Способ непрерывно-импульсной стабилизации постоянного тока

 

Изобретение относится к источникам вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры. Целью изобретения является уменьшение пульсаций выходного тока. Входное напряжение преобразуется в две противоположные последовательности чередующихся импульсов тока с интервалами его увеличения и уменьшения. Выходной ток, равный сумме токов обоих последовательностей импульсов тока, измеряют и на каждом интервале непрерывно сравнивают с задающим напряжением. Полученный сигнал сравнения используют для регулирования скорости увеличения тока нарастающего участка тока соответствующей последовательности импульсов тока, например, путем изменения сопротивления реактивного элемента (дросселя). 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!) 4 С(05 1 1/56, Н 02 М 3/135

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОписАние изОБРетения /"

К А BTOPGKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ :""/ (21) 4340014/24-07 (22) 09.12.87 (46) 15.12.89. Бюл. № 46 (71) Омский технологический институт бытового обслуживания (72) И. В. Сурант (53) 621,316.722.1 (088.8) (56) Авторское свидетельство CCCP № 957377, кл. Н 02 М 3/135, 1980.

Электронная техника в автоматике. М.:

Советское радио, 1977, вып. 9, с. 71, рис. 1. (54) СПОСОБ НЕПРЕРЫВНО-ИМПУЛЬСНОА СТАБИЛИЗАЦИИ ПОСТОЯ ННОГО

ТОКА (57) Изобретение относится к источникам вторичного электропита ния радиоэлектронИзобр(- гение относится к электротехнике, d HM(.I(Ho к устройствам стабилизации постоянного тока, и может быть использовано и качестве стабилизированного источника постоянного тока:(следящем электроприводе постоянного тока и вторичных источникаx vëeêòðoïитания.

Целью изобретения является уменьшение уровня выходных пульсаций и ускорение установления заданного значения выходного тока.

На фиг, 1 приведены временные диаграммы, поясняющие сущность способа непрерывно-импульсной стабилизации постоянного тока: на фиг. 2 — схема силовой части, реализующей предлагаемый способ; на фиг. 3 — блок управления, реализующий пп(длагаемый способ, пример выполнения.

Способ непрерывно-импульсной стабилизации постоянного тока осуществляют следующим образом.

„„SU„„1529194 д 1 ной аппаратуры. Целью изобретения является уменьшение пульсаций выходного тока.

Входное напряжение преобразуется в две противоположные последовательности чередующихся импульсов тока с интервалами его увеличения и уменьшения. Выходной ток, равный сумме токов обеих последовательностей импульсов тока, измеряют и на каждом интервале непрерывно сравнивают с задающим напряжением. Полученный сигнал сравнения используют для регулирования скорости увеличения тока нарастаюIll(I (l (ч а(тки тока с(l()TH(T(. TBN ю щ(Й fl 0(., Ieд»вательности импульсов тока, например, путем изменения сопротивления реактивного элемента (дросселя). 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Формируют эталонный сигнал, пропорциональный входному задающему сигналу, определяющему уровень выходного постоянного тока, но меньший его по абсолютной величине. Под действием входного задающего сигнала в результате периодического подключения нагрузки к источчику пи ания через реактивный накапливающий элемент формируют две импульсные последовательно TH с импульсами тока непрямоугольной формы.

При подключеHHH входного задающего сигнала ток в нагрузке создается возрастающим участком тока первой импульсной последовательности, причем в качестве кома нды начала переходного процесса иeпользуют сигнал первой производной возрастак щего входного задающего сигнала, а в качестве сигнала переключения по окончании переходного процесса сигнал равенства значений возрастающего тока нагрузки и задающего сигнала.

1529194

40

В установившемся режиме периодического подключения нагрузки к источнику питания через реактивный накапливающий элемент в течение каждого полупериода на нагрузке суммируют возрастающие участки одной последовательности импульсов со спадающими участками другой. Сигналом окончания каждого периода переключения служит сигнал равенства значения спадающего тока одной из импульсных последовательностей эталонному сигналу.

В установившемся режиме периодического переключения нагрузки в течение каждого полупериода сравнивают ток нагрузки с входным задающим сигналом и сигналом, пропорциональным их разности, поочередно в каждой из импульсных последовательностей управляют формой участка возрастающего тока, например, путем изменения и нду кти вности упра вляе мы х дросселей.

Таким образом, предлагаемый способ основан на сочетании импульсного преобразования входного постоянного или выпрямленного напряжения в импульсы ток» с постоянной равной двум скважностью с одновременным непрерывным пзм l

Силовая часть устройства, реализующего способ непрерывно-импульсной стабилизации постоянного тока, содержит шесть ключевых элементов, например транзисторов

1 — 6, два управляемых дросселя 7 и 8, выходной вывод 9, три измерителя тока 10 в 12 и выводы для подключения источника питания.

Выходной вывод 9 соединен с первым выводом токовой обмотки измерителя 2 тока. Коллекторные выводы транзисторов

l,3 и 5 объединены и соединены с одним выводом для подключения источника питания. Эмиттерные выводы транзисторов 2,4 и 6 объединены и соединены с вторым выводом токовой обмотки третьего измерителя 12 тока. Эмиттер первого транзистора 1 соединен с коллектором второго транзистора 2 и первым выводом основной обмотки первого управляемого дросселя 7. Эмиттер пятого транзистора 5 соединен с коллектором шестого транзистора

6 и первым выводом основной обмотки второго управляемого дросселя 8. Эмиттер третьего транзистора 3 соединен с коллектором четвертого транзистора 4 и первыми выводами токовых обмоток первого и второго измерителей 10 и 11 тока. Второй вывод токовой обмотки измерителя 10 тока соединен с вторым выводом основной обмотки первого управляемого дросселя 7, а второй вывод токовой обмотки измерителя 11 тока — с вторым выводом основной обмотки второго управляемого дросселя 8.

Блок управления (фиг. 3) силовой частью устройства, реализующего способ непрерывно-импульсной стабилизации постоянного тока, содержит предварительный усилитель 13 постоянного тока, на вход которого поступает задающий сигнал, определяющий уровень стабилизации. Выход предварительного усилителя 13 постоянного тока подключен к входам операционных усилителей 14 и 15 постоянного тока с различными коэффициентами усиления. Выход операционного усилителя 14 с большим коэффициентом усиления подключен к входу дифференцирующего устройства 16, а также к первому входу сравнивающего блока 17, к второму входу которого подключен выход третьего измерителя 12 тока.

Выход операционного усилителя 15 с меньшим коэффициентом усиления подключен к первым входам первого и второго компараторов 18 и 19 напряжения. Выход первого измерителя 10 тока подключен к основному входу первого управляемого ключа

20, а также к первому входу логического элемента И 21. Выход второго измерителя

11 тока подключен к основному входу второго i«равляемого ключа 22, d также к BT<)рому входу логического элемента И 21.

Выход первого управляемого ключа 20 подключен к второму входу первого компаратора 18 напряжения, а выход управляемого ключа 22 — к второму входу второго компаратора 19 напряжения. Выход сравнивающего блока 17 подключен к входу первого ждущего мультивибратора 23, а также соединен с объединенными основными входами третьего и четвертого управляемых ключей 24 и 25. Выход. дифференцирующего устройства 16 соединен с входом второго ждущего мультивибратора 26, выход которого подключен к первому прямому входу первого триггера 27. Вход второго компаратора 19 напряжения соединен с вторым инверсным входом первого триггера 27 и вторым прямым входом второго триггера 28. Выход первого компаратора 18 напряжения соединен с вторым прямым входом первого триггера 27 и первым инверсным входом второго триггера 28.

Выход логического элемента И 21 соединен с управляющим входом пятого управляемого ключа 29. Инверсный выход первого триггера 27 соединен с управляющими входами первого и четвертого управляемых ключей 20 и 25, а инверсный выход второго триггера 28 — с управляющими входами в«<р<>гo и трсTher<) управляемых ключей 22 и 24, llрямой выход первого тригг<. ра 2 подключен к <1(. ðâè÷íoé обмотке и< рвого трансформатора 30, а также с >единен с основным входом и 1(>1529194

55 х пр;)нчя(!3!(>l () к,чк)ча 29, а !1!)>1!(1()>I

x() с втr>f)()lr> трпггсра 28 к первичн(>и обмотке второго трансформатора 31. Выход третьего управляемого ключа 24 соединен с входом первого усилителя 32 мощности, а выход четвертого управляемого ключа

25 — с входом второго усилителя 33 мощности. Выход первого усилителя 32 мощности соединен с управляющим входом дросселя

7, а выход второго усилителя 33 мощности - с управляк)шим входом дросселя 8.

Основной выход пятого управляемого ключа

29 подключен к первичной обмотке третьего трансформатора 34. Вторичные обмотки перВ(>ГО I!);I »t (f>r>!)XI;) (Ора, 30 ПОдК I()«r. !II I К у((раВI>II(>l !IIII! I3x(> I(. r IJ)iiIIзпс ()P()I3 1 и 4 сил(>вой части, а вторичные обмотки второго трансформатора 31 — к управляющим входам транзисторов 2,3 и 6 силовой части.

Втори ч на я обмотка третьего тра нсфор м атора 34 подключена к управляющему вход> транзистора 5 силовой части.

Устройство работает следующим образом.

При подаче входного задающего сигнала постоянного тока на вход предварительного усилителя 13 постоянного тока сигнал усиливается и с выхода усилителя 13 поступает на входы операционных усилителей

14 и 15 постоянного тока с различными коэффициентами усиления. Выходной сигнал усилителя 14 постоянного тока с большим коэффициентом усиления, задающим уровень выходного тока нагрузки, поступает на вход дифференцирующего устройства 16 и первый вход сравниваюгцего устройства

17 — — компаратора амплитуды. Выходной сигнал дифференцирующего устройства 6 запускает второй ждущий мультивибратор

26, выходной импульс которого поступает на первый прямой вход первого триггера

27. Г!ос.чедний переключается, и выходной сигнал с его прямого выхода поступает на первичную обмотку трехобмоточного трансформатора 30 и главный вход пятого управляемого ключа 29. Сигналы с двух вторичных обмоток первого трансформатора 30 поступают на базы транзисторов и 4 относительно этих эмиттеров. Транзисторы

1 и 4 переходят во включенное состояние, и под действием напряжения источника питания через основную обмотку первого управляемого дросселя 7, токовые обмотки первого и третьего измерителей 10 и 12 тока выходной вывод 9 начинает протекать ток, Си гнал, пропорциональный току н, с выхода первого измерителя 10 тока поступает на I.làâíûé вход первого управляемого ключа 20 и первый вход логического элемента И 21. Тох нагрузки. равный To) ) н, постепенно увеличивается и, когда выходной сигнал третьего измерителя !

2 тока, пропорциональный току нагрузки и ноступак)гций на второй вход сравнивак>щего блока 17, станет в момент

xg

50 равным выходному сигналу операционного усилителя 14 постоянного тока, произойдет срабатывание сравнивающего блока

17. Его выходной сигнал поступает на вход первого ждущего мульти вибра тора 23, выходной импульс которого подается на первый прямой вход второго триггера 28 и первый инверсный вход первого триггера

27. Второй триггер 28 переключается, и выходной сигнал с его прямого выхода поступает на первичную обмотку второго трехобмоточного трансформатора 31 Сигнал с трех вторичных обмоток второго трансформатора 31 поступает на базы транзисторов 2,3 и 6 относительно их эмиттер )I3 и вызывает их включение. Одновреt1t llllr) ВЫХОдпнй С)>Г)3;)Гl !It. 1)I)r)I )КдХ и(ЕГО мультивибратора 23 поступает на первый инверсный вход первого триггера 27, последний возвращается в исходное состояние и через первый трансформатор 30 отключает транзисторы 1 и 4. Под действием напряжения источника питания через включенные транзисторы 3 и 6, основную обмотку второго управляемого дросселя 8 и токовую обмотку второго измерителя 11 тока начинает протекать возрастающий ток ),, а ток

) проходящий уже через включенные транзисторы 2 и 3, начинает падать. Сигнал, пропорциональный току (,, с выхода второго измерителя 11 тока поступает на главный вход второго управляемого ключа 22 и второй вход логического элемента И 21. На выходе логического элемента И 21 появляется сигнал, поступающий на управляющий вход пятого ключа 29, подготавливая его к прохождению сигнала с прямого выхода nepI3(>r() триггера 27 на перви-II(hl() обмотк тре.. ьсп> трансформатора 34. Од))оврс мс нно воз)(ик()к)ясий в мс>мс нт времени инверсный выходной сигнал пс ()H(>I(> триггера 27 II()ступает на управляющие входы первого и четвертого ключей 20 и 25 и переводит их но включенное состояние. Четвертый управляемый ключ 25 подключает выход сравнивак)щего блока 17, контролирующего ток нагрузки, к входу второго усилителя 33 мощности, подмагничивающего второй дроссель 8 и изменяющего его индуктивность так, чтобы ток нагрузки оставался постоянным.

Первый управляемый ключ 20 подключает выход первого измерителя 10 тока, контролирующего ток (, первого дросселя 7. к входу компарате>ра 18 напряжения, на второй вход которого поступает сигнал с выхода операционного усилителя 15 постоянного тока с меньшим коэффициентом cHления, определяющим минимальное значение тока дросселей.

В момент tl равенства выходного сигнала первого измерителя 1О тока >, первого дросселя 7 сигналу с выхода операционного усилителя 15 п(>стоянного тока i рабатывает

1529!94 первый компаратор 18 и его выходной сигнал поступает на второй прямой вход первого триггера 27, а также на первый инверсный вход второго триггера 28. В результате сигнал с прямого выхода первого триггера 27 через первый трансформатор

30 включает транзисторы 1 и 4, а через открытый пятый ключ 29 и третий трансформатор 34 — транзистор 5. Одновременно прекращается сигнал на инверсном выходе первого триггера 27, что приводит к выклн)ченик) первого i: четвертого ключей

20 и 25, и возникает сигнал на инверсном выходе второго триггера 28, что приводит к включению второго и третьего управляемых ключей 22 и 24. В результате через включенный третий управляемый ключ 24 начинается процесс управления постоянным током в нагрузке путем подмагничивания первого дросселя 7 через первый усилитель

32 мощности, а через включенный второй управляемый ключ 22 во втором компараторе 19 сравнивается сигнал с второго измерителя 11 тока с выходным сигналом операционного усилителя 15 постоянного тока с меньшим коэффициентом усиления, определяющим минимальное значение тока дросселей.

В момент времени t срабатывает второй комиаратор 19 и его выходной сигнал поступи(т на второй прямой вход второго триггера

28,;i гакже на второй инверсный вход первого триггера 27. В результате переключения первого и второго триггеров 27 и 28, наличия (Ia входах логического элемента И 21 игналов с первого и второго измерителей

l0 и 1! тока и включения пятого управляемого к Iк)ча 29 транзисторы 1,4 и 5 отключ,)котся, а транзисторы 2,3 и 6 включаются.

Одновременно прекращается сигнал на инвер(HoM выходе второго триггера 28, что приводит к выключению второго и третьего клн чей 22 и 24, и возникает сигнал на инв(реном выходе перво(0 триггера 27, что лрив() ьч(к включению первого и четвертого упра H.)яс мых ключей 20 и 25. В результате (ере) включенный четвертый управляемt>III клк)ч 25 начинается процесс управ,(ения постоянным током в нагрузке путем подмагничивания второго дросселя 8 через второй силитель 33 мощности, а через вклн)ч(. нный первый управляемый ключ

20 в и(рвач компараторе 18 сравнивается сигнал с;. рвого измерителя 10 тока с BI>lxo:i((hl vi сигналом операционного усилителя !5 постоянного тока, с меньшим коэффициент()м «иления, определяющим минимальное зна и ние тока дросселей. В момент времени t i срабатывает первый компаратор 18, его выходной сигнал переключает первый и второй триггеры 27 и 28 в состояние, обратное моменту времени 4, включаются транзисторы 1,4 и 5, отключаются транзи Tophl 2,3 и 6, отключаются первый и четвертый управляемые ключи

5 20 и 25, включаются управляемые ключи

22 и 24. Начинается процесс управления током нагрузки путем подмагничивания первого дросселя 7 через первый усилитель 32 мощности и сравнивание во втором компараторе 19 уменьшающегося сигнала с вто1О рого измерителя 11 тока с выходным сигналом операционного усилителя 15 постоянного тока. В момент !4 срабатывает второй компаратор 19, переключаются первый и второй триггеры 27 и 28 и далее процессы в

15 схеме повторяются.

Формула изобретения

25 каждой последовательности токовых импульсов постоянно поддерживают равной

30 дв1ч, (!)орчирiH)T эталонный сиги,ië, llpoпорциональный задающему сигналу, но меньший по абсолютному значению, сравнива1от

1. Способ нелреры вно-импульсной стабилизации постоянного тока, заключающийся в том, что формируют две противофазные последовательности токовых импульсов с чередующимися интервалами у величения и уменьшения тока, которые суммируK)T, (р(рмируK)T корректирукнций сигнал, пропорциональный разности задающего сигнала и полученной суммы, отличающийся тем, что, с целью уменьшения уровня выходных пульсаций, скважность текущий сигнал, пропорциональный току каждой импульсной последовательности на интервале его уменьшения, с эталонным сигналом и в момент их равенства начинают формировать интервал увеличения тока в этой последовательности, причем поочередно на интервалах увеличения тока в каждой из последовательностей токовых импульсов непрерывно и пропорционально корректирующему сигналу изменяют скорость увеличения тока соответствующей токовой последовательности.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что, с целью ускорения установления заданного значения выходного тока, дифференцируют задающий сигнал и в момент отличия полученной производной от нуля начинают формирование интервала увеличения тока первой последовательности токовых импульсов, а в момент равенства сигнала, пропорционального текущему значению тока первой последовательности токовых импульсов. задающему сигналу начинают формирование интервала увеличения тока второй последовательности токовых и м пульсов.

1529194

IH

11

С2 яке

Law

+ Un!

529194 (. К) О1„1 Рl it it

I)((ил(r ), 1 ллиии,i °; 1! 15(1ч К()рр(л!(i fi М 11(лсичии(ии и

5. л;t i, !)!1 1 II I I,i re I 1r) и 1 и Г lir)(l5 f I I I I I I l l I () . . ., 1, 1 1! и kill(it r i r r r xl I t I (l, I и (k t .k ()k) p(и и и я 1! и () I k f ) t>! k 11 1k v, и р и ГКНТ (. (. (. Р

1 1 5 (l, 5: (, Ч (t Ik lt,, К : 5;) . Р 1! 1 it! (), t kl I I I I () . 1 4 )5

1 I !)r.1 и tir,i ;i I i, (и и tl i I;I 1 и,tr,с л и Й л ri ki() i (l " I 1 I, tl I (), I rt !1 rjir, 1, k . I I I Г (k f)ii II;I, () 1