, то при возникновении возмущающих возцействий (входное напряжение, ток нагрузки и т.д,) выходное напряжение остается стабильным за счет соответствующего изменения характеристических параметровС-резонансного контура 4, вызывающего соответствующее изменение длительности включенного состояния ключевого регулирующего элемента 1.В блоке 7 управления по напряжению сигнал, поступающий с выхода стабилизатора, подается на один из входов узла 10, на второй вход которого поступает сигнал от эталонного источника 11, напряжение которого соответствует заданному среднему значению выходного напряжения. Сигнал рассогласования усиливается усилителем 12 постоянного тока и через исполнительный элемент 13 непрерывно воздействует на один из характеристических параметров 1,С-резонансного контура 4. В результате меняется резонансная частота ЬС-резонансного контура 4, а следовательно, и длительность импульса тока, протекающего через ключевой регулирующий элемент 1.В блоке 9 управления по току сигнал, снимаемый с датчика 2 тока, сравнивают в узле 1 б с заданным сигналом, поступающим от эталонного ис" точника 17. Величина эталонного сигнала соответствует мгновенному значению тока регулирующего элемента 1. Полученный сигнал рассогласования (при равенстве нулю тока регулирующего элемента 1) усиливается усилителем 18 постоянного тока и подается в формирователь 19 запирающих тактовых импульсов, где происходит преобразование аналогового сигнала в импульсный. С формирователя 19 запира 45 50 55 и транзисторном усилителе мощности.При подаче входного напряжения Б вступает в работу блок 8 синхронизации, который подает отпирающий импульс на один из управляющих входов регулирующего элемента 1. В результа-, те этого транзистор .регулирующего элемента 1 открывается. Ток, протекающий через регулирующий элемент 1, имеет колоколообразную форму, ампли-, туда и длительность его определяются параметрами .С-резонансного контура 4, Прн этом через трансформатор тока датчика 2 тока и развязывающий диод блока 9 управления по току обеспечивается насыщение транзистора регулирующего элемента 1. 4439 6ющих тактовых импульсов указанныйсигнал поступает на один из управля"ющих входов ключевого регулирующегоэлемента 1. В результате регулирующийэлемент 1 выключается. Причем выключение производится в момент достижения током регулирующего элемента 1нулевого значения,10В блоке 8 синхронизации сигнал постоянной частоты поступает от задаютщего генератора 14 на вход формирователя 5 отпирающих тактовых импульсов. В последнем формируются синхроимпульсы, которые поступают на второйуправляющий вход регулирующего элемента 1. В результате этого обеспечивается постоянство частоты включениярегулирующего элемента20 Предлагаемый способ осуществляютв стабилизаторе напряжения с широтноимпульсной модуляцией (фиг.2). Нафиг,2 приняты следующие обозначения:ключевой регулирующий элемент 1, реализованный на транзисторе, датчик 2тока, объект 3 регулирования, состоящий из резонансного ЬС-контура 4,включающего регулируемый индуктивныйэлемент и конденсатор, развязывающего трансформатора, сил":вого и вспомогательного выпрямителей и силовогоЕСВ-фильтра, нагрузка б, блок 9 управления по току, состоящий из трансформатора тока и развязь 1 вающего диода, блок 7 управления по напряжению,содержащий узел сравнения, усилительпостоянного тока, исполнительныйэлемент, выполненный на транзисторе,блок 8 синхронизации, содержащий задающий генератор и формирователь отпирающих тактовых импульсов, выполненный на логических элементах И-НЕ1534439По окончании заряда конденсаторарезонансного контура 4 ток через регулирующий элемент 1 спадает до нуля,что приводит к обесточиванию его базовой цепи и запиранию транзистора.Энергия, накопленная конденсатором резонансного контура 4 в процессе егоразряда, трансформируется и через силовые выпрямитель и ЬСЭ-фильтр пода 10ется в нагрузку 6, Поскольку частотапереключения регулирующего элемента1 постоянная, то для стабилизациисреднего значения напряжения на нагрузке при любых возмущающих воздействиях необходимо соответствующимобразом изменять длительность включенного состояния регулирующего элемента 1. Так как регулирующий элемент 1 выключается при нулевом зна"чении тока, то длительность его включенного состояния равна длительностиимпульса тока резонансного контура4. Поэтому для изменения длительности включеннЬго состояния регулирующего элемента 1 можно менять, например, параметры резонансного контура4, а именно: индуктивность его индуктивного элемента. Значение индуктивности регулирующего индуктивногоэлемента непрерывно задается блоком7 управления по напряжению в функцилвыходного напряжения. Так, при увеличении выходного напряжения под действием любых дестабилизирующих фак 35торов блок 7 управления по напряжению воздействует на регулируемый индуктивный элемент таким образом,чтобы уменьшить значение его индуктив ности При этом сокращается дли 40тельность открытого состояния регулирующего элемента 1 до такой величины,чтобы среднее значение напряжения нанагрузке не превышало заданного отклонения. Этим обеспечивается стабилизация выходного напряжения по методу ШИИ.Таким образом, предлагаемый способ стабилизации постоянного напряжения имеет ряд существенных преимуществ: автоматически обеспечиваются нулевые коммутационные потери, существенно снижается уровень коммутационных высокочастотных помех. Это позволяет повысить КПД и надежность устройства, существенно улучшить массогабаритные показатели стабилизатора напряжения, в особенности при гибридно-пленочной технологии, так как уменьшается площадь теплоотвода и упрощается задача подавления высокочастотных помех.Формула изобретенияСпособ управления импульсным стабилизатором постоянного напряжения с задающим генератором и узлом преобразования формы тока ключевого регулирующего элемента в ко:;о.олообразную или квазисинусоидальную, заключающийся в том, что контрпируют выходное напряжение импульсного стабилизатора, сравнивают его с заданным сигналом, усиливают сигнал рассогласования и формируют управляющий сигнал по напряжению, воздействуют управляющим сигналом на один из характеристических параметров узла преобразования формы тока ключевого регулирующего элемента, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения КПД и надежности, контролируют ток ключевого регулирующего элемента, сравнивают его с заданным сигналом, усиливают сигнал рассогласования и формируют управляющий сигнал по току в виде тактовых импульсов, при этом в качестве указанного управляющего сигнала используют управляющий сигнал по напряжению, которым воздействуют непрерывно на один из характеристических параметров узла преобразования формы тока ключевого регулирующего элемента, а ключевой регулирующий элемент отпирают в момент, появления тактовых импульсов от задающего генератора и запирают тактовым импульсом управляющего сигнала по току в момент равенства нулю контролируемого тока ключевого регулирующего элемента.1534439 Составитель А.ВолковаТехред Л.Сердюкова едактор О.Юрковецкая ор Т.Мал при ГКНТ ССС инат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 1 О иэводственно-иэдательскщ Заказ 41 Тираж 644 Подписн ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открыти113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/