SU1415367A1

SU1415367A1 - Stabilizing d.c. voltage converter

Info

Publication number: SU1415367A1
Application number: SU864193881A
Authority: SU
Inventors: Олег Арнольдович Алейников; Анатолий Васильевич Кобзев; Геннадий Яковлевич Михальченко; Николай Макарович Музыченко; Александр Иванович Муравьев
Priority date: 1986-12-30
Filing date: 1986-12-30
Publication date: 1988-08-07

Abstract

Изобретение относитс к электротехнике , а именно к вторичным источникам электропитани . Цель изобретени - повышение точности стабилиза- ции выходного напр жени при широком диапазоне изменени тока нагрузки. Преобразователь содержит два одно- тактных инвертора 3, 4, блок управлени 29, содержащий задающий гене- ратор 30 и генератор пилообразного напр жени 34,усилитель 32 обратной св зи первый компаратор 37 напр жени ,перв1 й распределитель импульсов 39.В блок управлени введен ь интегратор 33, второй распределитель импульсов 40, дифференциальный усилитель 36, амплитудный детектор 35, второй компаратор 38 напр жени . Достижение цели обеспечиваетс за счет исключени вли ни пульсаций выходного напр жени на передаточную характеристику выделением среднего значени сигнала ошибки. 2 ил. i С/)The invention relates to electrical engineering, namely to secondary power sources. The purpose of the invention is to improve the accuracy of stabilization of the output voltage over a wide range of load current. The converter contains two one-stroke inverters 3, 4, a control unit 29 containing a master oscillator 30 and a sawtooth voltage generator 34, a feedback amplifier 32, the first voltage comparator 37, the first pulse distributor 39. Into the control unit integrator 33, second pulse distributor 40, differential amplifier 36, amplitude detector 35, second voltage comparator 38. Achieving the goal is achieved by eliminating the effect of output voltage ripples on the transfer characteristic by highlighting the average value of the error signal. 2 Il. i С /)

Description

тгШtgsh

--I t I .--I t I.

слcl

оо а oo and

Ф///./F ///./

Изобретение относитс к преобразовательной технике и может найти применение в стабилизирующих вторичных источниках питани , когда требуетс получение посто нного напр жени с малым уровнем пульсаций при изменении тока нагрузки от нул до минимального и минимальных массога- баритных показател х.The invention relates to converter technology and can be used in stabilizing secondary power sources when a constant voltage with a low level of ripple is required when the load current varies from zero to minimum and minimum weight-size indices.

Цель изобретени - повышение точности стабилизации выходного напр жени преобразовател при широком диапазоне изменени тока нагрузки.The purpose of the invention is to improve the accuracy of stabilizing the output voltage of the converter over a wide range of load current.

На фиг.1 показана функциоанльна схема преобразвоател напр жени ; на фиг.2 - временные диаграммы, по сн ющие работу преобразовател .Figure 1 shows a functional voltage transformer circuit; 2 shows timing diagrams explaining the operation of the converter.

Стабилизирующий преобразователь напр жени содержит (фиг.1) входные выводы 1 и 2 посто нного тока, два однотактных инвертора 3 и 4, содержащие трансформаторы 5 и 6 с первичными обмотками 7 и 8 и соединенные встречно вторичными обмотками 9 и 10 Первичные обмотки 7 и 8 выполнены с отпайками и состо т из секций 11, 12 и 13, 14 соответственно. Инверторы 3 и 4 также содержат соответственно первые 15 и 16 и вторые 17 и 18 основные управл емые ключи. Ключи 15-18 подключены к крайним вьшодам первичных обмоток 7 и 8 и входным зажимам 1 и 2, причем ключи 16 и 18 чр-рез диоды 19 и 20. Дополнительные управл емые ключи 21 и 22 подключены к отпайкам первичных обмоток 9 и 10 соответственно и второму зажиму 2 посто нного тока. Кроме того, инверторы содержат рекуперативные диоды 23-26, выходной выпр митель 27, выходной фильтр 28, выходные вьшо- ды которого преобразуют выход преобразовател .The stabilizing voltage converter contains (FIG. 1) DC input terminals 1 and 2, two single-ended inverters 3 and 4 containing transformers 5 and 6 with primary windings 7 and 8 and connected counter-secondary windings 9 and 10 Primary windings 7 and 8 They are made with taps and consist of sections 11, 12 and 13, 14, respectively. Inverters 3 and 4 also contain the first 15 and 16 and the second 17 and 18 main control keys, respectively. The keys 15-18 are connected to the extreme outlets of the primary windings 7 and 8 and the input terminals 1 and 2, and the keys 16 and 18 are loop-diodes 19 and 20. Additional controllable keys 21 and 22 are connected to the tapes of the primary windings 9 and 10 respectively and the second terminal 2 DC. In addition, the inverters contain regenerative diodes 23-26, the output rectifier 27, the output filter 28, the output of which converts the output of the converter.

Блок 29 управлени содержит задающий генератор 30 парофазных импульсов с тактирующим выходом 31, усилитель 32 обратной св зи, входы которого образуют управл ющий вход преобразовател , выход соединен с первьм входом интегратора 33, а второй вход интегратора 33 подключен к тактирующему выходу задакщего генератора 30, вход генератора 34 пилообразного напр жени также подключен к тактирующему выходу задающего генератора 30, а выход через амплитуд ньп детектор 35 соединен с вторым . зходом дифференциального усилител The control unit 29 contains a master oscillator 30 of vapor-phase pulses with a clock output 31, a feedback amplifier 32, whose inputs form the control input of the converter, the output is connected to the first input of the integrator 33, and the second input of the integrator 33 is connected to the clock output of the rear generator 30, the input The sawtooth voltage generator 34 is also connected to the clock output of the master oscillator 30, and the output 35 is connected to the second through the amplitudes np. with differential input

5five

00

5five

00

5five

00

5five

00

5five

36 и вторыми входами первого 37 и второго 38 компараторов напр жени . Первый вход компаратора 37 непосредственно , а компаратора 38 через дифференциальный усилитель 36 соединены с выходом интегратора 33. Третьи входы первого 39 и второго 40 распределителей импульсов соединены с выходом компаратора 37 напр жени и .с выходом дифференциального усилител 36 соответственно, а первые и вторые входы - с противофазными выходами задающего генератора 30.36 and the second inputs of the first 37 and second 38 voltage comparators. The first input of the comparator 37 is directly, and the comparator 38 is connected through the differential amplifier 36 to the output of the integrator 33. The third inputs of the first 39 and second 40 pulse distributors are connected to the output of the voltage comparator 37 and the output of the differential amplifier 36, respectively, and the first and second inputs are with antiphase outputs of the master oscillator 30.

На диаграммах (фиг.2) обозначено: 41 - тактовые импульсы задающего генератора 30; 42 и 43 - парафазные импульсы на выходе генератора 30; 44 - импульсы на выходе генератора 34 пилообразного напр жени ; 45 - напр жение на выходе интегратору 33; 46 - напр жение на выходе дифференциального усилител 36; 47 - импульсы на выходе компаратора 37 напр жени ; 48 и 49 - импульсы на выходе первого распределител 39 импульсов; 50 - импульсы на выходе второго компаратора 38 напр жени ;51 и 52 - импульсы на выходе второго распределител 40 импульсов; 53 и 54 - проти- вофазные напр жени на обмотках трансформаторов 5 и 6; 55 - напр жение на выходе вьтр мител 27.In the diagrams (figure 2) indicated: 41 - clock pulses of the master oscillator 30; 42 and 43 - paraphase pulses at the output of the generator 30; 44 — pulses at the output of the saw-tooth generator 34; 45 is the output voltage to the integrator 33; 46 is the voltage at the output of the differential amplifier 36; 47 — pulses at the output of the voltage comparator 37; 48 and 49 - pulses at the output of the first distributor 39 pulses; 50 — pulses at the output of the second voltage comparator 38; 51 and 52 — pulses at the output of the second distributor 40 pulses; 53 and 54 - anti-phase voltages on the windings of transformers 5 and 6; 55 is the voltage at the output of the gauge 27.

Преобразователь работает следующим образом.The Converter operates as follows.

При номинальном токе нагрузки импульсы 41 с тактирующего выхода задающего генератора 30 поступают на входы генератора 34 пилообразного напр жени и интегратора 33, осуществл их работу с частотой тактовых импульсов . На входы усилител 32 обратной св зи подаютс опорное напр жение и напр жение обратной св зи с выхода преобразовател . С выхода усилител 32 напр жени , пропорциональное разности указанных напр жений, подаетс на интегратор 33, где в течение такта происходит интегрирование указанного напр жени , и на выходе интегратора 33 формируетс напр жение, равное среднему значению сигнала ошибки за период тактовой частоты, которое подаетс на входы дифференциального усилител 36 и компаратора 37.At a nominal load current, the pulses 41 from the clock output of the master oscillator 30 are fed to the inputs of the sawtooth generator 34 and the integrator 33, operating at the clock frequency. At the inputs of the feedback amplifier 32, a reference voltage and a feedback voltage are supplied from the output of the converter. From the output of the voltage amplifier 32, proportional to the difference of the indicated voltages, is supplied to the integrator 33, where the indicated voltage is integrated during a clock, and the voltage of the integrator 33 is formed equal to the average value of the error signal for the period of the clock frequency, which is supplied to the inputs of the differential amplifier 36 and comparator 37.

С выхода компаратора 37 импульсы с длительностью, пропорциональной среднему значению сигнала ошибки.From the output of the comparator 37 pulses with a duration proportional to the average value of the error signal.

314314

поступают на вход распределител 39 импульсов и далее на управл ющие входы ключей 21 и 22. С выхода дифференциального усилител 36 напр жение 46, смещенное относительно напр жени 45 на уровень, равный амплитуде пилообразного напр жени 44, посту пает на вход компаратора 38, на выходе которого напр жение уровн логической 1, поэтому длительность с сигналов 51 и 52 оказьтаетс равной длительности противофазных сигналов 42 и 43 и ключи 15, 16 и 17, 18 работают поочередно в противотакте с неизменной длительностью.The inputs of the distributor 39 pulses and then to the control inputs of the keys 21 and 22. From the output of the differential amplifier 36, the voltage 46, shifted relative to the voltage 45 to a level equal to the amplitude of the sawtooth voltage 44, is supplied to the input of the comparator 38 at the output of which the voltage level is logical 1, therefore the duration from signals 51 and 52 is equal to the duration of the antiphase signals 42 and 43 and the keys 15, 16 and 17, 18 work alternately in counter-action with a constant duration.

При уменьшении тока нагрузки происходит увеличение напр жени сигнала ошибки,напр жение 45 на выходе интегратора 33 оказьшаетс выше уровн ам- плитуды пилообразного напр жени 44 поэтому на выходе компаратора 37 и распределител 39 импульсов - напр жение с уровнем логического О, при этом ключи 21 и 22 не замыкаютс . В то же врем напр жение на выходе дифференциального усилител 36 оказываетс на уровне пилообразного напр жени 44 и с выхода компаратора 38 импульсы 50 с длительностью, пропорциональной среднему значению сигнала ошибки, поступают через распределитель 40 импульсов на управл ющие входы основных ключей 15-18.When the load current decreases, the voltage of the error signal increases, the voltage 45 at the output of the integrator 33 turns out to be above the amplitude of the sawtooth voltage 44, therefore the output of the comparator 37 and the pulse distributor 39 are voltage with a logic level O, while the keys 21 and 22 do not close. At the same time, the voltage at the output of the differential amplifier 36 is at the level of the sawtooth voltage 44 and from the output of the comparator 38 pulses 50 with a duration proportional to the average error signal are fed through the distributor 40 pulses to the control inputs of the main switches 15-18.

Рассмотрим работу преобразовател по временным диаграммам. При номинальном токе в момент t происходит замыкание ключей 15 и 16 и подключение первичной обмотки 7 трансформатора 5 к входным зажимам, на обмотках которого формируетс напр жениеConsider the work of the transducer on the time diagrams At the rated current at time t, the keys 15 and 16 close and the primary winding 7 of the transformer 5 is connected to the input terminals, on whose windings a voltage is generated

53. В момент t, определ емый напр жением 45 (пунктирна лини ), а значит, напр жением на зажимах 1 и 2, по вл етс импульс 47 на выходе компаратора 37, по которому происходит замыкание ключа 21, При этом происходит дискретное изменение коэффициента трансформации трансформатора 5, осуществл етс стабилизаци выходного напр жени при изменении напр жени на зажимах 1 и 2. В момент t ключи 15, 16 и 21 размыкаютс (после изменени состо ни задаю- щего генератора) и в работу вступает инвертор 4, работа аналогично. При уменьшении тока нагрузки, т.е. увеличении ее сопротивлени , посто нна времени звена выходной фильтр 53. At time t, defined by voltage 45 (dashed line), and therefore, the voltage at terminals 1 and 2, a pulse 47 appears at the output of the comparator 37, through which the switch 21 is closed. transforming transformer 5, the output voltage is stabilized when the voltage at terminals 1 and 2 changes. At time t, switches 15, 16 and 21 open (after changing the state of the master oscillator) and inverter 4 comes into operation, the work is similar. When the load current decreases, i.e. increasing its resistance, the time constant of the link output filter

нагрузка увеличиваетс , при этом увеличиваетс напр жение на выходе преобразовател , вызыва увеличение сиг-нала ошибки, а значит, напр жениеthe load increases, while the voltage at the output of the converter increases, causing an increase in the error signal, and therefore the voltage

45на выходе интегратора 33. В момент , когда напр жение 45 равно амплитуде пилообразного напр жени 44, напр жение 46 на выходе дифференциального усилител 36 равно минимальному значению напр жени 44, При дальнейшем уменьшении тока нагрузки напр жение 45 (спошна лини ) становитс выше уровн амплитуды напр жени 44, а напр жение45 at the output of the integrator 33. At a time when the voltage 45 is equal to the amplitude of the sawtooth voltage 44, the voltage 46 at the output of the differential amplifier 36 is equal to the minimum value of the voltage 44. With a further decrease in the load current, the voltage 45 (line voltage) becomes higher than the amplitude voltage 44 and voltage

46(сплошна лини ) sbmie минимального значени напр жени 44, Моду- лир тотс по длительности импульсы 51 и 52, управл ющие основньгми ключами 15-18, осуществл стабилизацию выходного напр жени . При этом, хот стабилизаци осуществ летс с полной глубиной модул ции, из-за увеличени посто нной времени звена выходной фильтр-нагрузка уровень пульсаций не увеличиваетс . На диаграмме 55 показано напр жение на выходе выпр мител 27.46 (solid line) sbmie minimum voltage 44, Modulir TOTS pulses 51 and 52, controlling the main switches 15-18, stabilized the output voltage. At the same time, although the stabilization takes place with a full modulation depth, due to an increase in the time constant of the link, the output filter load ripple level does not increase. Chart 55 shows the voltage at the output of the rectifier 27.

Таким образом, преобразователь позвол ет стабилизировать выходное напр жение с малым уровнем пульсаций при изменении тока нагрузки от холостого хода до номинального за счет использовани дополнительного режимаThus, the converter allows to stabilize the output voltage with a low level of ripple when the load current changes from idle to nominal by using an additional mode

полной широтно-импульсной модул ции работы инверторов.Кроме того,исклю- чаетс вли ние фактора пульсаций выходного напр жени на передаточную характеристику преобразовател выделением среднего значени сигнала ошибки.full pulse width modulation of the inverters. In addition, the influence of the output voltage ripple factor on the transfer characteristic of the converter is excluded by extracting the average value of the error signal.

Claims

Invention Formula

A DC voltage stabilizing converter containing a master oscillator, the paraphase outputs of which are connected to the inputs of the first pulse distributor, the third input connected to the output of the first comparator, the first input of which is connected to the output of the sawtooth generator, and the input to the clock output of the master oscillator, as well as a feedback amplifier and two single-ended inverters, each of which contains an output transformer, one of the extreme outputs

t, tt 5

Compiled by I.Nikitin Editor N.Tupitsa Tehred L.Oliynyk Proofreader M. Vasilyeva

Order 3881/52

Circulation 665

VNIIPI USSR State Committee

for inventions and discoveries 113035, Moscow, Zh-35, Raushsk nab., 4/5

Subscription