Импульсный преобразователь напряжения

 

Использование: в источниках вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры Сущность изобретения : выходное напряжение ключевого регулятора 1 сравнивается узлом сравнения 5 с опорным напряжением и полученный сигнал ошибки преобразуется n-разрядным аналого-цифровым преобразователем 6 в двоичный код. Сигнал каждого разряда аналого-цифрового преобразователя 6 фильтруется собственным фильтром низкой частоты 7 и подается На вход сумматора 8. Полученный сигнал сравнивается на входе компаратора 1 с сигналом цифроаналогового преобразователя 15. В результате сравнения формируется последовательность управляющих импульсов для ключевого регулятора 1. 2 ил. « (Л

„,Я0„„1735831 A 1 (Р1), С 05 Г 1/56

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

re ИЭОЕРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К ABTOPtKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

2 ронной аппаратуры. Сущность изобретения: выходное напряжение ключевого регулятора 1 сравнивается узлом сравнения 5 с опорным напряжением и полученный сигнал ошибки преобразуется и-разрядным аналого-цифровым преобразователем 6 в двоичный код. Сигнал каждого разряда аналого-цифрового преобразователя б фильтруется собственным фильтром низкой частоты 7 и подается на вход сумматора 8. Полученный сигнал сравнивается на входе компаратора 12 с сигналом цифроаналогового преобразователя 15. В результате сравнения формируется последовательность управляющих импульсов для ключевого регулятора 1, 2 ил.

1 (21) 4804580/07 (22) 20.03.90 (46) 23.05.92 ° Бюл. N !9 (71) Киевский политехнический институт им. 50-летия .Великой Октябрьской социалистической революции (72) В.Я. Жуйков и Г.С. Закревский (53) 621.316.722.1 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Н 1343518, à. Н 02 М 3/10, 1985.

2. Патент США И 4630187, кл. Н 02 М I/14, 1986. (54) ИМПУЛЬСНЬ!Й ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ (57) Использование: в источниках вторичного электропитания радиоэлектОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к электротехнике и, в частности, может быть использовано при регулировании или стабилизации напряжения на нагрузке.

Известно цифровое устройство для управления тиристорным преобразователем, содержащее аналого-цифровой пре"образователь, сумматор, схему сравнения, генератор тактовых импульсов и счетчик импульсов (1), Недостатком такого устройства

-.. ляется снижение быстродействия преобразователя при подавлении пульсаций сигнала обратной связи, вызываемое задержкой сигнала управления тиристорным блоком преобразователя, связанной со значительным временем выделения постояннои составляющей напряжения на нагрузке преобразователя.

Наиболее близким к предлагаемому является преобразователь мощности с квантованием коэффициента заполнения, содержащий ключевой регулятор постоянного тока, включенный между источником питания и нагрузкой, схему сравнения, на неинвертирующий вход которой подается управляющее напряжение, а инвертирующий вход которой подключен к выходу нагрузки, и-разрядный аналого-цифровой преобразователь, вход которого подключен к выходу схемы сравнения, генератор тактовых импульсов, счетчик импульсов, вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, сумматор и компаратор, первый вход которого соединен с выходом сумматора f2) .

Недостатком данного преобразователя является отсутствие возможности подавления пульсаций сигнала ошибки преобразователя без соответствующего снижения быстродействия преобразователя по отработке изменений опорного сигнала, обусловленное линейностью частотных характеристик цепей управления преобразователя по отношению к амплитуде сигнала ошибки. !

Целью и зобретения я вля ется и овы- шение быстродействия и качества переходных процессов преобразователя при отработке изменений опорного сигнала и увеличение стабильности выходного напряжения преобразователя за счет подавления пульсаций сигнала ошибки.

735831

Преобразователь содержит ключевой регулятор 1 постоянного тока, в состав которого входят ключ 2 и усилиФ ° тель 3 постоянного тока, причем вход усилителя 3 постоянного тока является управляющим входом ключевого регулятора 1, выход усилителя 3 постоянного тока соединен с управляющим входом ключа 2, на вход которого подается напряжение источника питания U„, а выход подключен к нагрузке преобразователя 4; схему 5 сравнения, на неинвертирующий вход кото" рой подается опорное напряжение U ба> а инвертирующий вход соединен с выходом нагрузки 4, и-разрядный аналого-цифровой преобразователь 6, вход которого соединен с выходом узла 5 сравнения, и Фильтров 7 нижних частот, представляющих собой RC-цепочки .с частотами среза Ос;, пропорциональными весам 2, i = 3 1,...,n-1

55 разрядов аналого- цифрового преобразователя 6, входы которых соединены с соответствующими выходами анало

ro-цифрового преобразователя 6, сумматор 8, имеющий е своем составе

10 l5

Укаэанная цель достигается. тем, что в преобразователь, содержащий ключевой регулятор постоянного тока, включенный между источником питания и нагрузкой, схему сравнения, на неинвертирующий вход которой подается опорный сигнал, а инвертирующий вход которой подключен к выходу нагрузки, п-разрядный аналого-цифровой преобразователь, вход которого подключен к выходу схемы сравнения, генератор тактовых. импульсов, счетчик импульсов, вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, сумматор и компаратор, первый вход которого соединен с выходом сумматора, введены п Фильтров нижних частот с различными частотами среза и цифроаналоговый преобразователь, причем Фильтры высокой частоты включены между выходами аналого-цифрового преобразователя и входами сумматора, вход цифроаналогового преобразователя соединен с выходом счетчика импульсов, а выход - с вторым входом компаратора, выход которого соединен с управляющим входом ключевого регулятора постоянного тока. На Фиг.1 представлена блок-схема преобразователя; на фиг.2 - диаграммы его работы.

1735831

- номера разрядов.

5 операционный усилитель 9, и входных резисторов 1 О и. ре эис тор 11 обратной связи, причем чувствительности входов сумматора 8 пропорциональны ве" сам соответствующих разрядов аналого. .цифрового преобразователя 6, для чего величины сопротивлений входных резисторов 10,выбираются из соотно:шения R„ R/2, i 0,1,...,n-1, :.где R - сопротивление резистора 11 обратной связи, причем входные резисторы 10 включены между выходами фильтров 7 сигналов соответствующих разрядов аналого-цифрового преобразователя 6 и входом операционного усилителя 9, а резистор 1.1 обратной связи - между входом и выходом операционного усилителя 9, выход которого является выходом сумматора 8, компаратор 12, первый вход которого соединен с выходом сумматора 8, а выход - с управляющим входом ключевого регулятора 1 постоянного тока, генератор 13 тактовых импульсов, счетчик 14 импульсов, вход которого соеди иен с выходом генератора 13 тактовых импульсов, цифроаналоговый преобразо ватель 15, вход которого соединен с выходом счетчика 14 импульсов, а выход - с вторым входом компаратора 12

Преобразователь работает следующим образом.

Ключевой регулятор 1 постоянного тока осуществляет широтно-импульсную модуляцию напряжения источника пита.ния U>. Широтно-модулированное напряжение с выхода ключевого регулятора

1 подается на вход нагрузки 4. Напряжение, снимаемое с выхода нагрузки

4, сравнивается в схеме 5 сравнения с опорным напряжением преобразователя U<< . Получаемый на выходе схемы 5 сравнения сигнал ошибки U преобра зуется в аналого-цифровом преобразователе 6 в группу ступенчатых единичных сигналов 01 Я в соответствии с соотношением м

0 =,Я УЯ2 /U =о где U - опорное напряжение аналого. цифрового преобразователя 6;, 2 - веса разрядов;

i oil, Выходные сигналы разрядов аналогоцифрового преобразователя 6 U;Ptg подаются на входы фильтров 7. Выходные сигналы фильтров 7 поступают на входы сумматора 8, сигнал с выхода сумматора 8 U© подается на первый вход компаратора 12.

Генератор 13 тактовых импульсов вырабатывает последовательность импульсов с периодом следования Т (фиг.2), поступающих на вход счетчика 14 импульсов. Код с выхода счетчика 14 подается на вход цифроаналогового преобразователя 15, с выхода которого снимается ступенчатое напряжение U<, сравниваемое в компараторе

12 с выходным напряжением сумматора 8.

От момента начала периода Т широтно"импульсой модуляции, определяемого временем переполнения счетчика 14 импульсов Т = T„N, где Нс - коэффициент пересчета счетчика 14 импульсов, до момента сравнения сигналов

0ц и Бс с выхода компаратора 12 снимается напряжение 0к, подаваемое на вход усилителя 3 постоянного тока, входящего в состав регулятора 1 и

Формирующего ток, обеспечивающий от пирание ключа 2, при этом к нагрузке приложено напряжение Un.

В момент сравнения напряжений

U< и U происходит изменение выходного напряжения компаратора 12, приводящее к уменьшению выходного

З5 тока усилителя 3 постоянного тока до величины, обеспечивающей запирание ключа 2, при этом нагрузка отключается от источника питания до окончания периода широтно-импульсной

40 модуляции, т.е. до момента переполнения счетчика 14 импульсов.

В установившемся режиме работы сигнал ошибки преобразователя мал и его обработка осуществляется в

4 фильтрах сигналов младших разрядов

: аналого-цифрового преобразователя 6, имеющих низкие частоты среза. Таким образом, в установившемся режиме ра,О боты обеспечивается подавление пульсаций сигнала ошибки преобразователя, вызываемых колебаниями нагрузки, пульсациями напряжения источника пита" ния и т.д., которые являются настолько высокочастотными, что не могут. быть отработаны замкнутой системой, и устранение которых из сигнала ошиб ки повышает качество выходного напряжения преобразователя.

173583

В то же время существенные изме--нения величины опорного напряжения преобразователя 0 ьобрабатываются как.в Фильтрах младших, так и в фильтрах старших разрядов аналогоцифрового преобразователя 6, имею« щих высокие частоты среза. Таким образом, значительная часть сигнала ошмбки большой амплитуды практически без задержки передается на вход сумматора, что приводит к повышению быстродействия преобразователя по отработке изменений опорного сигна t5

Кроме того, малая дискретность нелинейных частотных характеристик цепи обработки сигнала ошибки преобразователя по его амплитуде,. равная весу младшего разряда аналогоцифрового преобразователя 6, позволяет избежать дополнительных переходных процессов в преобразователе, вызываемых коммутациями в контуре уп» равления. Таким образом достигается повышение качества переходных процессов в преобразователе.

Формyëà и эобрет ения

Импульсный преобразователь напряжения, содержащий ключевой регулятор постоянного тоха, включенный между входными и выходными выводами, узел.8 сравнения, неинвертирующий вход кото- рого соединен с выводами Для подключения источника опорного напряжения, а инвертирующий вход подключен к выходным выводам, и-разрядный аналогоцифровой преобразователь, вход которого подключен к выходу узла сравнения, генератор тактовых импульсов, счетчик импульсов, вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, сумматор и компаратор, первый вход которого соединен с вы" ходом сумматора, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения быстродействия переходных процессов при отработке изменений опорного напряжения и увеличения стабильности выходного напряжения за счет подавления пульсаций сигнала ошибки, в него введены и фильтров низких частот с различными частотами среза и цифроаналоговый преобразователь, причем фильтры низкой частоты вклю-, чены соответственно между выходами разрядов аналого-цифрового преобразователя и входами сумматора, вход цифроаналогового преобразователя соединен с выходом счетчика импуль" сов, а выход,- с вторым входом компаратора, выход которого соединен с управляющим входом ключевого регулятора постоянного тока.

1735831

О, с

Составитель Г. Закревский

1 еда ктор С, Пекарь Техред Л,Олийнык Корректор И. Самборская

Заказ 1816 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГЕНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул, Гагарина, 101