SU1580335A1 - Импульсный стабилизатор посто нного напр жени - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электротехнике и может быть использовано в усройствах электропитани  радиоэлектронных приборов и устройств автоматики. Цель изобретени   вл етс  повышение устойчивости работы, улучшение точности и массогабариных характеристик. Поставленна  цель достигаетс  за счет усранени  проникновени  переменной составл ющей с частотой квантовани  на вход широтно-импульсного модул тора в цепи обратной св зи по возмущению путем введени  фазовращател  между первым резистивным делителем на резисторах, шунтирующим нагрузку, и усилителем рассогласовани , работающим на широтно-импульсный модул тор. Фазовращатель зашунтирован вторым резистивным делителем на резисторах, со средней точки которого подаетс  напр жение на вход усилител  рассогласовани . 2 з.п.ф-лы, 3 ил.

Description

вани . Фазовращатель 8 обладает той особенностью , что создает поворот фазы на 180° только дл  высокочастотных составл ющих переменного напр жени , поступающего со средней точки первого резистивного делител . Этим и достигаетс  их отсутствие на входе усилител  6 рассогласовани . Колебани  же уровн  посто нной составл ющей напр жени  на нагрузке передаютс  фазовращателем 8 усилителю 6 рассогласовани  без поворота фазы. Использование переменных резисторов 14 и 15 в схеме фазовращател  8 позвол ет регулировать фазу и величину его выходного напр жени . 3 з.п. ф-лы. 2 ил.

Изобретение относитс  к электротехнике , а именно к стабилизаторам напр жени .

Целью изобретени   вл етс  повышение устойчивости работы, улучшение точностных и массогабаритных характеристик путем компенсации переменной составл ющей выходного напр жени  в цепи обратной св зи по возмущению.

На фиг. 1 представлена схема импульсного стабилизатора посто нного напр жени  с силовой частью устройства, когда регулирующий элемент включен последовательно с нагрузкой и сглаживающим фильтром; на фиг. 2 - то же, с регулируемым фазовращателем и разделительным конденсатором в плече резистивного делител  напр жени , включенного между входом и выходом фазовращател .

Стабилизатор (фиг. 1) содержит силовую цепь 1, включенную между входными и выходными выводами, и состо щую из последовательно соединенных регулируемого элемента 2 и сглаживающего фильtpa 3, и цепь 4 обратной св зи по возмущению.

Цепь 4 включает широтно-импульс- ный модул тор 5, выходом подключенный к управл ющему входу регулирующего элемента 2, а вхо дом - к выходу дифференциального усилител  6 рассогласовани , первый вход которого подключен к источнику 7 эталонного напр жени . Между входом и выходом фазовращател  8 включен рези- стивный делитель напр жени . На резисторах 9 и 10 средн   точка соединена с вторым входом усилител  б рассогласовани . Вход фазовращател  8 подключен к средней точке резистивного делител  напр жени  на резисторах 11 и 12, соединенного с выходными выводами.

Фазовращатель 8 может быть выполнен на основе дифференциального усилител  13, между инвертирующим входом и выходом которого включен резистор 14. Выход дифференциального усилител  13  вл етс  выходом фазовращател  8. Обща  точка резисторов 15 и 16, соединенных свободными выводами соответственно с неинвертирующим и инвертирующим входами усилител  13,  вл етс  входом фазовращател  8. Конденсатор 17 включен между неинвертирующим входом усилител  13 и общей шиной.

Дл  регулировани  выходного напр жени  стабилизатора резистивный делитель выходного напр жени  может быть выполнен регулируемым, дл  чего между резисторами 11 и 12 включают переменный резистор 18

(фиг. 2).

При использовании переменных резисторов 14 и 15 в схеме фазовращател  8 (фиг. 2) становитс  возможным регулирование фазы и величины его выходного напр жени .

Дл  обеспечени  потенциальной разв зки выхода фазовращател  8 и входа усилител  6 рассогласовани  в плечо резистивного делител  напр жени , образованного резистором 10, включают разделительный конденсатор 19 (фиг. 2).

Устройство работает следующим образом .

В установившемс  режиме работы с делител  на резисторах 11 и 12 через резисторы 15 и 16 на оба входа усилител  13 поступает композици  из посто нной составл ющей напр жени , пропорциональной общему ее уровню на нагрузке,

подключенной к выходным выводам, и переменной составл ющей, также пропорциональной общему ее значению на нагрузке. Благодар  наличию отрицательной обрат- нойсв зи по напр жению через резистор 14

между выходом усилител  13 и его инвертирующим входом, а также св зи неинвертирующего входа через конденсатор 17 с общей шиной, элементы фазовращател  8 образуют фазовращатель с единичным коэффициентом усилени , что можно доказать следующим образом.

Обозначают высокочастотное переменное напр жение пульсаций, имеющее угловую частоту со , снимаемое с резистора 12,

как UBX(| oJ), а это же напр жение на неинвертирующем входе усилител  13 как U+0W)- Пусть также величины резисторов 14 и 16

одинаковы и равны 2R, величина резистора 15 составл ет R, а величина конденсатора 17 равна С. Величина напр жени  ) св зана с напр жением UBx(j (о) соотношением

U

+

(|u) UBx()r Uex()

UBX(JUJ) 1

tt/C

R + -JL

(о С

Можно предположить, что усилитель 13 возбуждаетс  двум  независимыми напр жени ми UBX() и U+ ft(0). Методом суперпозиции можно найти, что выходное напр жение усилител  13 равно

Увых (ju)-UBx G У) + 2U + 0 ы).

Это следует из того факта независимого рассмотрени  действи  входов идеального усилител , что входное напр жение с резистора 12 целиком приложено к резистору 16, что вызывает по вление эквивалентного входного тока UBX О У)/2Р. Этот ток компенсируетс  поступающим на вход усилител 

13через резистор 14 обратной св зи током, равным -ивых (JGO/2R

UBX О У) .x 0 a)/2R и

Квых 0 W)-UBx(j U),

образуетс  перва  составл юща  выходного напр жени .

Втора  составл юща  выходного напр жени , св занна  с наличием на неинвертирующем входе источника сигнала U+(jw), вследствие нулевого дифференциального входного напр жени  идеального усилител  передаетс  также на инвертирующий вход, а поскольку входной ток идеального усилител  равен нулю, то делитель напр жени  обратной св зи на резисторах

14и 16 не нагружен и

|1+, S2R+2R+, ч

i i -ty, ,.л 2u+(j о) .

2R

УвыхО У) U Q СО)

Таким образом, принцип суперпозиции дает общую результирующую величину

ивых0 о) Ux (j о) + 2U+(j (о)

UBX°w)(juj)x

x1-ju CR 1 +jwCR

Модуль коэффициента передачи фазовращател  равен

Н (J (О)

IW О (О)

Uier ОЙ)

1 -JuJCR

1 -JwCR

1.

Он не зависит от частоты и величины резистора 15, в то врем  как его фаза

arglHfl w)l -2arctg при подстройке резистора 15 измен етс  в

5 диапазоне 0 - 180°. Зависимость фазы не только от величины R резистора 15, но и угловой частоты ш поступающего сигнала показывает, что на низких частотах сигнал передаетс  без инверсии (с нулевым сдви10 гом по фазе). Это замечание касаетс  посто-  нной составл ющей выходного напр жени  стабилизатора, поступающей на вход фазовращател , На высоких частотах (частотах квантовани ) наблюдаетс  из15 менение пол рности сигнала (сдвиг по фазе на-180°).

Величина емкости конденсатора 19 (фиг. 2) выбираетс  так, что на частоте кван20 товани  ее сопротивление можно считать весьма малым, не создающим ни значительного дополнительного фазового сдвига переменной составл ющей, ни значительного ее падени  напр жени . Наличие конденса25 тора 19 в цепи передачи напр жени  пульсаций на второй вход усилител  6 рассогласовани  обеспечивает потенциальную разв зку выхода фазовращател  8 и этого входа усилител  6.

30 Одновременна  подача на один и тот же вход усилител  6 пр мого (через резистор 3) и инвертированного (через конденсатор IS) и резистор 10 сигналов, а также подбор с помощью резистора 14 равенства по абсо35 лютному значению уровней напр жений, пульсаций, позвол ет ликвидировать воздействие высокочастотной пульсации на второй вход усилител  6 рассогласовани  и далее на модул тор 5. Следовательно, име 

40 делитель на резисторах 9 и 10 и осуществив соединение его среднем точки через резистор 9 с входом дифференциального усилител  6 рассогласовани  с одновременной подачей на этот же вход сигнала с выхода

45 фазовращател  8 через разделительный конденсатор 19 и резистор 10, можно получить компенсацию переменной высокочастотной составл ющей напр жени  типа пульсаций, поступающей с выхода

50 стабилизатора на вход усилител  6, и неизменность фазы медленных изменений вы- ходного напр жени  стабилизатора типа дрейфа и нестабильности посто нной составл ющей напр жени  на нагрузке.

55

При этом обеспечиваетс  желаема  точность компенсации за счет использовани  переменных резисторов 14 и 15 и потенциальна  разв зка схемы фазовращател  S от входа блока управлени  регулирующим элементом 2 стабилизатора, который может быть высркопотенцизльным по отношению к общей шине (фиг. 2).

Изменение посто нной составл ющей напр жени  на нагрузке при воздействии какого-либо возмущающего фактора (изменение уровн  напр жени  первичного источника питани , тока в цепи нагрузки и т.п.) приводит к изменени м посто нных составл ющих напр жений: на средней точке первого резистивного делител  (резисторы 11 и 12) на входе фазовращател  8, на втором входе дифференциального усилител  6 рас-- согласовани .

Изменение напр жени  на этом входе усилител  6 обеспечиваетс  только за счет действи  цепи передачи через резистор 9, а передача изменений с выхода фазовращател  8 блокируетс  конденсатором 19.

По вившеес  приращение входного сигнала усилител  б рассогласовани  усиливаетс  и приводит к изменени м уровн  напр жени  на входе широтно-импульсного модул тора 5. Результатом этого  вл етс  изменение ширины импульсов на выходе модул тора 5. Последние, поступа  на вход регулирующего элемента 2, привод т к изменению уровн  электрической энергии, передаваемой регулирующим элементом 2 в нагрузку.

Указанные изменени  за счет использовани  отрицательной обратной св зи направлены на компенсацию возмущающих воздействий и установление 1 с заданной точностью требуемого выходного напр жени .

Отсутствие переменной составл ющей на входе широтно-импульсного модул тора 5 из-за введени  в схему фазовращател  8 и его действи  существенно повышает линейность модул тора 5 и привод т к повышению устойчивости работы стабилизатора в целом.

Таким образом, предлагаемый стабилизатор обеспечивает расширение области устойчивой работы, возможность уменьшени  индуктивности дроссел  и емкости конденсатора силового сглаживающего фильтра,, их объема и массы, возможность потенциальной разв зки между выходом фазовращател  и входом блока управлени  регулирующим элементом стабилизатора.

Claims (4)

1. Импульсный стабилизатор посто нного напр жени , содержащий силовую цепь, включающую между входными и выходными выводами и состо щую из последовательно соединенных регулирующего элемента и сглаживающего фильтра, и цепь обратной св зи по возмущению, включающую дифференциальный усилитель рассогласовани , источник эталонного напр жени , первый резистивный делитель напр жени  и широтно-импульсный модул тор , причем выход широтно-импульсного модул тора подключен к управл ющему

0 входу регулирующего элемента, вход - к выходу дифференциального усилител  рассогласовани , первый вход которого подключен к источнику эталонного напр жени , а первый резистивный делитель на5 пр жени  подключен к выходным выводам, отличающийс  тем, что, с целью повышени  устойчивости в работе, улучшени  точностных и массогабаритных характеристик путем компенсации переменной

0 составл ющей выходного напр жени  в цепи обратной св зи по возмущению, в него введены фазовращатель с единичным коэффициентом усилени  и фазовым сдвигом входного сигнала на частоте квантовани  на

5 180° и второй резистивный делитель напр жени , который включен между входом и выходной цепью фазовращател , средн   точка второго резистивного делител  напр жени  подключена к вто0 рому входу дифференциального усилител  рассогласовани , а вход фазовращател  подключен к средней точке первого резистивного делител  напр жени .

2.Стабилизатор по п. 1, о т л и ч а ю- 5 щ и и с   тем, что фазовращатель выполнен

на основе дифференциального усилител , между инвертирующим входом и выходом которого включен первый резистор, выход дифференциального усилител  использо0 ван в качестве выхода фазовращател , соединенного с его выходной цепью, а обща  точка второго и третьего резисторов, соединенных свободными выводами соответственно с инвертирующим и неинверти5 рующим входами дифференциального усилител , использована в качестве входа фазовращател , кроме того, между неинвертирующим входом дифференциального усилител  и общей шиной включен конден0 сатор.

3.Стабилизатор по п. 2, о т л и ч а ю- щ и и с   тем, что, с целью повышени  технологичности изготовлени  фазовращател , обеспечени  регулировани  фазы и

5 величины выходного напр жени  фазовращател , первый и третий резисторы фазовращател  переменные.

4.Стабилизатор по пп. 1,2 или 3, о т- личающийс  тем, что, с целью расширени  области использовани  и повышени  точностных характеристик, в выходную цепь фазовращател  введен разделиJ#Hтельный конденсатор, подключенный непосредственно к выходу фазовращател .

Фиг.2