Способ стабилизации постоянного напряжения и устройство для его осуществления

ОПИСАНИИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских Социалистических Республик(51)М, К,2 6 05 Р 1/56 Государственный комитет СССР по делам изобретений н открытий(71) Заявитель Московский ордена Трудового Красного Знамени электротехнический институт связи(54) спссОБ стАБилизАЦии пОстОЯннОГО т 1 АНРЯхеНиЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Изобретение относится к электротехнике и может быть Применено, например, в широтно-импульсных стабилизаторахх постоянного напряжения,Известны способы стабилизации постоянного напряжения (1 и 2,Наиболее близким из известных технических решений к изобретению является способ стабилизации постоянного напряжения путем контроля ныходного напряжения стабилизатора постоянного напряжения, сравнения его с заданным сигналом, формирования управляющего сигнала н зависимости 15 от отклонения выходного напряжения от заданного по принципу широтно- импульсной модуляции, воздействия на регулирующий элемент стабилизатора полученным сигналом управления 20 и введением корректирующего сигнала, ноэдейстнующего на один из характеристических параметров каналаил и стаб иэац и.Недостатками известного техничес" кого решения является низкая устойчивость и точность стабилизации при возмущающих ноздействиях на систему импульсного регулирования. 30 Цель изобретения - повышение устойчивости и точности стабилизации при возмущающих воздействиях,Это достигается тем, что в способе стабилизации постоянного напряжения путем контроля выходного напряжения стабилизатора постоянного напряжения, сравнения его с заданным сигналом, Формирования управляющего сигнала в зависимости от отклонения выходного напряжения от заданного по принципу широтно-импульсной модуляции, воздействия на регулирукиций элемент стабилизатора полученным сигналом управления и введением корректирующего сигнала, воздействующего на один из характеристических параметров канала стабилизации, корректирующий сигнал Формируют путем контроля выходного напряжения, регулирующего элемента стабилизатора постоянного напряжения, формируют импульсы, ограниченные по амплитуде и длительности, в момент появления тактового сигнала интегрируют полученные импульсы на текущем интервале их следования, сравнивают с эталонным сигналом и осуществляют укаэанное воздействие полученным сигналом рассогласовазия га одиг", и 50 бО 65 иэ характеристических параметров каыала стабилизации,аебос е 1 Е 1 э 1 еи техническии ре" сев.Мм устроест на для ОсущРствлР- ия указа.-ног-о способа стабилиза. - пии ио";.оянного апряжения, являетСя у:ТройСТВО СОдЕржа 1 ЕЕ ПОСЛЕдО- в аг РЕ ъныи регулирующий элемент с ЬСД Фильтром на выходе, усилительно оранивающий блОк вхОдом сОединснн 1.гй с выходными отводами, а выходом сс входом широтно-импульсного модуляторавыхотом соединенного с: уп" равляющим входом рРЕ"улируюшР:1 О элРмента, и корректирующий блок3 ),Цель изобретения - повышение точ. -ности стабилизации и устойчивости,Для этого н предлагаемом устройстве корректирующий блок выполненв виде последовательно-соединеннь 1 хфореЕрователя импульсов, входомподключенного параллельно рекупера.циРнному диодуСД фильтра и выполненного на базе последовательносоединенных ограничителя амплитудыи дифференцирующего знена,. интегратора напряжения, выполненного на базе транзисторного усилителя с емкост:ной обратной связью, Усилителя постоянного тока с источником опорного:аПряжения, выход которого соединенсо входом введенного исполнительноГо блока. Причем, с целью повышенияустойчивости и точности стабилизации напряжения н динамическом режиработы, в качес "не исполнительноГо блока использонан внеденный"эанзистоо, шуТирующий через диоцдроссель 1.,1,Д Фильтра. причем базаупомя 1 утогО траЕзистора соединенаС 61 ХОДОМ УС 1 ХИ т Е ЕЕ и ПОСТО ЯННОЕО ТОка Есорретируюшего бока, а. с цельюпсвыЕения устойчивости и то.нос:тистабилизации в статическом режимев качестне исполнительного блокаиспользован транзистор усилителя постОянчого тока корректирующего блока, причем выход указанного усилителя соединен с ныходом усилителяусилительно-сравнивающего блока,На Фиг,1 представлена блок-схема устройства поясняющая предлагаемей способ; на фиг,2, 3 - вариантыустройств, реализующих способ; наФиг. 4 - диаграевы напряжения,поясняющие способ,Импульсная система регулированияс ШИИ см. Фиг, 1) состоит из регулирующего элемента 1, объекта регулирования, например 1 СД-Фильтра снагрузкой 2, схемы сравнения 3, широтно-импульсного модулятора 4.Цепь преобразования сигнала попредлагаемому способу состоит иэследующих звеньев. Формирователь 5импульсон постоянной длительностии амплитуды, преобразователь б последовательности имгУльсов н среднее,зн ачен иР напряженияузел рассогла сования 7, источник 8 эталонного наеряжения, исполнительный эле 1 ент 9.Суть сгособа заключается в слелующем., Как известно импульсные системы регулиронания с широтно- импульсным модулированием (ШИМ) характеризуются постоянным периопом квантования но переменной скнажнсстью работы регулирующего элемента 1. Г,сли при наличии случайных возмущающих воздейстний система теряет устойчивость, т. е. переходит в режим автоколебаний, то период квантования в зависимости от частоты автоколебаний, либо воз - растает либо уменьшается в сравнении с заданным периодом квантоваяТаким образом, по частоте сигнала на выходе регулирующего элемента 1 можно судить о наличии и характер. - автоколебаний,в системе регулиронания с ШИЕ 4 и, воздейстнуя соответствую 1 е 1 им образом на характеристические параметры (коэффициент усиления цепи обратной с.вязи, индуктивность .СД - Фильтра и т,д.), устраня т ь их, т . е. вс з вращать систему в область устойчиной работы. Для этого модулированные импульсы с выхода регулирующего элемента 1 подают в Формирователь 5, где из н х Формиру.от импульсы постоянной ЦЛИТЕЛЬНОС;ТИ ", аМПлИтУды. Далее последснательность сформированных ИЕ пульсов поступает г преобразоват;.Нь б, где происходит преобразование этой последовательности в среднее значение напряжения на текуяем периоде квантования, В Узле рассогласования 7 происходит срав- нение сигнала поступающего с выхода преобразонателя б, с эталоннтм напряжением, поступающим с выхода источника 8, и соответствующим среднему значению напряжения одного импульса. На заданном периоде квантования. Сигнал рассогласования (при наличии автоколебаний) подается на исполнительный элемент, который воздействует на характеристический параметр системы регулирования, устраняя таким образом автоколебательный ре;ким.При отсутствии автокслебаний с выхода Формирователя 5 поступает по одному сигналу за каждый период квантования. Среднее значение напряжения 7 (Фиг. 4) поступает в узел рассогласования 7, но гЕоскольку для этого случая у: 1,т, то сигналсрассогласования Ч: О, В случае возмущающеготолчка , например, сброс нагрузки, возможно возбуждение системы и появление н из кочастотнех, по сравнению с частотой кван 69 3352тования, автоколебаний, Это приводит к отсутствию на протяжении нескольких периодов сформированных импульсов на выходе Формирователя 5,На интервалах, где Мс, (напряженкес выхода формирователя) отсутствует, У = О, а сигнал рассогласования Ур достигает максимума го величине и имеет определенный знак.При большом коэффициенте усилениясистемы и сравнительно больших пульсациях на ее выходе в системе могутпоявляться автоколебания, частотакоторых выше заданной частоты квантования. Количество импульсов У,на одном периоде возрастает, чтоприводит к росту величкнь 7 поотношению к 1, , Получаемый пркэтом сигнал рассогласования имеетпротивоположный знак, по сравнениюсо случаем низкочастотных автоколебаний.На Фиг. 2, 3 приведены пркмерыреализации данного способа коррекции в стабилизаторе напряжения сШИМ и приняты следующие Обозначения;ПОСЛЕДОВатЕЛЬНО СОЕДИНЕННЫЕ ФОРКсрователь импульсов 10, выполненныйна базе ограничителя амплитуды чарезисторе 11 и стабилитроне 12 идифференцирующего звена на конденсаторе 13 и резисторе 14, интегратор напряжения 15, выполненный на базе транзисторного усилителя 16 с емкостной обратной связью 17 и усилитель постоянного тока 18 на транзисторе 19 с источником опорного напряжения на стабилитроне 20 к резисторе 21. Выход усилителя постоянноготока 18 соединен с исполнительнымблоком 22 (см, Фиг, 2),Стабилизатор содержит также усилительно-сравнивающий блок 23, соединенный входом с выходными выводами, а выходом - со входом широтноимпульсного модулятора 24, управляющего последовательным регулр 5 ющкмэлементом 25, на выходе котороговключен ЬСГ(-фильтр состоящий изрекуперационного диода 26, дро селя 27 и конденсатора 28,Исполнительный блок 22 может бытьвыполнен либо на транзисторе 29,через диод 30 шунтирующий дросс ль27 (см, фиг. 2), либо Б Биде транзистора 19 усилителя постоянного тока 18, выход которого соединен с выходом усилительного транзистора 31усилительно-сравнивающего блока 23(см, Фиг. 3),Отличие этих устройств заключается в том, что на Фиг. 2 изображенстабилизатор, при возникновении низкочастотных автоколебаний, в которомисполнительный элемент блока коррекции шунткрует дроссель, в результатечего автоколебания прекратятся; нафиг, 3 - роль исполнительного элемента цепи коррекции выполняет схема срав 1 БасНего 5 силцтельнс го блока, так как при возникновении Бысоцкочастотных автоколебаний транзистор с:хомы 18 иунтирует тразцстор 31 схемы сравнения3, что снижает козффк КЕН т ,сСКЛЕН и Я ПЕПИ Обре НОЙ СБ ЯЗ И стабилизатора по переменной составЛЯЮЩЕй ВЫХОДНОГО НаПРЯЖСНИЯс а ЗТО сгособствует устранению высокочас-.тотных автОКО 11 еОанцй,Таким Образом, описываемый способ Обеспечения устойчивости регулирова,ния с ИИМ имеет ряд существенных преимуществ; не требуется информация о параметрах возму 1 цающцх воздейСтв;ц; Отпассаят НЕОбходцМОС-Ь Б ТруЛОЕ;,КХ 1;ас" ЕГ ах С-ПЕГ Ей СБЯ З ан - сНХ С ПостРОЕНКЕ аМсЛЦТУДС - ЧНСТС;Т -хаОастеркстк; системе регулцро- =НИЯ Прцдаг тел Сссйство СашлаСТрса- Б аш ца -Я лсс; т л,- . ТЕ;-. Е С Бой Ст Б а ПрсСсс .с К стстпе .1 т =,: О Е Гцт;1= сцо"сл М 5 С лоОрсуа цзобретенцяПлсо б СТ аб 1 ЛЦ 3 аЦИ К ПОСТО ЯН -ног" апОяженя путем контроля Быхолс;ОГО нсапРЯжеця стабит 1 из атолла ГостоянНаПР,".ся;КЯ с СРаБНЕНЦЯ ЕГО С З аз:НМ СГНасОМ ФОРМИРОБанця УПРал Я.".,ЦЕГО СКГНБСС Б Зависс.",ССТК ОТ СТ -КЛСНЕНИЯ БЫ:-:О;НОГО ННИРЯс:ИЯ ОТ За, НН НОГО ПО П .ТИП с КРОСТС - ЦМГ 1 ЛЬС - с:Одеял я;, . Бсзпекств.я на рсс;"ирующцй з 1 е:я Г " ст абкли з БГОр Б пел у - с.лсс"-.тс,с СИТ": ц - Ол сс - равсЕцс к ББЕ-Ец - ем корректкрующего сигнала, Бозлсй" сЬ СГЦЗУ 1 ЩЦЕГО Н а ОД 1 с ИЗ ХсЧЦЭКТЕРЦСТЦК, Га"тя М, ЧТО . С 5 ЕСЛ.Ю1 Е атК, - :С Оос КТИРУЮЩКС ЦГ.ал;К тл стотсСт Кч-,тсл т, С;1, О-Р. 1 1 ЛЕН Н ЬР ПОс,1 .;, ,БЕ с ПЛК -сЬНОС тц, Б сослЕН т5( ДО ЯБ: 1 ян 1 Я т актовлго сигс ала сст е рсют полученные Импульсы на текуцс- м 1 НТЕРЬаля ИХ СЛЕДОБдНКЯС СРсБНвскЦ Г С ЭтаЛОЕНЫМ СИГНаЛОМ 1 ОС ЧсЗСТБЛ:.:Ц 5 сказасНОЕ БОЗДЕНСТБИЕ ПО:15 сЧЕН.-.с.1 Е Р а К : ЕР И С Т К : Е С С К Х П аР а ся Т Р О Б К с. 1. с 1ла стабилизаццк,2, устройство дл осуцествленк",6 11.Е 352 Ой у 1 еьаЕвляеощим входом регулирующего э.г. у; н гр; .; че.тр 1, "11 ру 10 щии блок О т 11 и ч а ю щ е е с я тем чеО, с 15 ель 10 повь.т 1 ения точности стаби,е:извци 11 и ус.-:сйчивости, корректирующии блок выполнен В Виде последовательноо"соедин енных формеЕРОВ ател я и; Епульсов, Входом подключе нного па ранленьно рекуперационному диоду 1 С 1 Т, ф дыра 11 Выполе 1 еннОГО 11 а базе последовав ьльно-соединенных ограничителя амплитудь и дифференцируююезвена, интегратора напряжения, выполненного на базе транзисторно" ТО усилителя с емкостной обратной связью, усилителя потонногос источнякОМ ОпорнОГО напряжения11 Ы ХОД котОРОГО соеДЯнен сО ВхОДОм Вве" деннот."О 11 сполне 1 тельного блока3. устройство по п.2, о т л и ч ающ е ес я тем, что, сцелью ПОВЫШЕ ЕЕЕЕЯ УСТОЙЧИВОСТИ И ОЧЕЕОСТИ с.абилизации напряжения в динамиЧеском режиме работы, В качестве чс 1 олните 31 ьеЕОГО блока использОВс 1 н Введен ный транзистор, 111 унтируюеций Через Диод Дроссель Е,СД фильтра,причем база упомянутого транзисторасоединена с Выходом усилителя постоянного тока корректирующего блока еустройство по, п,2, о т л ичающееся тем, что, сцельюповыее 1 ения устойчивости и точности 4стабилизации в статическом режиме,в качестве исполнительного блокаиспользован транзистор усилителяпостоянного така корректирующегоблока, причем выход указанного усилителя соединен с выходом усилителя, принятые Во внимание при экспертизе151. Александров Ф.И. Импульсныепреобразователи и стабилизаторы.МЭнергия, 19/О, с. 103,2.Транзисторные схемы автома 2тического управления Проектированиеи расчет , Под ред. Ю.И.Конева,изд.Советское радио , И. 1967,стр 1553, Грейвер Е,С, фКлючевые стабилизаторы напряжения постоянного то 25 кае, Связьф, И, 1970, с. 76.693352 г 7 гз с,У и Составитель В.КругловаТехред Я.Ковалева Корректор М.Пож дактор А.Морозова Эакав 6402/ 30 ППП ф ф Патент , г,ужгород, ул. Проектная, 4 ПИ Г дела Моск аж 1015ударствен ного коизобретений и отЖ, Р аушск ая дписноетета СССРыт ийаб., д,4/5