Устройство регулирования напряжения

СОЮЗ СОВЕТСКИХМВЮМРщеиииРЕСПУБЛИН 1 ю г ИСАНИЕ ЕТ ЬСТВУ ТОРСН ехническии ин,8)улянович Г.Н. ногонапольный адис" 1975,одиапазонныи гулятор напнного средстической 1982, с.42 окрествляющие ров непОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ(56) 1. Горбач А.В ГИнтегрально-обридный мВИП. И., "Советское РЭТВА, вып. 7, с. 45-492. Болтнев В.Е. Ширнепрерывно-дискретныйряжения, Сборник электрва преобразования элекэнергии. И., ИНИИ и ТЭ44.(54)(57) 1. УСТРОЙСТВО РЕГУЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ, содержащйе контур дискретного регулирования, входом подключенный к входным выводам питания, выполненный на параллельно соединенных по входу коммутируемых двухтакт ных преобразовательных ячейках с прогрессивно распределенными числами витков первых выходных обмоток их трансформаторов, подключенных к первым двухполупериодным выпрямителям, которые по выходу соединены согласно и последовательно и подклю" чены в соответствующей полярности к первому входному выводу питания контура непрерывного регулирования с первым последовательным регулирующим транзистором, управляющий вход которого связан с входом усилителя ,рассогласования, первый вход которого соединен с выходным выводуа второй вход - с клеммой для подключения источника задающего напряжения3 управляющие входы контура дискретного регулирования подключены к соответствующим выходам реверсивного счетчика импульсов, входы сложения и вычитания которого связаны с соответствующими выходами трехпозиционного органа сравнения, а счетный вход соединен с выходом генератора тактовых импульсов, два пороговых входа трехпозиционно о органа сравнения соединены с соответствующими источ" никами эталонных напряжений, о т - л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства, трансформаторы преобразовательных ячеек снабжены Ф вторыми выходными обмотками, подключенными к введенным вторым двухполупериодным выпрямителям, которые по выходу соединены согласно и последовательно и подключены в противоо положной полярности к второму входному выводу питания контура непре-рывного регулирования, образованного введенным вторым последовательным ре,гулирующим транзистором противоположного типа проводимости, управляющий вход которого связан .с выходом усилителя рассогласования, управляющий з- вход трехпозиционного органа сравнения соединен с выходом введенного суммирующего по модулю усилителя, входы которого подключены соответственно к первому и второму входным выводам питания контура непрерывного регулирования.2. Устройство по п,1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повьппения точности регулирования вности нулевых значений, управходы регулирующих транзисто1107113рерывного контура регулирования под- денным источникам напряжений смещенияключены через резистивные цепи к вве- соответствующей полярности.1Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитания коиплексов радиоэлектронной аппаратуры, в качестве модулирующих блоков технологических агрегатов и систем автоматического регулирования, в качестве широкодиапаэонных лабораторных источников раэнополярного напряжения, а также в качестве усилителей 10 сигналов произвольной, в частности гармонической, Формы в ограниченной полосе частот.Известно устройство высококачественного регулирования напряжения, ис пользующее принцип непрерывного регулирования, в котором с целью улучшения энергетических характеристик диапазон регулирования разбивается на зоны (участки), в каждом из которых 28 в активном (рабочем) состоянии находится отдельный (для каждой эоны) регулиру 1 ощнй элемент непрерывного действия, а переход из одной зоны в, другую осуществляется с помощью перек лючающих устройств 1 1.Недостатком устройства является усложнение силовой цепи при расширении диапазона регулирования при сохранении высокого уровня КПД либо сни- щ жение КПД при неизменной сложности си-ловой цепи.Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство, содержащее контур непрерывного регулирования, выполненный в виде соединенных по типовой схеме последовательного стабилизатора напряжения, регулирующего транзистора, сопротивления нагрузкио источника задающего (эталонного) напряжения, усилителя рассогласования и контур дискретного. регулирования, содержащий регулирующий орган дискретного действия, подключеннвй к входным зажимам и вы. полненный в виде коммутируемых ячеек (секций с прогрессивно распределенными выходными напряжениями), управлякнцие (коммутирующие) входы которых 3подключены к выходам соответствующих разрядов реверсивного счетчика импульсов, входные шины сложения и вычитания которого связаны с соответствующими выходами трехпозиционного органа сравнения, а счетчный вход подключен к выходу генератора тактовых импульсов. В общем случае регулирующий орган дискретного действия может быть выполнен по любой известной схеме, однако для широкодиапазонного регулирования из указанных вариантов наиболее целесообразно использование схем, реализующих суммирование выходных напряжений преобразовательных Ф ячеек (секций), во вторичной цепи регулирующий орган дискретного дейст" вия выполнен в виде соединенных параллельно по входу двухтактных, наприиер транзисторных, преобразовательных ячеек с прогрессивно распределенныии напряжениями выходных обмоток трансформаторов, нагруженных на двухполупериодные выпрямители, выходы которых соединены согласно и последовательно между собой, образуя общий выход регулирующего органа дискретного действия. В данном устройст-ве регулирующий транзистор контура непрерывного регулирования работает в узком диапазоне изменения напряжения, определяемом дискретностью изменения напряжения иа выходе контура дискретного регулирования, в связи с чем поддержание высокого уров. ня ЮЩ в нароком диапазоне регулирования не требует увеличения числа непрерывных регулирующих элементов 2.Недостатком известного устройства, ограничивающим функциональные возможности, является невозможность получения разнополярного регулируемого с плавныи переходом через нулевой уровень выходного напряжения, а также низкая точность регулирования в области значений выходного напря жеиия, близких к нулевому.Целью изобретения является расширение функциональных воэможностей.Поставленная цель достигается тем, что в устройстве регулирования напряжения, содержащем контур дис ретного регулирования, входом подключенный к входным выводам питания, вы- Б полненный на параллельно соединенных по входу коммутируемых двухтактных преобразовательных ячейках с прогрессивно распределенными числами витков первых входных обмоток их трансформаторов, подключенных к первым двухполупериодным выпрямителям, которые по выходу соединены согласно и последовательно и подключены в соответствующей полярности к первому входно му выводу питания контура непрерывного регулирования с первым последовательным регулирующим транзистором, управляющий вход которого связан с выходом усилителя рассогласования, 20 первый вход которого соединен с выходными выводами питания и выходом контура непрерывного регулирования, а второй вход - с клеммой для подключения источника задающего напряжения, 25 управляющие входы контура дискретного регулирования подключены к соответствующим выходам реверсивного счетчика импульсов, входы сложения и вычитания которого связаны с соот ветствующими выходами трехпозиционного органа сравнения, а счетный вход соединен с выходом генератора тактовых импульсов, два пороговых входа трех- позиционного органа сравнения соеди" иены с соответствующими источниками эталонных напряжений ф трансформаторы преобразовательных ячеек снабжены вторыми выходными обмотками, подключенными к введенным вторым двухполу периодным выпрямителям, которые по выходу соединены согласно и последовательно и подключены в противоположной полярности к второму входному выводу питания контура непрерывного 45 регулирования, образованного введенным вторым последовательным регулирующим транзистором противоположного типа проводимости, управляющий вход которого связан с выходом усилителя рассогласования, управляющий вход трехпозиционного органа сравнения соединен с выходом введенного суммирующего по модулю усилителя, входы которого подключены соответственно к пер вому и второму входным выходам юитания контура непрерывного регулирования.Управляющие входы регулирующих транзисторов непрерывного контура регулирования подключены через резистивные цепочки к введенным источникамнапряжений смещений соответствующейполярности.На фиг. 1 приведена схема устройства регулирования напряжения; нафиг. 2 - вариант выполнения суммирующего по модулю усилителя,Устройство содержит контур 1 непрерывного регулирования с первым регулирующим транзистором 2 ь-р-и типапроводимости, выходом соединенныйс нагрузкой 3, источник 4 задающего(в общем случае произвольной Формы)напряжения, подключенный к входуусилителя 5 рассогласования, другойвход которого соединен с выходом непрерывного контура 1 регулирования,контур 6 дискретного регулированиясодержащий регулирующий орган 7 дискретного действия, соединенный с ;лвходными выводами 8 и 9 питания,управляющие входы которого подключенык выходам реверсивного счетчика Оимпульсов, входы сложения и вычитаниякоторого подключены к выходам трехпозиционного органа 11 сравнения, асчетный вход к выходу генератора 12тактовых импульсов, причем орган 7дискретного регулирования содержитпреобразовательные транзисторныеячейки 13 с выходными обмотками 14трансформаторов 15, соединейных спервыми выпрямителями 16, вторые вы".ходные обмотки .7, соединены с вторыми выпрямителями 18, выходы выпрямителей подключены к входным выводампитания контура 1 непрерывного регулирования :,и входам суммирующегопо модулю усилителя 19, выходкоторого подключен к органу 18 сравнениявторой регулирующий транзистор 20противоположного типа проводимости,управляющие входы регулирующих транзисторов 2 и 20 через цепочки смещения 21 и 22 соединены с выходомусилителя 5 рассогласования.Суммирующий по модулю усилитель19 (фиг, 2) содержит базовый операционный усилитель 23, неинвертирующийвход которого через резистор 24 подключен к коллектору транзистора 2, аего инвертирующий вход через резистор25 подключен к коллектору транзистора 20. С помощью резисторов 26 и 27совместно с резисторами 24 и 25 устанавливается требуемый коэффициентпередачи усилителя. Оба входа операционного усилителя 23 шунтированы1107 5ключевыми транзисторами 28 и 29 сразным типом проводимости, базовыецепи которых через токоограничивающие резисторы подключены к выходукомпаратора 30, неинвертирующийвход которого через суммирующие резисторы 31 и 32 подключен соответственно к коллекторам транзисторов 2и 20.Устройство работает следующим1 Ообразом,Выходные напряжения на нагрузке 3с помощью контура 1 непрывного регулирования с заданным коэффициентомпропорциональности отслеживает задающее напряжение. При отрицательном задающем напряжении в активном режименаходится транзистор 2 и транзистор20 закры , при положительном состояние транзисторов меняется. Увеличение абсолютной величины выходногонапряжения приводит к снижению падения напряжения на регулирующем транзисторе 2 или 20. При достижении паде.ния напряжения на транзисторах 2 или20, близком к напряжению насыщениясигнал управления на выходе усилителя19 достигает порогового уровня, прнэтом на выходе органа 11 появляется"единичный" сигнал, разрешающий подачу импульсов тактового генераторана шину сложения счетчика 10. Каждыйтактовый импульс, прошедший на шинусложения счетчика 10, увеличивает запасенный в нем код на единицу, вызывая соответствующее переключениепреобразовательных ячеек 13, следовательно, к соответствующему ступенчатому увеличению модулей напряженийна выходах последовательных цепочеквыпрямителей 16 и 18 на минимальную40величину, определяемую значением модуля выходного напряжения преобразовательной ячейки 13 младшего разряда,Информацией управления в контуре .45дискретного регулирования является падение напряжения на открытом регулирующем транзисторе, но вследствиеналичия двух регулирующих транзисторов с противощэложным знаками падениянапряжения на них,в схему суммирующего по модулю усилителя 19 (фиг. 2)дополнительно введен компаратор 30,обеспечивающий устранение прохождения информации о падении напряженияна закрытом регулирующем транзисторев контур дискретного регулирования.На неинвертирующем входе компаратора нулевого уровня 30 через ре 113 Ьзисторы 31 и 32, подключенные к коллекторам транзисторов 2 и 20, выделяется алгебраическая сумма падения напряжений на последних, равная удвоенному значению выходного напряжения,в связи с чем срабатывание компаратора 30 происходит в момент переходавыходным напряжением нулевого уровня.При срабатывании компаратора 30полярность его входного сигнала меняется на противоположную, что вызывает требуемое переключение шунтирующих транзисторов 28 или 29.Под действием выходного сигналакомпаратора 30 ключевой транзистор28 о -р-н типа заперт и напряжениеприкладывается через резистор 24 кнеинвертирующему входу операционногоусилителя 23, выходной сигнал компара-тора 30 отпирает ключевой транзистор 29 р-и-р типа, обеспечивая близкий к нулевому уровень сигнала на инвертирующем входе операционного усилителя 23 и устранения тем самым влияниепадения напряжения закрытого транзистора 20 на выходной сигнал усилителя23,При положительном падающем напряжении суммирующий по модулю усилитель19 работает аналогично, с той лишьразницей, что напряжение на транзис"торе 20 прикладывается через резистор 25 к неинвертирующему входу операционного усилителя 23, а его неин-вертирующий вход шунтирован ключевымтранзистором 28, управляемым выходным сигналом компаратора 30.Выходной сигнал усилителя 23 вобоих случаях имеет одну и ту же полярность, т. е. выходной сигнал усилителя 23 несет информацию с модуляпадения напряжения на непрерывномрегулирующем элементе, содержащем дварегулирующих транзистора, включающихся в работу согласно требуемойполярности выходного напряжения. Уменьшение модуля задающего напряжения увеличивает напряжение на транзисторах 2 или 20, и при достижении порога срабатывания сигнал управления на выходе суммирующего усилителя 19 приводит к появлению "разрешения" на прохождение импульсов тактового генератора на шину вычитания счетчика 10 и, следовательно, к соответствующему ступенчатому уменьшению модуля напряжений на выходе последовательных цепочек выпрямителей 16 и 18.Таким образом, устройство обеспечивает широкодиапазонное регулирование напряжения с высокой точностью, обеспечиваемой с помощью имеющегося контура непрерывного регулирования выходного напряжения как положительной, так и отрицательной полярности с плавным переходом через нулевое значение при неизменной полярности входного напряжения. При этом КПД предлагаемого регулятора легко может быть реализован близким к КПД чисто импульсных регуляторов, отличающихся его высоким значением, так как регулирующие транзисторы контура непрерывного регулирования работают в достаточно малом диапазоне изменения падения напряжения на переходе коллектор-эмиттер, отклоняясь от напряжения насыщения на величину, определяемую дискретностью ступенчатого регулирования напряжения на входе . контура непрерывного регулирования,величина которой может быть выбранавесьма малой, что достигается соответствующим выбором числа преобразовательных ячеек,С помощью устройства может бытьсоздан усилитель сигналов переменного тока гармонической или произвольной формы, что определяется расположением его регулировочной характе 1 О ристики в 1-м и 3-м квадрантах, чтопозволяет использовать его в качестве модулирующих блоков технологических агрегатов и систем автоматического управления.15 В связи с тем, что задающее напряжение может иметь произвольную формув некотором диапазоне изменения,предлагаемое устройство при подключении к выходу ЭЦВМ через цифроанало 20 говое устройство позволяет реализовать широкодианазонный программируемый источник разнополярного стабильного напряжения.1107113Риг. 2Составитель В.Косин Редактор С.Патрушева Техред О.Неце Корректор И.Шулла Г Заказ 5759/34 Тираж 842 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Иосква, Ж, Раушская наб.,д.4/5 Филиал ППП "Патент", г, Ужгород,ул.Проектная, 4