Импульсный стабилизатор понижающего типа с адаптивной обратной связью

Импульсный стабилизатор (ИС) понижающего типа с адаптивной обратной связью относится к области силовой электроники, а именно к импульсным преобразователям постоянного напряжения, имеющим в своем составе широтно-импульсный модулятор (ШИМ). ИС содержит последовательно соединенные блок вычисления коэффициента перенастройки 8, задающее устройство 1, блок устройств сравнения 2, первый блок регулятора 3, ШИМ 4, импульсный усилитель 5, объект управления 6, блок наблюдения состояния 7. ИС содержит также второй блок регулятора 9, связанный с блоком вычисления коэффициента перенастройки 8, с блоком наблюдения состояния 7 и с блоком устройств сравнения 2. Блок наблюдения состояния 7 имеет дополнительные связи с блоком вычисления коэффициента перенастройки 8, с блоком устройств сравнения 2 и объектом управления 6. Первый блок регулятора 3 имеет дополнительные связи с блоком вычисления коэффициента перенастройки 8. Задающее устройство 1 имеет дополнительную связь с блоком вычисления коэффициента перенастройки 8. Блок устройств сравнения 2 выполнен в виде двух сумматоров, образующих пять входов и два выхода. Первый 3 и второй 9 блоки регуляторов выполнены в виде двух усилителей сигнала с изменяемым коэффициентом усиления. ШИМ 4 выполнен в виде двух компараторов с прямыми и инвертирующим входами, двух логических элементов И с прямыми и инвертирующими входами, RS триггера и двух генераторов пилообразного и прямоугольного напряжений. Блок наблюдения состояния 7 выполнен в виде двух датчиков напряжения и датчика тока. Задающее устройство 1 выполнено в виде регулируемого источника опорного напряжения и двух сумматоров. Техническим результатом является уменьшение времени переходного процесса до минимально возможного 1-2 тактов ШИМ и повышение точности стабилизации выходного напряжения при одновременном обеспечении синхронного режима работы ИС. 1 н.з. и 7 з.п. ф-лы, 4 ил.

Полезная модель относится к области силовой электроники, а именно к импульсным преобразователям постоянного напряжения, имеющим в своем составе широтно-импульсный модулятор (ШИМ) и может найти применение в электротехническом оборудовании в качестве быстродействующего источника питания радиоэлектронной аппаратуры.

Из уровня техники известно устройство адаптивного управления силовым преобразователем электроэнергии [1. Заявка на изобретение RU 94020934 А1, опубликовано 10.04.1996]. Устройство адаптивного управления импульсным стабилизатором напряжения понижающего типа, содержит широтно-импульсный модулятор ШИМ (В [1] назван широтно-импульсный преобразователь). Это устройство имеет также контур сигнальной настройки и контур адаптивной настройки. Контур сигнальной настройки содержит: три устройства сравнения, выполненные в виде сумматоров; нелинейный элемент; регулятор, выполненный в виде усилителя с управляемым коэффициентом усиления и интегратор. Контур адаптивной настройки содержит: блок вычисления коэффициента перенастройки, выполненный в виде блока деления; блок наблюдения состояния в виде устройства оценки среднего значения. При этом выход широтно-импульсного модулятора соединен с управляющим входом импульсного стабилизатора напряжения через импульсный усилитель мощности, а выход импульсного стабилизатора соединен с инвертирующим входом первого сумматора, прямой вход которого является задающим входом, который соединен с первым входом блока деления. Выход первого сумматора соединен с точкой, объединяющей вход нелинейного элемента и второй вход второго сумматора. Выход нелинейного элемента соединен с первым входом второго сумматора, выход которого через усилитель с управляемым коэффициентом усиления соединен с точкой, объединяющей вход интегратора и второй вход третьего сумматора. Выход интегратора соединен с первым входом третьего сумматора, выход которого объединяет вход широтно-импульсного преобразователя и вход устройства оценки среднего значения. Выход устройства оценки среднего значения соединен со вторым входом блока деления, выход которого соединен с управляющим входом усилителя с управляемым коэффициентом усиления. Контур сигнальной настройки отрабатывает мгновенную ошибку на выходе объекта управления, а контур адаптивной настройки изменяет коэффициент передачи контура сигнальной настройки.

Это устройство [1] позволяет уменьшить статическую ошибку выходного напряжения импульсного стабилизатора понижающего типа и увеличить устойчивость его работы на изменяющуюся нагрузку. Однако это устройство не исключает возникновение аномальных (несинхронных) режимов и имеет низкое быстродействие т.к. адаптивная настройка в нем осуществляется только по одному параметру, а именно по выходному напряжению, в то время как в реальном объекте управления изменяются три внешних параметра: входное напряжение, сопротивление нагрузки, входное задающее напряжение.

Из уровня техники известна система адаптивного управления импульсным преобразователем напряжения [2. Патент на полезную модель RU 88869, Н02М 3/02 (2006.01), опубликовано 20.11.2009, Бюл. 32], которая является наиболее близкой к заявляемой полезной модели по технической сути и взята за прототип. Эта система содержит последовательно соединенные задающее устройство, устройство сравнения, регулятор, широтно-импульсный модулятор, импульсный усилитель, объект управления (объект управления выполнен в виде любого импульсного преобразователя напряжения), блок наблюдения состояния, блок идентификации текущего состояния и блок вычисления коэффициентов перенастройки. При этом второй выход широтно-импульсного модулятора подключен ко второму входу блока наблюдения состояния. Выход блока вычисления коэффициентов перенастройки подключен ко второму входу регулятора. При этом второй выход объекта управления подключен ко второму входу устройства сравнения.

Это устройство [2] позволяет исключить аномальные режимы работы импульсного преобразователя (ИП) и поддерживать синхронный режим работы в условиях изменяющегося сопротивления нагрузки. Однако быстродействие и точность стабилизации выходного напряжения этого устройства недостаточны, из-за того, что адаптивная настройка контура стабилизации напряжения направлена на исключение аномальных режимов в ущерб точности стабилизации и быстродействию.

Задача, решаемая полезной моделью, заключается в повышении быстродействия и точности стабилизации импульсного стабилизатора (ИС), работающего в условиях, изменяющихся в широком диапазоне входного напряжения, сопротивления нагрузки и задающего напряжения.

При решении данной задачи достигается технический результат, заключающийся в уменьшении времени переходного процесса до минимально возможного 1-2 тактов ШИМ и повышении точности стабилизации выходного напряжения при одновременном обеспечении синхронного режима работы ИС.

Поставленная задача и технический результат в заявляемой полезной модели достигаются следующим образом. Заявляемая полезная модель, как и прототип [2] содержит блок вычисления коэффициента перенастройки, имеющий один вход и один выход. Последовательно соединенные: задающее устройство, устройство сравнения, регулятор, широтно-импульсный модулятор, импульсный усилитель, объект управления. Объект управления выполнен в виде импульсного преобразователя напряжения понижающего типа. Блок наблюдения состояния имеет два входа и один выход. Первый выход объекта управления связан с первым входом блока наблюдения состояния. Первый выход блока вычисления коэффициента перенастройки связан со вторым входом регулятора. В отличие от прототипа в заявляемой полезной модели объект управления имеет дополнительно два выхода. Блок наблюдения состояния имеет дополнительно один вход и два выхода. Блок вычисления коэффициента перенастройки имеет дополнительно три входа и пять выходов. Задающее устройство имеет дополнительно два входа и два выхода. Устройство сравнения выполнено в виде блока устройств сравнения, имеющего дополнительно четыре входа и один выход. Регулятор выполнен в виде первого блока регулятора имеющего дополнительно два входа и один выход, и второго блока регулятора, имеющего три входа и два выхода. Широтно-импульсный модулятор имеет дополнительно один вход. Второй и третий выходы объекта управления соединены соответственно со вторым и третьим входами блока наблюдения состояния. А первый, второй и третий выходы блока наблюдения состояния соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами блока вычисления коэффициента перенастройки. Четвертый вход блока вычисления коэффициента перенастройки соединен со вторым выходом задающего устройства. Второй и шестой выходы блока вычисления коэффициента перенастройки соединены соответственно с первым и вторым входами задающего устройства. Третий и четвертый выходы блока вычисления коэффициента перенастройки соединены соответственно с первым и вторым входами второго блока регуляторов. Пятый выход блока вычисления коэффициента перенастройки соединен с четвертым входом первого блока регуляторов. Первый и второй выходы второго блока регуляторов соединены соответственно с третьим и четвертым входами блока устройств сравнения. Третий вход второго блока регуляторов подключен ко второму выходу блока наблюдения состояния. Второй выход блока устройств сравнения подключен к третьему входу первого блока регуляторов, второй выход которого соединен со вторым входом широтно-импульсного модулятора. Второй вход блока устройств сравнения подключен к третьему выходу задающего устройства. Пятый вход блока устройств сравнения подключен к третьему входу блока наблюдения состояния.

В частном случае выполнения блок устройств сравнения выполнен в виде двух сумматоров, образующих пять входов и два выхода. Выход первого сумматора образует первый выход блока устройств сравнения. Выход второго сумматора образует второй выход блока устройств сравнения. Первые входы обоих сумматоров образуют соответственно первый и второй входы блока устройств сравнения. Вторые входы обоих сумматоров образуют соответственно третий и четвертый входы блока устройств сравнения. Третьи входы обоих сумматоров объединены и образуют пятый вход блока устройств сравнения.

В частном случае выполнения первый блок регулятора выполнен в виде двух усилителей сигнала с изменяемым коэффициентом усиления. Первые входы каждого из усилителей образуют соответственно первый и третий входы первого блока регуляторов. Выходы образуют соответственно первый и второй выходы первого блока регуляторов. Вторые управляющие входы каждого из усилителей образуют соответственно второй и четвертый входы первого блока регуляторов.

В частном случае выполнения второй блок регулятора выполнен в виде двух усилителей сигнала с изменяемым коэффициентом усиления. Первые входы каждого из усилителей объединены и образуют соответственно третий вход второго блока регуляторов. Выходы образуют соответственно первый и второй выходы второго блока регуляторов. Вторые управляющие входы каждого из усилителей образуют соответственно первый и второй входы второго блока регуляторов.

В частном случае выполнения широтно-импульсный модулятор выполнен в виде двух компараторов с прямыми и инвертирующим входами, двух логических элементов И с прямыми и инвертирующими входами, RS триггера с инвертирующим R входом и прямым S входом соответственно, и двух генераторов пилообразного и прямоугольного напряжений, задающих частоту работы импульсного стабилизатора, синхронизированных так, что логическая «1» генератора прямоугольного напряжения соответствует нарастающему фронту генератора пилообразного напряжения, а логический «0» генератора прямоугольного напряжения соответствует спадающему фронту генератора пилообразного напряжения. Инвертирующий вход первого компаратора образует первый вход широтно-импульсного модулятора. Прямой вход второго компаратора образует второй вход широтно-импульсного модулятора. Прямой вход первого компаратора и инвертирующий вход второго компаратора объединены и подключены к выходу генератора пилообразного напряжения. Инвертирующий вход первого логического элемента соединен с выходом первого компаратора. Выход первого логического элемента подключен к R входу RS триггера. Прямой вход второго логического элемента подключен к выходу второго компаратора. Выход второго логического элемента подключен к S входу RS триггера, выход которого образует выход широтно-импульсного модулятора. Прямой вход первого логического и инвертирующий вход второго логического объединены и подключены к выходу генератора прямоугольного напряжения.

В частном случае выполнения объект управления выполнен в виде силовой части импульсного преобразователя понижающего типа, содержащей источник напряжения, ключевой элемент, управляющий вход которого образует вход объекта управления, диод, дроссель, конденсатор, нагрузку импульсного преобразователя, соединенные по классической схеме. Первый выход объекта управления образован клеммами источника напряжения. Второй выход образован отрицательной клеммой конденсатора и общей клеммой импульсного преобразователя. Третий выход образован клеммами нагрузки.

В частном случае выполнения блок наблюдения состояния выполнен в виде двух датчиков напряжения и датчика тока. Первый датчик напряжения подключен к клеммам источника питания объекта управления и образует третий вход блока наблюдения состояния. Выход первого датчика напряжения образует первый выход блока наблюдения состояния. Датчик тока включен последовательно с конденсатором выходного фильтра объекта управления и образует второй вход блока наблюдения состояния. Выход датчика тока образует второй выход блока наблюдения состояния. Второй датчик напряжения, вход которого подключен к клеммам нагрузки объекта управления, образует первый вход блока наблюдения состояния. Выход второго датчика напряжения образует третий выход блока наблюдения состояния.

В частном случае выполнения задающее устройство выполнено в виде регулируемого источника опорного напряжения и двух сумматоров. Первые входы которых объединены, подключены к выходу регулируемого источника опорного напряжения и образуют второй выход задающего устройства. Выходы сумматоров образуют соответственно первый и третий выходы задающего устройства. Вторые входы сумматоров образуют соответственно первый и второй входы задающего устройства.

Совокупность существенных признаков заявляемой полезной модели не известна из уровня техники, что подтверждает новизну заявляемого устройства.

Отличительные признаки полезной модели в совокупности с известными признаками обеспечивают решение поставленной задачи и указанный выше технический результат. Это достигается за счет того, что широтно-импульсный модулятор и отрицательная обратная связь выполнены двухканальными, для того, чтобы обеспечить возможность управления, как моментом включения, так и моментом выключения ключевого элемента. Также решение поставленной задачи достигается благодаря алгоритму, заложенному в блоке вычисления коэффициентов перенастройки.

Техническая суть полезной модели поясняется чертежами.

На фиг.1 показана блок схема импульсного стабилизатора понижающего типа с адаптивной обратной связью.

На фиг.2 показана функциональная схема импульсного стабилизатора понижающего типа с адаптивной обратной связью.

На фиг.3 показаны временные диаграммы, поясняющие работу генераторов прямоугольного и пилообразного напряжения.

На фиг.4 представлена обобщенная блок-схема алгоритма функционирования БВКП 8.

Импульсный стабилизатор с адаптивной обратной связью фиг.1. содержит: задающее устройство 1 ЗУ, имеющее два входа и три выхода, блок устройств сравнения 2 БУС, имеющий пять входов и два выхода; первый блок регулятора 3 БР1, имеющий четыре входа и два выхода, широтно-импульсный модулятор 4 ШИМ, имеющий два входа и один выход, импульсный усилитель 5 ИУ, имеющий один вход и один выход, объект управления 6 ОУ, имеющий один вход и три выхода, блок наблюдения состояния 7 БНС, имеющий три входа и три выхода, блок вычисления коэффициента перенастройки 8 БВКП, имеющий четыре входа и пять выходов и второй блок регулятора 9 БР2, имеющий три входа и два выхода. Второй и шестой выходы БВКП 8 соединены соответственно с первым и вторым входами ЗУ 1, первый и третий выходы ЗУ 1 соединены соответственно с первым и вторым входами БУС 2, первый и второй выходы БУС 2 соединены соответственно с первым и третьим входами БР1, первый и второй выходы БР1 соединены соответственно с первым и вторым входами ШИМ 4, который последовательно соединен с ИУ 5 и ОУ 6. Первый, второй, третий выходы ОУ 6 соответственно соединены с первым, вторым и третьим входами БНС 7. Первый и пятый выходы БВКП 8 соединены соответственно со вторым и четвертым входами БР1. Четвертый вход БВКП 8 соединен со вторым выходом ЗУ 1. Первый, второй и третий входы БВКП 8 соединены соответственно с первым, вторым и третьим выходами БНС 7. Третий и четвертый выходы БВКП 8 соединены соответственно с первым и вторым входами БР2, первый и второй выходы БР2 соединены соответственно с третьим и четвертым входами БУС 2. Второй и третий выходы БНС 7 соединены соответственно с третьим входом БР2 и пятым входом БУС 2.

На фиг.2 используются следующие обозначения. ОУ 6 представлен в виде силовой части импульсного преобразователя понижающего типа собранного по классической схеме и содержит: источник напряжения 10, ключевой элемент 11, диод 12, дроссель 13, конденсатор 14, нагрузку 15. Третий выход ОУ 6 образован клеммами источника напряжения 10, второй выход ОУ 6 образован отрицательной клеммой конденсатора 14 и общей клеммой импульсного преобразователя, а первый выход ОУ 6 образован клеммами нагрузки 15.

БНС 7 (фиг.2) выполнен в виде двух датчиков напряжения 16, 18 и датчика тока 17. Датчик напряжения 16 подключен к клеммам источника питания 10 ОУ 6 и образует третий вход БНС 7. Выход датчика напряжения 16 образует первый выход БНС 7. Датчик тока 17, включен последовательно с конденсатором 14 выходного фильтра ОУ 6 и образует второй вход БНС 7. Выход датчика тока 17 образует второй выход БНС 7. Датчик напряжения 18, вход которого подключен к клеммам нагрузки 15 ОУ 6, образует первый вход БНС 7. Выход датчика напряжения 18 образует третий выход БНС 7.

БР2 (фиг.2 поз.9) выполнен в виде двух усилителей сигнала 19, 20 с изменяемым коэффициентом усиления. Первые входы каждого из усилителей 19, 20 объединены и образуют соответственно третий вход БР2. Выходы усилителей 19, 20 образуют соответственно первый и второй выходы БР2. Вторые управляющие входы каждого из усилителей 19, 20 образуют соответственно первый и второй входы БР2.

БР1 (фиг.2 поз.3) выполнен в виде двух усилителей сигнала 23, 24 с изменяемым коэффициентом усиления. Первые входы каждого из усилителей 23, 24 образуют соответственно первый и третий входы БР1. Выходы усилителей 23, 24 образуют соответственно первый и второй выходы БР1. Вторые управляющие входы каждого из усилителей 23, 24 образуют соответственно второй и четвертый входы БР1.

БУС 2 (фиг.2) выполнен в виде двух сумматоров 21, 22, образующих пять входов и два выхода. Выход первого сумматора 21 образует первый выход БУС 2. Выход второго сумматора 22 образует второй выход БУС 2. Первые входы обоих сумматоров 21, 22 образуют соответственно первый и второй входы БУС 2. Вторые входы обоих сумматоров 21, 22 образуют соответственно третий и четвертый входы БУС 2. Третьи входы обоих сумматоров 21, 22 объединены и образуют пятый вход БУС 2.

ШИМ 4 (фиг.2) выполнен в виде двух компараторов 25, 26 с прямыми и инвертирующим входами, двух логических элементов И 27, 28 с прямыми и инвертирующими входами, RS триггера 29 с инвертирующим R входом и прямым S входом соответственно, и двух генераторов пилообразного 30 и прямоугольного 31 напряжений, синхронизированных как показано на фиг.3. Инвертирующий вход компаратора 25 образует первый вход ШИМ 4, а прямой вход компаратора 26 образует второй вход ШИМ 4. Прямой вход компаратора 25 и инвертирующий вход компаратора 26 объединены и подключены к выходу генератора пилообразного напряжения 30. Инвертирующий вход логического элемента 27 соединен с выходом компаратора 25, а выход логического элемента 27 подключен к R входу RS триггера 29. Прямой вход логического элемента 28 подключен к выходу компаратора 26, а выход логического элемента 28 подключен к S входу RS триггера 29. Выход RS триггера 29 образует выход ШИМ 4. Прямой вход логического элемента 27 и инвертирующий вход логического 28 объединены и подключены к выходу генератора прямоугольного напряжения 31.

ЗУ 1 (фиг.2) выполнено в виде регулируемого источника опорного напряжения (ИОН) 34 и двух сумматоров 32, 33. Первые входы сумматоров 32, 33 объединены и подключены к выходу регулируемого ИОН 34 и образуют второй выход ЗУ 1. Выходы сумматоров 32, 33 образуют соответственно первый и третий выходы ЗУ 1. Вторые входы сумматоров 32, 33 образуют соответственно первый и второй входы ЗУ 1.

БВКП 8 (фиг.2) представляет собой программируемый логический контроллер, имеющий четыре входа и шесть выходов.

ИУ 5 (фиг.2) выполнен в виде микросхемы управления ключевым элементом 11, имеет один вход и один выход.

На фиг.3 приведены временные диаграммы пилообразного 35 и прямоугольного 36 напряжений, синхронизированных между собой и создаваемых соответственно генераторами 30 и 31 (фиг.2). Использованы обозначения: U_G1 - напряжение на генераторе 30 пилообразного напряжения, U_G2 - напряжение на генераторе 31 прямоугольного напряжения.

Блок-схема алгоритма функционирования БВКП 8 (фиг.4.) представлена в виде последовательно соединенных блоков: блока 37 «Начало», являющегося точкой входа в программу; блока 38 «Инициализация», служащего для установления начальных значений всех переменных программы; блока 39 «Измерение значений внешних параметров», служащего для ввода значений напряжения источника питания 10, тока конденсатора 14, напряжения на нагрузке 15, поступающих в БВКП 8 через БНС 7 и напряжения ИОН 34, поступающего непосредственно в БВКП 8; блока 40 «Изменились ли значения внешних параметров по сравнению с предыдущими», в котором происходит сравнение текущего значения вышеназванных внешних параметров со значениями этих же параметров, сохраненных в блоках 43 или 38 соответственно; блока 41 «Расчет коэффициентов», служащего для расчета коэффициентов усиления усилителей 19, 20, 23, 24 и поправочных напряжений для ЗУ 1, поступающих с выходов 2, 6 БВКП 8; блока 42 «Вывод управляющих сигналов», служащего для подачи управляющих сигналов на усилители 19, 20, 23, 24 и ЗУ 1 на входы 1, 2; блока 43 «Сохранение значений внешних параметров», служащего для сохранения значений вышеназванных внешних параметров как установившихся.

Работа импульсного стабилизатора понижающего типа с адаптивной обратной связью показана на конкретном примере, функциональная схема которого представлена на фиг.2. Блок БВКП 8 выполнен на микропроцессоре, который работает по программе, алгоритм которой представлен на фиг.4.

При включении стабилизатора происходит инициализация путем установления начальных значений всех переменных программы (фиг.4, блок 38) блока БВКП 8 (фиг.1, позиция 8). При этом коэффициенты усиления усилителей 19, 20, 23, 24 принимают начальные значения, соответствующие номинальным значениям элементов схемы ОУ 6 и являются заранее рассчитанными.

Для стабилизации выходного напряжения ОУ 6 используется двухканальная отрицательная обратная связь по напряжению, которая организована следующим образом: выходное напряжение с нагрузки 15, через датчик напряжения 18 поступает на вход 3 БВКП 8 и сумматоры 21, 22, где сравнивается с задающими сигналами, вырабатываемыми ЗУ 1 соответственно с выходов 1, 3. Для увеличения устойчивости работы импульсного стабилизатора, в обратную связь введен сигнал, пропорциональный току емкости 14 [3. Мелешин В.И. Транзисторная преобразовательная техника. - М.: Техносфера, 2005. - 632 с.]. Ток емкости 14 объекта управления 6 от датчика тока 17 поступает на первые входы усилителей 19, 20 и вход 2 БВКП 8. Сигналы с выходов усилителей 19, 20 поступают в БУС 2 соответственно на сумматоры 21, 22. Сформированные сигналы ошибки поступают в БР1 (фиг.2, поз.3), где усиливаются соответственно усилителями 23, 24 и далее поступают в ШИМ 4, формирующий управляющий импульсный сигнал. Сигнал ШИМ 4 поступает на ИУ 5, после чего воздействует на ключевой элемент 11 объекта управления 6. При этом ШИМ 4 выполнен также двухканальным, для того, чтобы обеспечить возможность независимого управления, как моментом включения, так и моментом выключения ключевого элемента 11. Двухканальное построение ШИМ 4 уменьшает время запаздывания сигнала ШИМ 4 в два раза по сравнению с одноканальным ШИМ и соответственно повышает быстродействие импульсного стабилизатора. Первый канал обратной связи, обеспечивающий управление моментом включения ключевого элемента 11, выполнен на усилителе 19, сумматоре 21 и усилителе 23. Второй канал обратной связи, обеспечивающий управление моментом выключения ключевого элемента 11, выполнен на усилителе 20, сумматоре 22 и усилителе 24. Сигнал, пропорциональный напряжению источника 10, измеряется датчиком напряжения 16 и подается на первый вход БВКП 8, который проводит расчеты согласно алгоритму, блок-схема которого приведена на фиг.4. Измерение напряжения источника 10 введено для повышения устойчивости работы импульсного стабилизатора, работающего в условиях изменяющегося в широких пределах напряжения входного источника 10. Кроме того, измеренная величина напряжения источника 10, необходима для расчета оптимальных значений коэффициентов усиления усилителей 19, 20, 23, 24.

В соответствии с алгоритмом фиг.4, после выполнения блока программы «Инициализации» 38 происходит выполнение блока программы «Сохранение значений внешних параметров» 39. Блок программы 39 фиксирует значения всех указанных выше внешних параметров: напряжения источника питания 10, тока конденсатора 14, напряжения на нагрузке 15 и напряжения ИОН 34. Напряжение источника питания 10, ток конденсатора 14, напряжение на нагрузке 15 поступают в БВКП 8 через БНС 7, а напряжение ИОН 34 поступает непосредственно в БВКП 8 на вход 4. Если значения выше описанных внешних параметров отклонилось на некоторую заданную величину (фиг.4, блок 40), которая определяется исходя из технических требований к ОУ 6, то происходит расчет оптимальных коэффициентов усиления усилителей 19, 20, 23, 24 и поправочных напряжений для ЗУ 1, поступающих с выходов 2, 6 БВКП 8 (фиг.4, блок 41). Рассчитанные оптимальные коэффициенты усиления и поправочные напряжения в виде сигналов управления выводятся на выходы 3, 4, 1, 5, 2, 6 БВКП 8 и поступают соответственно на входы 1, 2 БР2, на входы 2, 4 БР1 и на входы 1, 2 ЗУ 1 (фиг.4, блок 42). При этом на усилителях 19, 20, 23, 24 устанавливаются рассчитанные оптимальные коэффициенты усиления, а на входах 1, 2 ЗУ 1 - поправочное напряжение, которое компенсирует статическую ошибку регулирования. Далее происходит сохранение значений внешних параметров как установившихся (фиг.4, блок 43). После этого программа возвращается на блок 39 «Измерение значений внешних параметров». Далее если внешние параметры не отклоняются на заданную величину, то программа зацикливается на последовательном выполнении блоков программы 39, 40 (фиг.4).

Таким образом, расчет и корректировка оптимальных коэффициентов усиления усилителей 19, 20, 23, 24 и поправочных напряжений ЗУ 1 происходит только при отклонении значений внешних параметров на определенную величину, что создает умеренную нагрузку на вычислительные ресурсы БВКП 8, поскольку необходимость пересчета коэффициентов обратных связей возникает лишь при значительном изменении внешних параметров.

Расчет оптимальных коэффициентов (фиг.4, блок 41) усиления усилителей 19, 20, 23, 24 и поправочных напряжений для ЗУ 1, поступающих с выходов 2, 6 БВКП 8, выполняется по функциональным выражениям, заложенным в блоке программы 41, которые получены на основе метода описанного в [4. Тановицкий Ю.Н., Халиляев Т.Ф., Кобзев Г.А. «Алгоритм адаптивного управления преобразователями напряжения с ШИМ», доклады ТУСУР 1 (21), часть 2, 2010 г. стр.80-85]. Суть метода заключается в нахождении фундаментальной матрицы и ее собственных чисел (мультипликаторов). Известно, что стационарное состояние локально устойчиво, если модули всех мультипликаторов (собственных чисел фундаментальной матрицы) меньше единицы. Помимо устойчивости, мультипликаторы определяют также длительность переходного процесса в малом. Минимизация длительности переходных процессов в малом сводится к минимизации модулей мультипликаторов. Функциональные выражения, по которым происходит расчет оптимальных коэффициентов усиления, как раз и обеспечивают минимум модулей мультипликаторов. Поэтому рассчитанные оптимальные коэффициенты усиления обеспечивают увеличение устойчивости и уменьшение времени переходного процесса в малом до максимально возможного 1-2 такта ШИМ при исключении возникновения аномальных режимов работы.

Заявляемая полезная модель может быть многократно реализована на основе серийной элементной базы электронных компонентов: логических элементов, компараторов, операционных усилителей и программируемых микропроцессоров.

1. Импульсный стабилизатор понижающего типа с адаптивной обратной связью, содержащий блок вычисления коэффициента перенастройки, имеющий один вход и один выход, и последовательно соединенные: задающее устройство, устройство сравнения, регулятор, широтно-импульсный модулятор, импульсный усилитель, объект управления в виде импульсного преобразователя напряжения понижающего типа, блок наблюдения состояния, имеющий два входа и один выход, при этом первый выход объекта управления связан с первым входом блока наблюдения состояния, а первый выход блока вычисления коэффициента перенастройки связан со вторым входом регулятора, отличающийся тем, что объект управления имеет дополнительно два выхода, а блок наблюдения состояния имеет дополнительно один вход и два выхода; блок вычисления коэффициента перенастройки имеет дополнительно три входа и пять выходов, задающее устройство имеет дополнительно два входа и два выхода; при этом устройство сравнения выполнено в виде блока устройств сравнения, имеющего дополнительно четыре входа и один выход, регулятор выполнен в виде первого блока регулятора, имеющего дополнительно два входа и один выход, и второго блока регулятора, имеющего три входа и два выхода, а широтно-импульсный модулятор имеет дополнительно один вход; при этом второй и третий выходы объекта управления соединены соответственно со вторым и третьим входами блока наблюдения состояния, а первый, второй и третий выходы блока наблюдения состояния соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами блока вычисления коэффициента перенастройки, при этом четвертый вход блока вычисления коэффициента перенастройки соединен со вторым выходом задающего устройства, а второй и шестой выходы блока вычисления коэффициента перенастройки соединены соответственно с первым и вторым входами задающего устройства; третий и четвертый выходы блока вычисления коэффициента перенастройки соединены соответственно с первым и вторым входами второго блока регуляторов, а его пятый выход соединен с четвертым входом первого блока регуляторов; при этом первый и второй выходы второго блока регуляторов соединены соответственно с третьим и четвертым входами блока устройств сравнения, а третий вход второго блока регуляторов подключен ко второму выходу блока наблюдения состояния; второй выход блока устройств сравнения подключен к третьему входу первого блока регуляторов, второй выход которого соединен со вторым входом широтно-импульсного модулятора; при этом второй вход блока устройств сравнения подключен к третьему выходу задающего устройства, а пятый вход блока устройств сравнения подключен к третьему входу блока наблюдения состояния.

2. Импульсный стабилизатор понижающего типа с адаптивной обратной связью по п.1, отличающийся тем, что блок устройств сравнения выполнен в виде двух сумматоров, образующих пять входов и два выхода, при этом выход первого сумматора образует первый выход блока устройств сравнения, а выход второго сумматора образует второй выход блока устройств сравнения, при этом первые входы обоих сумматоров образуют соответственно первый и второй входы блока устройств сравнения, вторые входы обоих сумматоров образуют соответственно третий и четвертый входы блока устройств сравнения, третьи входы обоих сумматоров объединены и образуют пятый вход блока устройств сравнения.

3. Импульсный стабилизатор понижающего типа с адаптивной обратной связью по п.1, отличающийся тем, что первый блок регулятора выполнен в виде двух усилителей сигнала с изменяемым коэффициентом усиления, при этом первые входы каждого из усилителей образуют соответственно первый и третий входы первого блока регуляторов, а их выходы образуют соответственно первый и второй выходы первого блока регуляторов, при этом вторые управляющие входы каждого из усилителей образуют соответственно второй и четвертый входы первого блока регуляторов.

4. Импульсный стабилизатор понижающего типа с адаптивной обратной связью по п.1, отличающийся тем, что второй блок регулятора выполнен в виде двух усилителей сигнала с изменяемым коэффициентом усиления, при этом первые входы каждого из усилителей объединены и образуют соответственно третий вход второго блока регуляторов, а их выходы образуют соответственно первый и второй выходы второго блока регуляторов, при этом вторые управляющие входы каждого из усилителей образуют соответственно первый и второй входы второго блока регуляторов.

5. Импульсный стабилизатор понижающего типа с адаптивной обратной связью по п.1, отличающийся тем, что широтно-импульсный модулятор выполнен в виде двух компараторов с прямыми и инвертирующим входами, двух логических элементов И с прямыми и инвертирующими входами, RS триггера с инвертирующим R входом и прямым S входом соответственно, и двух генераторов пилообразного и прямоугольного напряжений, задающих частоту работы импульсного стабилизатора, синхронизированных так, что логическая «1» генератора прямоугольного напряжения соответствует нарастающему фронту генератора пилообразного напряжения, а логический «0» генератора прямоугольного напряжения соответствует спадающему фронту генератора пилообразного напряжения, при этом инвертирующий вход первого компаратора образует первый вход широтно-импульсного модулятора, а прямой вход второго компаратора образует второй вход широтно-импульсного модулятора; прямой вход первого компаратора и инвертирующий вход второго компаратора объединены и подключены к выходу генератора пилообразного напряжения; инвертирующий вход первого логического элемента соединен с выходом первого компаратора, а выход первого логического элемента подключен к R входу RS триггера; прямой вход второго логического элемента подключен к выходу второго компаратора, а выход второго логического элемента подключен к S входу RS триггера, выход которого образует выход широтно-импульсного модулятора; при этом прямой вход первого логического и инвертирующий вход второго логического объединены и подключены к выходу генератора прямоугольного напряжения.

6. Импульсный стабилизатор понижающего типа с адаптивной обратной связью по п.1, отличающийся тем, что объект управления выполнен в виде силовой части импульсного преобразователя понижающего типа, содержащей источник напряжения, ключевой элемент, управляющий вход которого образует вход объекта управления, диод, дроссель, конденсатор, нагрузку импульсного преобразователя, соединенных по классической схеме; причем третий выход объекта управления образован клеммами источника напряжения, второй выход образован отрицательной клеммой конденсатора и общей клеммой импульсного преобразователя, а первый выход образован клеммами нагрузки.

7. Импульсный стабилизатор понижающего типа с адаптивной обратной связью по пп.1 и 6, отличающийся тем, что блок наблюдения состояния выполнен в виде двух датчиков напряжения и датчика тока, причем первый датчик напряжения подключен к клеммам источника питания объекта управления и образует третий вход блока наблюдения состояния, а выход первого датчика напряжения образует первый выход блока наблюдения состояния; датчик тока включен последовательно с конденсатором выходного фильтра объекта управления и образует второй вход блока наблюдения состояния, а выход датчика тока образует второй выход блока наблюдения состояния; второй датчик напряжения, вход которого подключен к клеммам нагрузки объекта управления, образует первый вход блока наблюдения состояния, а выход второго датчика напряжения образует третий выход блока наблюдения состояния.

8. Импульсный стабилизатор понижающего типа с адаптивной обратной связью по п.1, отличающийся тем, что задающее устройство выполнено в виде регулируемого источника опорного напряжения и двух сумматоров, первые входы которых объединены, подключены к выходу регулируемого источника опорного напряжения и образуют второй выход задающего устройства; выходы сумматоров образуют соответственно первый и третий выходы задающего устройства; вторые входы сумматоров образуют соответственно первый и второй входы задающего устройства.