Спосіб керування імпульсним стабілізатором постійної напруги
Власники патенту UA 2254606:
Спосіб, заснований на широтно-імпульсної модуляції сигналу управління регулюючим елементом, може бути використаний для управління напівпровідниковими імпульсними стабілізаторами постійної напруги. Технічний результат - зменшення статичної помилки стабілізації напруги при зовнішніх збуреннях (зміна вхідної напруги або опору навантаження, вплив неідеальності елементів силового ланцюга стабілізатора). Для управління імпульсним стабілізатором постійної напруги вимірюють поточне значення напруги, що стабілізується, порівнюють виміряне значення з постійною опорною напругою, на основі сигналу неузгодження за допомогою синхронізуючого напруги пилкоподібної форми формують ШІМ-сигнал, який використовується для управління регулюючим елементом стабілізатора. Крім того, цей сигнал демодулюють і отриманий сигнал корекції підсумовують сигналом неузгодженості. Вибираючи коефіцієнт передачі сигналу корекції, виправляють величину статичної помилки стабілізації напруги. Вибравши коефіцієнт передачі відповідним чином, можна забезпечити рівність статичної помилки нулю. Даний спосіб управління ефективний для різних варіантів перетворювачів постійної напруги (знижувального, підвищує та інвертує типів) та різних режимів їх роботи (як при безрозривних, так і при розривних струмах дроселя стабілізатора). 3 іл.
Винахід відноситься до електротехніки, а саме до способів керування імпульсними перетворювачами постійної напруги.
Відомий спосіб управління імпульсним стабілізатором постійної напруги, заснований на широтно-імпульсної модуляції сигналу управління регулюючим елементом, що полягає в тому, що порівнюють поточне значення, що стабілізуєтьсянапруги з постійною опорною напругою, на основі посиленого сигналу неузгодженості за допомогою напруги пилкоподібної форми формують ШІМ-сигнал управління регулюючим елементом (силовими ключами) [1, с.25; 2, с. 89].
Імпульсні перетворювачі, керовані таким способом, характеризуються наявністю статичної помилки стабілізації напруги, що визначається амплітудою напруги пилкоподібної форми та коефіцієнтом посилення підсилювача сигналу неузгодженості.
Запропонований винахід вирішує завдання зменшення статичної помилки стабілізації напруги.
Відповідно до запропонованого способу зазначена задача вирішується наступним чином.
Для управління імпульсним стабілізатором постійної напруги вимірюють поточне значення напруги, що стабілізується, порівнюють виміряне значення з постійною опорною напругою, за допомогою отриманого сигналу неузгодженості і напруги пилкоподібної форми формують ШИМ-сигнал управління регулюючим елементом стабілізатора. З сигналом неузгодження сумують сигнал корекції, отриманий в результаті демодуляції ШІМ-сигналу управління регулюючим елементом. Причому коефіцієнт передачі сигналу корекції вибирають, виходячи з необхідної статичної помилки стабілізації напруги.
Приклад структурно-функціональної схеми стабілізатора, в якому реалізується пропонований спосіб, наведено на фіг.1.
Силовий ланцюг стабілізатора включає в себе вхідний 1 і вихідний фільтри 2, а також регулюючий елемент 3. Пристрій управління стабілізатора утворюють перший 4 і другий 5 суматори, компаратор 6, генератор напруги пилкоподібної форми 7, демодулятор 8.
На входи суматора 4 подаються виміряна вихідна напруга стабілізатора Uс, яке необхідно стабілізувати, та постійна опорна напругаUо, що задає необхідне значення напруги, що стабілізується. Отриманий сигнал неузгодження подається на один із входів суматора 5, на другий вхід якого подається перетворений демодулятором 8 вихідний ШІМ-сигнал компаратора 6, який використовується для керування регулюючим елементом 3.
Формування ШІМ-сигналу може відбуватися по-різному. У разі формування ШІМ-сигналу з коефіцієнтом заповнення, що визначається за формулою
де Uпил. - амплітуда напруги пилкоподібної форми;
Uк - амплітуда імпульсів на виході компаратора 6;
Uк(1-Кз) - амплітуда демодульованого ШІМ-сигналу;
Кк - коефіцієнт передачі сигналу корекції, після перетворень можна отримати
Графік залежності Кз=f(Uc) наведено на фіг.2.
Відрізок на фіг.2 являє собою максимальну статичну помилку стабілізації Uc при UкКк=0. Вибір коефіцієнта передачі сигналу корекції можна зменшити значення статичної помилки а′.
З (3) очевидно, що при виборі коефіцієнта передачі дорівнює
статична помилка дорівнює нулю
Легко показати, що у разі формування ШІМ-сигналу з коефіцієнтом заповнення, що визначається за формулою
Uк Kз - амплітуда демодульованого ШІМ-сигналу,
тобто при виборі Кк відповідно до виразу (4) отримуємо аналогічний результат
Як приклад розглянемо стабілізатор напруги понижуючого типу з послідовним з'єднанням регулюючого елемента і дроселя, що згладжує вихідного фільтра (фіг.3), де ІП - джерело живлення з напругою Е; Rн – опір навантаження; ρн=1/Rн - провідність навантаження.
Статична регулювальна характеристика силової частини стабілізатора визначається рівністю
де r0 - сумарний опір силового ланцюгастабілізатора, що характеризує неідеальність його елементів.
Після нескладних перетворень можна показати, що справедливі вирази:
Підставивши (2) на (9), після перетворення отримаємо:
де
Таким чином, статична помилка стабілізації напруги дорівнює нулю.
Загалом для імпульсного стабілізатора будь-якого типу є залежність коефіцієнта заповнення від вхідної або вихідної напруги, потужності навантаження Рн, індуктивності дроселя L або інших параметрів
Пристрій управління стабілізатора формує ШІМ-сигнал управління регулюючим елементом з коефіцієнтом заповнення, що визначається за рівняннями (2) або (6).
Прирівнявши праві частини рівнянь (9) та (2) або (6), отримаємо
У разі вибору коефіцієнта передачі відповідно до (4) отримаємо А=0, Uc=U0, тобто напруга, що стабілізується, не залежить від параметрів функції F.
Використання запропонованого способу керування стабілізатором дозволяє зменшити статичну помилку стабілізації напруги. Вибираючи коефіцієнт передачі демодульованого ШІМ-сигналу, можна коригувати величину статичної помилки. При коефіцієнті передачі статична помилка дорівнює нулю при дії різних факторів, що дестабілізують (зміна Е, ρн, r0 . ).
Даний спосіб управління ефективний для різних варіантів перетворювачів постійної напруги (знижувального, підвищує та інвертує типів) та різних режимів їх роботи (як при безрозривних, так і при розривних струмах дроселя стабілізатора).
ДЖЕРЕЛА ІНФОРМАЦІЇ, ПРИЙНЯТІ ДО УВАГИ ПРИ СКЛАДАННІ ОПИСУ
1 Хусаїнов Ч.І. Високочастотні імпульсні стабілізатори постійної напруги. М: Енергія, 1980.
2 Сергєєв Б.С. Схемотехніка функціональних вузлів джерелВторинне електроживлення: Довідник. М.: Радіо та зв'язок, 1992.
Спосіб управління імпульсним стабілізатором постійної напруги, заснований на широтно-імпульсної модуляції сигналу управління регулюючим елементом, полягає в тому, що вимірюють поточне значення напруги, що стабілізується, порівнюють виміряне значення з постійною опорною напругою, на основі отриманого сигналу неузгодження і напруги пилкоподібної форми управління регулюючим елементом імпульсного стабілізатора, який відрізняється тим, що c сигналом неузгодження сумують сигнал корекції, отриманий в результаті демодуляції ШІМ-сигналу управління регулюючим елементом, при цьому коефіцієнт передачі сигналу корекції вибирають виходячи з необхідної статичної помилки стабілізації напруги.