SU949647A1

SU949647A1 - Способ импульсной стабилизации посто нного напр жени стабилизатора напр жени (его варианты)

Info

Publication number: SU949647A1
Application number: SU803214876A
Authority: SU
Inventors: Борис Лазаревич Уан-Зо-Ли
Original assignee: Предприятие П/Я М-5374
Priority date: 1980-12-05
Filing date: 1980-12-05
Publication date: 1982-08-07

Description

Союз Советских Социалистических Республик

Государстмнный комитет

СССР по делам изобретений и открытий

О Л ИС АННЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ	<..» 949647
(61) Дополнительное к авт. свид-ву —
(22)Заявлено 05.12.80 (21) 3214876/24-07	(51 )М. Кл!
с присоединением заявки № _	G 05 F 1/56
(23)Приоритет № 3259916/24-07
Опубликовано 07.08.82. Бюллетень № 29	(53) УДК 621.316.
Дата опубликования описания 07.08.82	.722.1 (088.8)

(72) Автор изобретения (71) Заявитель

Б. Л. Уан-Зо-Ли

(54) СПОСОБ ИМПУЛЬСНОЙ СТАБИЛИЗАЦИИ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ СТАБИЛИЗАТОРА НАПРЯЖЕНИЯ (ЕГО ВАРИАНТЫ)

Предложение относится к электротехнике и может использоваться для управления импульсными стабилизаторами постоянного напряжения, содержащими линейный дроссель и работающими от сети постоянного тока с резко меняющимся напряжением.

Известен способ управления, в основу которого положен принцип . широтно-импульсного регулирования путем сравнения опорного . пилообразного напряжения с управляющим напряжением и последующей фиксацией прохождения через нуль этого напряжения (1).

Известен также способ импульсной стабилизации постоянного напряжения последовательного стабилизатора, заключающийся в сравнении сигнала пилообразной формы с сигналом постоянного тока и переключении силового ключа в момент равенства этих сигналов [2].

Недостатком известных способов является малое быстродействие системы управления, в результате которого при резких изменениях входного напряжения на выходе стабилизатора наблюдаются выбросы и провалы напряжения, величина и длительность которых опре2 деляется конкретными динамическими харак-. теристиками выбранного способа управления. Наиболее близким к предлагаемому является способ импульсной стабилизации постоянного напряжения последовательного стаби5 лизатора, заключающийся в сравнении сигнала пилообразной формы с сигналом постоянного тока и переключении силового ключа в момент равенства этих сигналов, причем пилообразное напряжение формируют из входного ^,0 напряжения стабилизатора с амплитудой, прямо пропорциональной этому входному напряжению, а величину сигнала постоянного· тока устанавливают равной амплитудному значению сигнала пилообразной формы при минималь¹⁵ ной величине входного напряжения, причем в процессе управления указанную величину сигнала постоянного тока поддерживают постоянной [3].

Недостатком известного способа является ²⁰ то, что при пуске и перегрузках и коротком замыкании в нагрузке стабилизатора силовой ключ работает при токах, значительно превышающих номинальные значения. При коротком замыкании в нагрузке это приводит к отказу силового ключа, и, следователь-; но, к отказу стабилизатора в целом.

Цель изобретения — повышение надежности и расширение функциональных возможностей путем обеспечения его работоспособности при перегрузке и коротком замыкании в нагрузке при сохранении инвариантности выходного напряжения от входного напряжения.

Поставленная цель достигается тем, что по способу импульсной стабилизации постоянного напряжения стабилизатора напряжения, содержащего линейный дроссель, заключающемуся в сравнении сигнала пилообразной формы с сигналом постоянного тока, неизменного в процессе управления, и выключении силового ключа в момент равенства' этих сигналов, измеряют ток цепи линейного дросселя и силового ключа, пилообразное напряжение формируют с амплитудой, пропорциональной этому току, а величину сигнала постоянного тока устанавливают равной выбранному амплитудному значению сигнала пилообразной формы, причем включение силового ключа производят через постоянное по величине время после выключения указанного ключа.

I

Цель изобретения (второй вариант) — повышение надежности и расширение функциональных возможностей стабилизатора путем обеспечения его работоспособности при перегрузке и коротком замыкании в нагрузке при одновременной инвариантности выходного напряжения стабилизатора к его входному напряжению при изменении величины его нагрузки в широких пределах.

Поставленная цель достигается тем, что по предлагаемому способу импульсной стабилизации постоянного напряжения стабилизатора напряжения, содержащего линейный дроссель, заключающемуся в сравнении сигнала пилообразной формы с сигналом постоянного тока, неизменного в процессе управления, и выключении силового ключа в момент равенства этих сигналов, измеряют ток цепи линейного дросселя и силового ключа, пилообразное напряжение формируют с амплитудой, равной сумме напряжения, прямо пропорционального величине переменной составляющей этого тока и напряжения, прямо пропорционального превышению величины постоянной составляющей того же тока, преобразованной в напряжение, над ⁵⁰величиной эталонного напряжения постоянного тока, а величину указанного сигнала постоянного тока устанавливают равной выбранному амплитудному значению сигнала пилообразной формы, причем включение силового ключа 55 производят через постоянное по величине время после выключения указанного силового ключа.

10; напряжесодержит состав ля4

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства, реализующего способ импульсной стабилизации постоянного напряжения, первый вариант; на фиг. 2 — временные диаграммы, поясняющие предлагаемый способ; на фиг. 3 - функциональная схема устройства, реализующего способ импульсной стабилизации постоянного напряжения, второй вариант.

Устройства (фиг. 1 и фиг. 3) содержат ио точник 1 питания; силовой, например, транзисторный ключ 2; LCD фильтр 3; нагрузку 4; датчик тока 5; усилитель постоянного тока - формирователь пилообразного напряжения; нуль-орган 7; источник 8 эталонного сигнала постоянного тока; предварительный усилитель 9; времязадающий i блок измерительный орган 11 выходного няя.

Кроме того, устройство (фиг. 3) блок 12, исключающий постоянную • ющую из пилообразного напряжения (например конденсатор); источник 13 эталонного напряжения (например стабилитрон).

На фиг. *1—3 обозначены входное напряжение И_вх стабилизатора; выходное напряжение И_вых стабилизатора; пилообразное напряжение U_n на выходе усилителя 6 постоянного тока; напряжение и_эт на выходе эталонного источника 8; ток 3<2. силового ключа; амплитудное значение 3_αΜη этого тока; напряжение 11^ силового ключа; период j работы ключа 2; время t_BKJI, ϊβμκπ coot- ¹ветственно включенного и выключенного состояния силового ключа.

Устройство, реализующее способ импульсной стабилизации по первому варианту работает следующим образом.

В начале каждого периода работы силовой ключ 2 открыт, и ток его увеличивается линейно вследствие наличия в фильтре 3 линейного дросселя.

Сигнал, снимаемый с датчика 5 тока усиливается усилителем 6 постоянного тока, выходное напряжение которого сравнивается с напряжением источника ния.

эталонного напряжеВыходное напряжение усилителя 6 постоянного тока так же, как ток силового ключа, имеет пилообразную форму.

При равенстве напряжений блоков 6 и 8 в предварительный усилитель 9 поступает сигнал от нуль-органа 7, вследствие чего силовой ключ 2 выключается.

Включение силового ключа 2 производится также от предварительного усилителя 9 по сигналу времязадающего блока 10. Время выключенного состояния силового транзистора 2 постоянно.

При управлении силовым ключом 2 амплитудное значение тока силового ключа 2 и линейного дросселя фильтра 3 постоянно и не зависит от величины входного напряжения. Таким образом, защита по току силового ключа и, следовательно, стабилизатора в це лом достигается автоматически при данном способе стабилизации, так как ток в силовом ключе при любой нагрузке вплоть до к.з.

в нагрузке не может превысить заданного значения.

Вследствие этого выходное напряжение инвариантно величине входного напряжения.

Для последовательного стабилизатора (фиг.1) представлена нижеприведенная формула, из которой видно, что выходное напряжение не зависит от величины входного напряжения:

и ^^ί'~^,ΟΜΠ.^,|ίΗ где L - индуктивность линейного дросселя фильтра 3;

— эквивалентное сопротивление нагрузки 4.

Устройство, реализующее способ импульсной стабилизации постоянного напряжения по второму варианту работает следующим образом.

В начале каждого периода работы силовой ключ 2 открыт и ток его увеличивается линейно вследствие наличия в фильтре 3 линей также независимо от величины указанных выше факторов - величин входного напряжения и нагрузки.

Вследствие этого выходное напряжение ста5 билизатора при управлении по предлагаемому способу инвариантно величине входного накак пряжения независимо от величины нагрузки, так ♦ где к di _ , ^эс1мп.пер.

L — величина индуктивности линейного дросселя фильтра 3;

• ^1⁼^амп.пер.^и Чыкл. ^иэ’^за ™нейного характера уменьшения тока в линейном дросселе при выключенном состоянии силового ключа.

Обеспечение возможности работы стабилизатора при перегрузке и коротком замыка20 нии в нагрузке осуществляется посредством того, что на вход нуль-органа 7 подается сумма сигнала, прямо пропорционального переменной составляющей тока силового ключа и линейного дросселя и сигнала, прямо про25 порционального превышению величины постоянной составляющей того же тока над величиной эталонного напряжения постоянного тока. При нормальной работе стабилизатора постоянная составляющая упомянутого тока мень30 ше величины эталонного напряжения постоянного дросселя.

Сигнал, снимаемый с датчика 5 тока, усиливается усилителем 6 постоянного тока, из выходного напряжения которого, имеющего пилообразную форму, блок 12 исключает по- ₃₅стоянную составляющую. Переменная составляющая пилообразного напряжения, прямо пропорциональная переменной составляющей тока дросселя и силового ключа, сравнивается с источником 8 сигнала постоянного тока. ₄₀

При равенстве напряжений блоков 8 и 12 в предварительный усилитель 9 поступает сигнал от нуль-органа 7, вследствие чего силовой ключ 2 выключается.

Включение силового ключа 2 производится ₄₅также от предварительного усилителя 9 по , сигналу времязадающего блока 10. Время выключенного состояния силового ключа 2 постоянно. '

При управлении силовым ключом 2 по предлагаемому способу амплитудное значение переменной составляющей _пер тока силового ключа и линейного дросселя фильтра 3 постоянно и не зависит от величины входного напряжения блока 12 и величины нагрузки стабилизатора (постоянная составляющая тока силового ключа и линейного дросселя исключается блоком 12) и время выключенного состояния t_Bb[KJI силового ключа постоянно и кого тока и превышение равно нулю, т.е. на вход нуль-органа подается только сигнал, прямо пропорциональный переменной составляющей тока.

При перегрузке и к.з. в нагрузке величина постоянной составляющей тока превышает величину эталонного напряжения постоянного тока, и на вход нуль-органа 7 подается сумма двух сигналов т.е. фактически обеспечивается регулирование по амплитуде тока силового ключа и линейного дросселя.

Таким образом, при нормальной нагрузке (т.е. не превышающей заранее заданного значения) выходное напряжение регулируется по амплитудному значению переменной составляющей тока силового ключа и линейного дросселя, при нагрузке и к.з. в нагрузке осуществляется регулирование по амплитудному значению того же тока.

Для повышения точности стабилизации выходного напряжения при изменении нагрузки и температуры окружающей среды в систему параметрического регулирования вводится корректирующий канал, состоящий из измерительного органа, выходной сигнал которого воздействует, например на источник сигнала по-. стоянного тока.

В общем случае возможно воздействие корректирующего канала также на длительность

949647 8 времени t_Bbncj]. Поскольку общий коэффициент стабилизации такой системы регулирования (где К₄ — коэффициент стабилизации инвариантного канала; К _Ос — коэффициент стабилизации канала 5 обратной связи), то предлагаемый способ позволяет не только получить инвариантность выходного напряжения стабилизатора к его выходному напряжению в переходных режимах,, но и существенно повысить точность стабили- 10 зации, не нарушая устойчивости системы регулирования, причем указанные свойства в предлагаемом способе достигаются одновременно с новым свойством по сравнению с известным способом (3) — инвариантный канал 15 напряжения одновременно обеспечивает защиту по току силового ключа в любых режимах работы стабилизатора.

Claims

коротком замыкании в нагрузке это приводит к отказу силового ключа, и, следователь-; но, к отказу стабилизатора в целом. Цель изо ретеии - повышение надежности и расширение функциональных возможностей путем обеспечени его работоспособности при перегрузке и коротком замыкании в нагрузке при сохранении инвариантности выходного напр жени от входного напр жени . Поставленна цель достигаетс тем, что по способу импульсной стабилизации посто нного напр хгени стабилизатора напр жени , содер жащего линейный дроссель, заключающемус в сравнении сигнала пилообразной формы с сигналом посто нного тока, неизменного в процессе управлени , и выключении силового ключа в момент равенства зтих сигналов, измер ют ток цепи линейного дроссел и силового ключа, пилообразное напр жение формируют с амплитудой, пропорциональной зтому току, а величину сигнала посто нного тока устанавливают равной выбранному амплитудному значению сигнала пилообразной формы, причем включение силового ключа производ т через посто нное по величине врем после выключени указанного ключа. I Цель изобретени (второй вариант) повышение надежности и расширение функциональных возможностей стабилизатора путем обеспечени его работоспособности при перегрузке и коротком замыкании в нафузке при одновременной инвариантности выходного напр жени стабилизатора к его входному напр жению при изменении величины его нагрузки в широких пределах. Поставленна цель достигаетс тем, что по предлагаемому способу импульсной стабилизации посто нного напр жени стабилизатора напр жени , содержащего линейный дроссель, заключающемус в сравнении сигнала пилообразной формы с сигналом посто нного тока неизменного в процессе управлени , и выключении силового ключа в момент равенства зти сигналов, измер ют ток цепи линейного дроссел и силового ключа, пилообразное шшр жение формируют с амплитудой, равной сумме напр жени , пр мо пропорционального величине переменной составл ющей этого тока и напр жени , пр мо пропорционального превышению величины посто нной составл ющей тог же тока, преобразованной в напр жение, над величиной эталонного напр жени посто нного тока, а величину указанного сигнала посто нного тока устанавливают равной выбранному амплитудному значению сигнала пилообразной формы, причем включение силового ключа производ т через посто нное по величине врем после выключени указанного силового : ключа. На фиг. 1 представлена функциональна схема устройства, реализующего способ импульсной стабилизации посто нного напр жени , первый вариант; на фиг. 2 - временные диаграммы , по сн ющие предлагаемый способ; на фиг. 3 - функциональна схема -устройства , реализующего способ импульсной стабилизации посто нного напр жени , второй вариант. Устройства (фиг. 1 и фиг. 3) содержат точник 1 питани ; силовой, например, транзисторный ключ 2; LCD фильтр 3; нагрузку 4; датчик тока 5; усилитель посто нного тока - формирователь пилообразного напр жени ; нульорган 7; источник 8 эталонного сигнала посто нного тока; предварительный усилитель 9; врем задающий i блок 10; измерительный орган 11 выходного напр жени . Кроме того, устройство (фиг, 3) содержит блок 12, исключающий посто нную составл ющую из пилообразного напр жени (например конденсатор); источник 13 эталонного напр жени (например стабилитрон). На фиг.1-3 обозначены входное напр жение Ивх стабилизатора; выходное напр жение Ивых стабилизатора; пилообразное напр жение Un на выходе усилител 6 посто нного тока; напр жение УЭТ на выходе эталонного источника 8; ток . силового ключа; амплитудное значение Од,п этого тока; напр жение силового ключа; период Tf работы ключа 2; врем выкл соответственно включенного выключенного состо ни силового ключа. Устройство, реализующее способ импульсг ой стабилизации по первому варианту рабо ® следующим образом. в начале каждого периода работы силовой ключ 2 открыт, и ток его зшеличиваетс линейно вследствие наличи в фильтре 3 линейного дроссел . Сигнал, снимаемый с датчика 5 тока усиливаетс усилителем 6 посто нного тока, выходное напр жение которого .сравниваетс с напр жением источника 8 эталонного напр же . Выходное напр жение усилител 6 посто нного тока так же, как ток силового ключа, имеет пилообразную форму. При равенстве напр жений блоков 6 и 8 в предварительный усилитель 9 поступает сигнал от нуль-органа 7, вследствие чего силовой ключ 2 вьпслючаетс . Включение силового ключа 2 производитс также от предварительного усилител 9 по сигналу врем задающего блока 10. Врем выключенного состо ни силового траиз стора 2 посто нно. 59 При управлении силовым ключом 2 амплитудное значение тока силового ключа 2 и линейного дроссел фильтра 3 посто нно и не зависит от величины входного напр жени . Таким образом, защита по току силового ключа и, следовательно, стабилизатора в целом достигаетс автоматически при данном способе стабилизации, так как ток в силовом ключе при любой нагрузке вплоть до к.з. в нагрузке не может превысить заданного зна чени . Вследствие этого выходное напр жение инвариантно величине входного напр жени . Дл последовательного стабилизатора (фиг.1 представлена нижеприведенна формула, из которой видно, что выходное напр жение не зависит от величины входного напр жени : . г1.Чыкл; н где L - индуктивность линейного дроссел фильтра 3; К - эквивалентное сопротивление нагруз ки 4. Устройство, реализ)аощее способ импульсной стабилизации посто нного напр жени по второму варианту работает следующнм образом. В начале каждого периода работы силовой ключ 2 открыт и ток его увеличиваетс линейно вследствие наличи в фильтре 3 линейного дроссел . Сигнал, снимаемый с датчика 5 тока, усили ваетс усилителем 6 посто нного тока, из выходного напр жени которого, имеющего пилообразную форму, блок 12 исключает посто нную составл ющую. Переменна составл юща пилообразного напр жени , пр мо пропо циональна переменной составл ющей тока дроссел и снлового ключа, сравниваетс с источником 8 сигнала посто нного тока. При равенстве напр жений блоков 8 и 12 в предварительньш усилитель -9 поступает сигнал от нуль-органа 7, вследствие чего силовой ключ 2 вьцслючаетс . Включение силового ключа 2 производитс также от предварительного усилител 9 по , сигналу врем задающего блока 10. Врем выключенного состо ни силового ключа 2 посто нно. При управлении силовым ключом 2 по предлагаемому способу амплитудное значение переменной составл ющей pgp тока силового ключа и линейного дроссел фильтра посто нно и не зависит от величины входного напр жени блока 12 и величины нагрузки стабилизатора (посто нна составл юща тока силового ключа и линейного дроссел исключаетс блоком 12) и врем выключенного со сто ни силового ключа посто нно и 7 также независимо от величины указанных выше факторов - величин входного напр жени и нагрузки. Вследствие этого выходное напр жение стабилизатора при управлении по предлагаемому способу инвариантно величине входного напр жени независимо от величины нагрузки, так как «мп.пер. вЫКА. где L - величина индуктивности линейного дроссел фильтра 3; Г амп-пер.и 8ыкл. -за линейного характера уменьшени тока в линейном дросселе при выключенном состо нии силового ключа. Обеспечение возможности работы стабилизатора при перегрузке и коротком замыкании в нагрузке осуществл етс посредством того, что на вход нуль-органа 7 подаетс сумма сигнала, пр мо пропорционального переменной составл ющей тока силового ключа и линейного дроссел и сигнала, пр мо пропорционального превыщению величины посто нной составл ющей того же тока над величиной эталонного напр жешм посто нного тока. При нормальной работе стабилизатора посто нна составл юща упом нутого тока меньще величины эталонного напр жени посто нного тока н превышение равно нулю, т.е. на вход нуль-органа подаетс только сигнал, пр мо пропорциональный переменной составл ющей тока. При перегрузке и к.з. в нагрузке величина посто нной состав йющей тока превышает величину эталонного напр жени посто нного тока, и на вход нуль-органа 7 подаетс сумма , двух сигналов т.е. фактически обеспечиваетс регулирование по амплитуде тока снлового ключа и линейного дроссел . Таким образом, при нормальной нагрузке (т.е. не превышающей заранее заданного значени ) выходное напр жение регулируетс по амплитудному значению переменной составл ющей тока силового ключа и линейного дроссел , при нагрузке н к.з. в нагрузке осуществл етс регулирование по амплитудному значению того же тока. Дл повышени точности стабилизации выходного напр жени при изменении нагрузки и температуры окружающей среды в систему параметрического регулировани вводитс корректирующий канал, состо щий из измерительного органа, выходной сигнал которого воздействует , например на источник сигнала по-. сто нного тока. В общем случае возможно воздействие корректирующего канала также на длительность времени t bnoi- Поскольку общий коэффициент стабилизации такой системы регулировани С К-Кц.-К с (где К - коэффициент стабилизации инвариантного канала; ос коэффициент стабилизации канала обратной св зи), то предлагаемый способ поз вол ет не только получить инвариантность выходного напр жени стабилизатора к его выходному напр жению в переходных режима но и существенно повысить точность стабилизащш , не наруша устойчивости системы регу лировани , причем указанные свойства в гфед лагаемом способе достигаютс одновременно с новым свойством по сравнению с известным способом (3) - инвариантный канал напр жени одновременно обеспечивает защиту по току силового ключа в любых режимах работы стабилизатора. Формула изобретени 1. Способ импульсной стабилизации посто н ного напр жени стабилизатора напр жени , содержащего линейный дроссель, заключающийс в сравнении пилообразной формы с сигналом посто нного тока, неизменного в процессе управлени , и вьпслючении силового ключа в момент равенства зтих сигналов, отличающийс тем, что, с целью повьпцени надежности и расц|рреш1 функциональных возможностей стаби1Ь}затора путем обеспечени его работоспособности при перегрузке и коротком замыкгиши в нагрузке при одновременной инвариантности выходного напр жени стабилизатора к его входном напр жению, измер ют ток цепи линейного дроссел и силового ключа, пилообразное напр жение формируют с амплитудой, пр мо пропорциональной этому току, а величину указанного сигнала посто нного тока устанавлйвают равной вь бранному амплитудному значению сигнала пилообразной формы, причем включение силового ключа производ т ч рез посто нное по величине врем после выключени указанного силового ключа. 78
2. Способ импульсной стабилизации посто нного напр жени стабилизатора напр жени , содержащего линейный дроссель, заключающийс в сравнении сигнала пилообразной формы с сигналом посто нного тока, неизменного в процессе управлени , и льпслючении силового ключа в момент равенства этих сигналов , отличающийс тем, что, с целью повышени надежности расширени функциональных возможностей стабнлизатора путем обеспечени его работоспособности при перегрузке и коротком замыкании в нагрузке при одновременной инвариантности выходного напр жени стабилизатора к его входному напр жению при изменении величины его нагрузки в широких пределах, измер ют ток цепи линейного дроссел и силового ключа, пилообразное напр жение формируют с амплитудой , равной сумме напр жени , пр мо пропорционального величине переменной составл ющей этого тока н напр жени , пр мо пропорционального превышению величины посто нной составл ющей того же тока над величиной этал&нного напр жени посто нного тока , а величину указанного сигнала посто нног го тока устанавливают равной выбранному амплитудаому значению сигнала пилообразной формы, причем включение силового ключа производ т через посто нное по велитане врем после выключени указанного силового ключа. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1- Крайцберг М. И., Шикуть Э. В. Импульсные методы регулировани цепей посто нного тока с помощью тиристоров. М., Эиерги ,; 1969, с. 61. 9- . 2 .Козин В. М., Марченко Я. Е.,Управл ющие устройства тиристорных преобразователей дл элек роАрйводсж посто нного тока. М., Энерги , 1971, с. 24-25.
3.Авторское свидетельство СССР № 541160, кл. G 05 F 1/56. 1975.