SU1372288A1 - Импульсный стабилизатор напр жени - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к источникам вторичного электропитани . Целью изобретени   вл етс  повышение КПД в динамических режимах работы. В статическом режиме работы силовой 17 и замыкающий 18 ключи, управл емые от широтно-импульсного модул тора 22 через блок 31 импульсного управлени , совместно с обмоткой 12 дроссел  9 образуют схему понижающего стабилизатора напр жени . При этом обмотки 10 и 11 дроссел  9 совместно с ключами 13 и 14 управлени  и ключами 15 и 16 регулировани  не вли ют на работу устройства . В динамическом режиме работы ключи 13 и 14 управлени  и ключи 15 и 16 регулировани  подключают конденсаторы 5 и 6 к обмоткам 10 и 11 дроссел  9, осуществл   тем самым отбор или подвод дополнительной энергии дроссел  9, Требуемый уровень напр жени  конденсаторов 5 и 6 поддерживаетс  за счет их подключе- )1и  через ключи 3 и 4, управл емые от блока 31 импульсного управлени , между входной 7 и выходной 8 клеммами стабилизатора. 4 ил.. г (Л

Description

tfvrf

Изобретение относитс  к электротехнике и может найти применение в системах электропитани  с импульсным pei-улированием выходного квазинепрерывного напр жени , например в системах электропитани  бортовой аппаратуры.

Цель изобретени  - повьппение КПД в динамических режимах работы.

На фиг. 1 приведена функциональна  схема импульсного стабилизатора напр жени , на фиг. 2 - структурна  схема его отдельных узлов, на фиг.З временна  диаграмма, по сн юща  работу устройства управлени  импульсного стабилизатора напр жени , на фиг. 4 - временные диаграммы, по с- н юпще работу импульсного стабилизатора напр жени .в статическом режиме и режиме увеличени  тока нагрузки.

Стабилизатор содержит две идентичные цепи 1 и 2, причем кажда  цепь 1 (2) образована последовательным соединением силового ключа

3(4) и конденсатора 5 (6). Цепи 1

и 2 включены параллельно друг другу между входной 7 и выходной 8 клеммами . Дроссель 9 имеет три обмотки 10- 12, причем обмотка 10 (11) по; чюче- на концами порознь, через ключ 13 (14 управлени  и ключ 15 (16) регулировани  к общей точке силового ключа

4(3) и конденсатора 6 (5), обе обмотки 10 и 11 подключены отводами к выходной клемме В. Обмотка 12 подсоединена одним концом к выходной клемме 8. а вторьт концом через основной ключ 17 - к входной клемме 7 и через замыкающий ключ 18 к общему проводу 19 стабилизатора. Устройство

20сравнени  входом подключено к выходной 8 клемме, а выходом - к входу

21ШИМ 22 и через интегратор 23 - к входу 24 ШИМ 22. ШИМ 22 выходами 25- 27 соединен соответственно с входами 28-30 блока 31 импульсного управлени  (БИУ). БИУ 31 присоединен выходами 32-39 соответствено к управл ющим входам ключей управлени  13 и 14 регулировани  15 и 16 и силовых ключей 3 и 4. Выход 39 БИУ 31 подключен также и к входу 40 ШИМ 22.

Устройство 20 сравнени  (фиг. 2) выполнено в виде источника 14 эталон Hoi o напр жени  подключенного выходо к неинвертирующему входу усилител  42, инвертирующий вход последнего подсоединен к входу, а выход - к вы0

0

5

ходу устройства 20 сравнени . ШИМ 22 содержит включенные последовательно дифференциатор 43, выпр митель 44, генератор 45 пилообразного напр жени  (ГПН). усилитель 46, причем вход дифференциатора 43 подключен к входу 40 ШИМ 22, а усилитель 46 неинвертирующим входом подключен к общему проводу 19, а инвертирующим входом - к выходу ГПН 45. В состав ШИМ 22 вход т также три компаратора 47 - 49, подключенные выходами соответственно к выходам 26 - 27 ШИМ 22. Неинвертирующие входы компараторов 47 и 49 подключены соответственно к выходам ГПН

45и усилител  46. Вход 21 ШИМ 22 соединен соответственно с инвертирующим и неинвертирующим входами компараторов 47 и 48. Инвертирующие входы компараторов 48 и 49 подключены соответственно к выходу усилител 

46и входу 24 ШИМ.22.

БИУ 31 содержит генератор 50,подключенный пр мым и инверсным выходами соответственно к выходам 38 и 39 БИУ 31, схемы И 51-56, подключенные выходами соответственно к выходам 32-37 БИУ 31. Схема ИПИ-НЕ 57 двум  входами, по отдельности, подключена к входам 28   29 БИУ 31, а выходом - к первым входам схем И 55 и 56. Первые входы схем И 51 и 53 подключены к пр мому выходу генератора 50, а схем И 52 и 54 - к инверсному выходу генератора 50, Вторые входы схем И 51 и 52 подсоединены к входу 28 БИУ 31, а схем И 53 и 54 - к входу 29 БИУ 31. Вход 30 БИУ 31 соединен с вторым входом схемы И 55 и через схему НЕ 58 - с вторым входом схемы И 56.

Устройство работает следующим образом .

На диаграмме Т показаны временные интервалы работы узлов управлени  стабилизатором, на диаграммах 25-27 и 32-39 - импульсные сигналы соответствующих выходов ШИМ 22 и БИУ 31 (фиг. 3).

Генератор 50 БИУ 31 генерирует на своих выходах и соответственно выходах 38 и 39 БИУ 31 импульсные сиг налы в противофазе друг другу с коэффициентом заполнени  и периодом, равным интервалу времени (фиг. 3).

Импульсный сигнал с выхода 39 БИУ 31 поступает на вход 40 ШИМ 20 и

0

5

0

5

0

t,-t.

далее через дифференциатор 43 -на вы- пр ьштель 44, При этом на выходе выпр мител  44 формируютс  короткие положительные импульсы, которые поступают на вход ГПН 45 и синхронизируют его работу. На выходе ГПН 45 формируетс  пилообразное напр жение , которое поступает на инвертирующий вход усилител  46. На выходе усилител  46 формируетс  пилообразное напр жение F, - инверсное Г, .

Напр жение Ujj,n (диаграмма U,. ) с выхода 8 стабилизатора поступает в устройство 20 сравнени , где ВЫДР.ПЛ- етс  напр жение рассогласовани  U р (диаграмма U, лини  и), iiocTyn:i .i- щее на вход 21 ШШ 22 и через интегратор 23 на вход 24 ШИМ 22, Нагтр;| с- ние и выхода интегратора приведено на диаг рамме Uit.

Длительность импульсов на выходе 25 ШИМ 22 соответствует интервс1лзм времени, на которых напр жение р с- согласовани  больше пилообразного напр жени  /f, , а на выходе 26 1П1ТМ

22 - меньше пилообразного напр жени  Иц (диаграммы U, 25 и 26). Длительность импульсов на выходе 27 22 соответствует интервалам време::л , на которых напр жение выхода интег-- ратора меньше пилообразного напр жени  1, (диаграммы U и 27).

Импульсные сигналы выходов 23-27 поступают в БИУ 31, который преобразует их по следующему алгоритму. Сигналы с выхода 25 ШИМ 22 распредел ютс  на выходы 32 и 33 БИУ 31, а с выхода 26 - на выходы 34 и 35, причем на интервалах наличи  импульса на выходе 38 БИУ 31 импульсы распреде л ютс  на выходы 32 и 34 БИУ 31,иначе на выходы 33 и 35. Сиг нал выхода 37 БИУ 31 соответствует, а сиг-нал выхода 36  вл етс  инверсным сигналу выхода 27 ШИМ 22 с учетом того, что сигналы выходов 25 и 26 ШИМ 22 запрещают наличие импульсных сигналов на выходах 37 и 36 БИУ 31.

Рассмотрим работу устройства в статическом режиме. На диаграмме Т (фиг , 4) показаны временные интервалы работы устройства. На диаграммах 32, 33 и 36-39 (фиг. 3) показаны сигналы соответствующих выходов БИУ 31, управл ющие состо нием ключей, подключенных к ним, причем высокий уровень сигнала соответствует открытому состо нию ключа. В статическом режиме

0

0

э

работы (на интернале f., энерги  на выход 8 стабилизатора поступает с выхода 7 через основной 17 и замыкающий 18 ключи и через обмотку 12 дроссел  9. На интервале времени t,- t., замкнут основной ключ 17, а замыкающий ключ 18 разомкнут. Ток протекает по цепи: вход 7, основной ключ 17. обмотка 12 дроссел  9, выход 8, H.u-pv-iKa, подключенна  к выходу 8, об1т;и 1 провод 19 стабилизатора. В момент времени t основной 17 и эа- м:;|.чю1ций 18 ключи переключаютс , и ток дбмотки 12 дроссел  9 замыкаетс  через нагрузку и замыкающий ключ 18.

Вид напр жени  на выходе 8 U , ток обмотки 12 1,11,„ , индукци  дроссе- 71Я 9 В показаны на соответствующих диаграммах (фиг. 3 и 4). Напр жение рассогласовани  11 приведено на диаграмме U)( .

ключи 3 и 4 поочередно подключают конденсаторы 5 и 6 к вхо- Jiy иен. Ключи управлени  13 и 14 и I згулировани  15 и 16 разомкнуты. f чпp жeниe на конденсаторах 5 и 6 определ ютс  выражением

i-де

и

ч -II

fc Ни

и

(1)

И

PI.

- напр жение на входе 7 и выходе 8 стабилизатора .

идентичнь1е цепи протекают ; езначительные токи, вызванные пуль- саци ми напр жени  на выходе 8 ИСН.

0

5

0

5

конденсатора 6 ) {а нем и

t

и напр жение

приведены на соответствующих диаграммах (фиг. 3).

Работа схемъ в режиме наброса на- хруэки происходит следующим образом.

В момент времени t происходит увеличение тока нагрузки на величину л I (диаграмма I ). При этом скачком увеличиваетс  ток через конденсатор 5 силовой цепи 1. Однако напр жение на выходе 8 U|, уменьшаетс  на некоторую величину за счет падени  напр жени  на активных сопротивлени х идентичной цепи 1. На интервале времени напр женке на выходе 8 уменьшаетс  из-за увеличени  напр жени  на конденсаторе 5, ключ 13 управлени  замкнут, а конденсатор 6 подключаетс  к половине обмотки 10 дроссел  9 и, разр жа сь, отдает часть энергии в дроссель 9. За счет этого, во-первых, возрастает индукци  13 дроссел  9 на интервале

tj-t и соответственно, ток обмотки 12 на интервале ,, а, во-вторых, увеличиваетс  ток через идентичную цепь 2 на интервале .06a фактора способствуют уменьшению напр жени  рассогласовани . Ток конденсатора 6 1 и напр жение на нем приведены на соответствующих временных диаграммах,

.Таким образом, ключи 13 и 14 управлени  подключают конденсаторы 5 и 6 к соответствующим половинам обмоток дроссел  9 на интервале отключени  конденсатора 5 и 6 от входа 7 на врем , пропорциональное сигналу рассогласовани , что обеспечивает рост тока через обмотку 12 дроссел  9, и к моменту времени t, среднее значение тока обмотки 12 получает приращение 41л и равно новому значению тока

нагрузки. При этом напр жение на конденсаторах 5 и 6 определ етс  выражением (1), а ток через конденсаторы 5 и 6 близок к нулю. Относительное врем  включени  основного ключа 17 на интервале t ti больше, чем на интервалах и из-за падени  напр жени  на сопротивлении первичного источника (просадки входного напр жени ) . Интег-ратор 23 поз т ет обеспечить астатизм.

Работа схемы в режиме уменьшени  тока нагрузки сходна с работой н режиме наброса нагрузки.

В момент уменьшени  тока нагрузки ток обмотки 12 дроссел  9 остаетс  неизменным и часть тока обмотки 12 протекает на вход 7 через идентичную цепь 1 (2) (силовой ключ 3 (4) которой замкнут). При этом напр жение на выходе 8 увеличиваетс  за счет падени  напр жени  на активных сопротивлени х идентичной цепи 1 (2). По вление сигнала рассогласовани  вызывает включение ключей 15 и 16 регулировани , которые поочередно . подключают конденсаторы 5 и 6 к половинам соответствующих обмоток дрос седа  9, на интервалах отключени  конденсаторов 5 и 6 от входа 7 на врем  пропорциональное сигналу рассогласовани . При этом, учитыва , что основной 17 и замыкающий 18 ключи разомкнуты , энерги  дроссел  передаетс  в конденсаторы 5 и 6, которые зар жаютс , а индукци  дроссел  9 уменьшаетс , что способствует уменьшению сиг нала рассогласовани  за счет уменьО

5

0

шени  тока обмотки 12 дроссел  9 и увеличени  тока идентичных депей. Через некоторое врем  схема переходит к статическому режиму работы.

Дл  уменьшени  пульсаций выходного напр жени  и повьпиени  устойчивости стабилизатора, в частности, в режиме сброса нагрузки желательно подключение параллельно выходу 8 конденса тора.

Первичный источник обладает двусторонней проводимостью и зашунтиро- ван et-жостью.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Импульсный стабилизатор напр жени , содержащий трехобмоточньп дроссель , основной ключ, включенный по5

   0

   следовательно с первой обмоткой трех- обмоточного дроссел  между входной и выходной клеммами, замыкаюш 1й ключ, подключенный между общей точкой основного ключа с первой обмотки трех- обмоточного дроссел  и общей шиной, широтно-импульсный модул тор с входом и выходом, узел сравнени , подключенный входом к выходной клемме и выходом к входу широтно-импульсно- го модул тора, блок импульсного управлени  с.двум  входами и выходами, отличающийс  тем, что, с целью повьш1ени  КПД в динамических режимах работы, в него введены

   35 интегратор, перва  и втора  идентичные цепи из соединенных последовательно силового ключа и конденсатора , включенные параллельно друг другу и последовательно между входной и ходной клеммами, втора  и треть  обмотки трехобмоточного дроссел  подключены концами через вновь введенные первые и вторые ключи управлени  и ключ регулировани  к точке левого ключа и конденсаторов первой и второй силовых цепей, средние точки второй и третьей обмоток трехобмоточного дроссел  подключены к выходной клемме, замыкающий ключ снабжен управл ющим входом, широтно-импульсный модул тор дополнительно снабжен входами и выходами, блок импульсного управлени  дополнительно снабжен входом и шестью выходами, интегратор , подключенный входом к выходу узла сравнен1г  и выходом к второму входу широтно-импульсного модул тора, последний трем  выходами соединен с

   50

   55

   соответствующими входами блока импульсного управлени , блок импульсного управлени  подсоединен выходами к управл ющим входам силовых ключей первой и второй идентичных цепей,первых и вторых ключей управлени  и ключей регулировани , основного и замыкающего ключей, третий вход ши- ротно-импульсного модул тора подклю- чен к управл ющему входу силового ключа одной из идентичных цепей, при этом широтно-импульсный модул тор выполнен на дифференциаторе, выпр мителе , генераторе пилообразного на- пр жени , усилителе и первом, втором и третьем компараторах, причем последовательно к третьему входу ши- ротно-импульсного модул тора подключены дифференциатор, выпр митель, ге нератор пилообразного напр жени , усилитель, неинвертирующий вход усилител  подключен к общему проводу стабилизатора, а выход - к инвертирующему входу второго и неинверти- рующему входу третьего компараторов, инвертирующий вход последнего соединен с вторым входом широтно-импульс- ного модул тора, первый вход широтно импульсного модул тора присоединен к неинвертирующему входу второго компаратора и инвертирующему входу первого компаратора, неинвертирующий

   вход последнего присоединен к выходу г.енератора пилообразног о напр жени , выходы первого, второго и третьего компараторов соединены соответственно с вторым, первым и третьим выходами широтно-импульсного модул тора, блок импульсного управлени  выполнен на генераторе, первом - шестом элементах И, элементе ИЛИ-НЕ и элементе НЕ, причем генератор пр мым выходом подключен к первому выходу блока импульсного управлени  и первым входам первого и третьего элементов И, инверсным выходом - к второму выходу блока импульсного управлени  и первым входам второго и четвертого элементов И, первый вход блока импульсного управлени  подключен к вторым входам первого, второго элементов И и первому входу элемента РШИ-НЕ, второй вход - к вторым входам третьего и четвертого элементов И и второму входу элемента ИЛИ-НЕ, выход элемента ИЛИ-НЕ подключен к первым входам п того и шестого элементов И, третий вход блока импульсного управлени  - к второму входу п того элемента И и через элемент НЕ - к второму входу шестого элемента И, выходы первого - шестого элементов И соединены соответственно с третьим - восьмым выходами блока импульсного управлени .