SU1130839A1

SU1130839A1 - Pulse stabilizer of ac voltage

Info

Publication number: SU1130839A1
Application number: SU833596826A
Authority: SU
Inventors: Павел Павлович Месяцев; Валерий Павлович Самохин; Сергей Иванович Червяков
Original assignee: Московский Технологический Институт Минбыта Рсфср
Priority date: 1983-05-30
Filing date: 1983-05-30
Publication date: 1984-12-23

Abstract

ИМПУЛЬСНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ., содержащий дроссель, первым выводом соединенныйчерез первый ключевой элемент с входным выводом и через второй ключевой элемент - с общей шиной, конденсатор, подключенный между выходным выводом и общей шиной, широтно-импульсный модул тор,, первый выход которого подключен к управл ющему входу первого ключевого элемента, второй выход к управл ющему входу второго ключевого элемента, а вход - к выходу блока сравнени ,.входом подключенного к конденсатору% от:личающийс тем, что, с целью уменьшени массы и расширени функциональных возможностей импульсного стабилизат«9ра , он снабжен третьим ключевым элементом , подключенным между общей шиной и вторым выводом дроссел , соединенным через введенный четвертый ключевой элемент с выходным выводом, управл ющие входы третьего и четвертого ключевых элементов соединены соответственно с введеннымитретьим и четвертым выводами широтно-нмпульсного модул тора, который состоит из i двух чеек И, генератора и одновибрагтора , причем перва чейка И. соедине;на инверсным выходом с первым выходом широтно-импульсного модул тора, а пр мым выходом - с его вторым выхо (Л дом, а входами - с пр мыми, выходами генератора и одновибратора, инверсные выходы которых подключены к входу ; . второй чейки И, пр мым выходом соединенной с третьим, а инверсным - с четвертьхм выходами , широтно-импульсного модул тора, входомсоединенного с управл ющим входом .одновибратора, 00 запускающим входом, через дифференцио рующую цепочку соединенного: с пр мым 00 выходом генератора. со ODPULSE ALTERNATING VOLTAGE STABILIZER., Containing a choke, connected by a first pin through a first key element to an input terminal and through a second key element from a common bus, a capacitor connected between an output terminal and a common bus, a pulse-width modulator whose first output is connected to the control input of the first key element, the second output to the control input of the second key element, and the input to the output of the comparison unit, the input connected to the capacitor% from: characterized by the fact that less mass and enhanced functionality of the pulse stabilizer, 9p, it is equipped with a third key element connected between the common bus and the second output of the throttle connected through the entered fourth key element with the output output, the control inputs of the third and fourth key elements are connected respectively with the input of the third and fourth the conclusions of a pulse-width modulator, which consists of two i-cells, an oscillator, and a single-oscillator, with the first I. cell being connected; the first output of the pulse width modulator and direct output - to its second vyho (A house, and inputs - with the straight, and a monostable oscillator outputs, inverted outputs of which are connected to the input; . the second cell And, the direct output connected to the third, and the inverse to the quarter output, of a pulse-width modulator connected to the control input of a single vibrator, 00 by a trigger input, through a differentiating chain connected: to the direct 00 generator output. with OD

Description

Изобретение относитс к электротехнике , конкретнее к устройствам регулировани электрических величин, и может быть использовано, например, дл питани радиоэлектронной аппаратуры . Известен импульсный стабилизатор переменного напр жени , срдержан1ий два дроссел , соединенных последовательно между входным и выходным выводами , и ключевой элемент, подключенный между точкой соединени дросселей и общей шиной р1, Недостатками данного стабилизатора вл ютс большие габариты и ограниченные функциональные возможности из-за узкого диапазона стабилизации. Наиболее близким к изобретению вл етс импульсный стабилизатор переменного напр жени , содержащий дроссель, первым выводом соединенный через первый ключевой элемент с вход ным выводом, и через аторой ключевой элемент - с общей шиной, а вторым выводом св занный с выходным выводом конденсатор, подключенный между выходным выводом и общей шиной, широтно-импульсный модул тор, первый выхо которого подключен к управл ющему входу первого ключевого элемента, второй выход - к управл ющему входу второго ключевого элемента а вход к выходу блока сравнени входом подключенного к конденсатору 2 . Недостатками известного стабилизатора вл ютс больша масса и ограниченные функциональные возможности обусловленные тем, что дроссель и конденсатор, составл юш;ие фильтр, должны быть рассчитаны на низкую час тоту питающей сети, а стабилизаци выходного напр жени возможна только при условии, что.входное напр жение превьшгает по величине выходное. Целью изобретени вл етс уменьшение массы и расширение функциональ ных возможностей стабилизатора. Поставленна цель достигаетс тем, что импульсный стабилизатор переменного напр жени i содержащий дроссель первым выводом соединенньгй через первый ключевой элемент с входным выводом и через второй ключевой элемент - с общей шиной,, а вторым вьшодом св занный с выходным выводом , конденсатор, подключенный между выходным выводом и общей шиной,широтно-импульсный модул тор, первый выход которого подключен к управл к дему . 39 входу первого ключевого элемента, второй выход - к управл ющем входу второго ключевого элемента, а вход к выходу блока сравнени , входом подключенного к конденсатору, снабжен третьим ключевым элементом, подключенным между общей шиной г вторым выводом дроссел , соединенным через введенный четвертый ключевой элемент с выходным выводом, управл ющие входы третьего и четвертого ключевых элементов соединены соответственно с введенными третьим И четвертым выводами широтно-импульсного модул тора , который состоит из двух чеек И, генератора и одновибратора, причем перва чейка И соединена инверсным выходом с первым выходом широтно-импульсного модул тора, а пр мым выходом - с его вторым выходом, а входами - с пр мыми выходами генератора и одновибратора, инверсные выходь которых подключены к входу второй чейки И, пр мым выходом соединенной с третьим, а инверсным - с четвертым выходами широтно-импульсного модул тора , входом соединенного с управл ющим входом одновибратора, запускающим входом через дифференцирующую цепочку соединенного с пр мьм выходом генератора.На фиг.1 представлен блок-схема импульсного стабилизатора переменного напр жени ;на фиг.2 - схема широтно-импульсного модул тора с подключенной к ней схемой сравнени . Стабилизатор содержит первый , второй 2, третий 3 и четвертый 4 ключевые элементы, дроссель 5, конденсат тор 6J блок 7 сравнени , широтноимпульсный модул тор 8. Нагрузка 9 подключена к выходным выводам. Широтно-импульсный модул тор 8 (фиг.2) содержит последовательно соединенные генератор 10, дифференцирующую цепочку 1 1 , одновибратор 12 с регулируемой длительностью импульса и первую и вторую логические схемы И 13 и 14 соответственна с гальванически разв занными (например, с помощью оптронов) пр мыми и инверсными выходами, вл ющимис выходами широтно-импульсного модул тора (общие шины этих выводов обозначены соответственно О , 02, 03,-и 04). Входы этих логических схем соединены соответственно с пр мыми и инверсными выходами генератора 10 и одновибратора 12. Управл ющий вход одновибратоpa 12, вл етс входом широтно-импульного модул тора 8.The invention relates to electrical engineering, more specifically to devices for controlling electrical quantities, and can be used, for example, to power electronic equipment. A known alternating voltage pulse stabilizer, containing two throttles connected in series between the input and output terminals, and a key element connected between the connection point of the chokes and the common bus p1, are known. The disadvantages of this stabilizer are the large size and limited functionality due to the narrow stabilization range . Closest to the invention is a pulsed voltage regulator containing a choke, a first terminal connected via a first key element to an input terminal, and through a key element - with a common bus, and a second terminal connected to an output terminal of a capacitor output and common bus, pulse-width modulator, the first output of which is connected to the control input of the first key element, the second output - to the control input of the second key element and the input to the output of the block Comparison of the input connected to the capacitor 2. The disadvantages of the known stabilizer are the large mass and limited functionality due to the fact that the choke and the capacitor, which is our filter, must be designed for a low frequency of the supply network, and stabilization of the output voltage is possible only if the input voltage excels by output. The aim of the invention is to reduce the weight and enhance the functional capabilities of the stabilizer. The goal is achieved by the fact that a variable voltage pulse stabilizer i containing a choke is connected to the input terminal through the first key element and to the common bus through the second key element to a common bus, and a capacitor connected between the output terminal and the second signal connected to the output terminal and a common bus, a pulse-width modulator, the first output of which is connected to the control unit to the DeMou. 39 to the input of the first key element, the second output to the control input of the second key element, and the input to the output of the comparison unit, the input connected to the capacitor, is equipped with a third key element connected between the common bus g and the second output of the throttle connected through the entered fourth key element the output terminal, the control inputs of the third and fourth key elements are connected respectively with the entered third and fourth terminals of the pulse-width modulator, which consists of two cells And, the generator Pa and one-shot, with the first And connected by the inverse output with the first output of the pulse-width modulator, and the direct output with its second output, and the inputs with the direct outputs of the generator and one-vibrator, the inverse outputs of which are connected to the input of the second cell And the direct output connected to the third, and the inverse to the fourth output of the pulse-width modulator, the input connected to the control input of the single-oscillator, the triggering input through the differentiating chain connected to the direct output of the generator. ig.1 represented flowchart pulsed alternating voltage stabilizer in Figure 2 - a diagram of the pulse width modulator connected to it with a comparison circuit. The stabilizer contains the first, second 2, third 3, and fourth 4 key elements, choke 5, capacitor 6J comparison unit 7, and pulse-width modulator 8. Load 9 is connected to the output terminals. The pulse-width modulator 8 (Fig. 2) contains a series-connected generator 10, a differentiating chain 1 1, a one-shot 12 with an adjustable pulse width, and first and second logic circuits AND 13 and 14, respectively, galvanically opened (for example, using optocouplers) direct and inverse outputs that are the outputs of a pulse-width modulator (the common buses of these terminals are marked O, 02, 03, -and 04, respectively). The inputs of these logic circuits are connected respectively to the direct and inverse outputs of the generator 10 and the one-shot 12. The control input of the one-shot 12, is the input of the pulse width modulator 8.

Блок 7 сравнени содержит датчик 15 эм IЛИтyды выходного напр жени (выполненный, например, в виде выпр мител , к выходу которого ПОДКЛЮЧЕНComparison unit 7 contains an output voltage sensor 15 em ILITY (made, for example, in the form of a rectifier, to the output of which is connected

фильтр низких частот) и регулируемый источник 16 напр жени (например, дифференциальный усилитель один из входов которого соединен с опорным напр жением, а второй - с выходом датчика 15).a low-pass filter) and an adjustable voltage source 16 (for example, a differential amplifier one of whose inputs is connected to a reference voltage, and the second to the output of a sensor 15).

Один из выводов дроссел через ключейые элементы 1 и 2 подключен к входу стабилизатораJ а второй вывод дроссел через ключевые элементы 4 и 3 к конденсатору 6 и выходу стабилизатора , к .которому также подключен вход блока 7 сравнени . Вход схемы сравнени подключен к входу широтноимпульсного .модул тора 8, выходы которого выполнены гальванически разв занными (например, с помощью оптронов) и подключены к управл ющим входам ключевых элементов 1 - 4.Ключевые элементы 1 - 4 выполнены двухпол рными , например транзистор, включенный в диагональ диодного моста .One of the outputs of the throttles through the key elements 1 and 2 is connected to the input of the stabilizer J and the second output of the throttles through the key elements 4 and 3 to the capacitor 6 and the output of the stabilizer, to which the input of the comparison unit 7 is also connected. The input of the comparison circuit is connected to the input of a pulse-width modulator 8, the outputs of which are galvanically open (for example, using optocouplers) and connected to the control inputs of the key elements 1-4. The key elements 1-4 are double-polar, for example, a transistor connected in the diagonal of the diode bridge.

Частота переключени ключевых элементов во много раз превышает частоту сети, причем при напр жении сети выше номинального значени , ключевой элемент 3 всегда закрыт, а ключевой элемент 4 всегда открыт.The switching frequency of the key elements is many times greater than the network frequency, and when the network voltage is above the nominal value, the key element 3 is always closed and the key element 4 is always open.

При этом блок 7 сравнени и широтно-импульс-ный модул тор 8 обеспечивают попеременное открывание ключевых элементов 1 и 2, в результате чего на вход фильтра, образованного дросселем 3 и конденсатором 6, поотупают пр моугольные импульсы напр жени , огибающа которых представл ет синусоиду, частота которой равна частоте питающей сети. В момент открытого состо ни ключевого элемента 1 конденсатор 6 и дроссель 5 накапливают энергию. При закрывании ключевого элемента 1 открываетс ключевой элемент 2 и дроссель 5 разр жаетс на нагрузку 9. Следовательно, в момент паузы напр жение на нагрузке 9 поддерживаетс за счет энергии, запасенной в конденсаторе- н дросселе . Таким образом, происходит преобразование высокочастотных импульсов напр жени , поступающих на вход фильтра, образованного дросселем 5 и конденсатором 6, в переменное на0839 . 4In this case, the comparison unit 7 and the pulse-width modulator 8 provide alternate opening of the key elements 1 and 2, as a result of which the rectangular voltage pulses, whose envelope represents a sinusoidal wave, are applied to the input of the filter formed by the choke 3 and the capacitor 6 the frequency of which is equal to the frequency of the mains. At the time of the open state of the key element 1, the capacitor 6 and the choke 5 accumulate energy. When the key element 1 is closed, the key element 2 opens and the choke 5 is discharged to the load 9. Therefore, at the moment of pause, the voltage on the load 9 is maintained due to the energy stored in the capacitor. Thus, the high-frequency voltage pulses that enter the filter input, formed by the choke 5 and the capacitor 6, are converted into a variable na0839. four

пр жение с частотой сети.При этом номиналы емкости конденсатора 6 и индуктивности дроссел 5 выбираютс так, чтобы частота среза фильтра была больше частоты сети и меньше частоты переключени ключевых элементов .voltage with the frequency of the network. In this case, the values of the capacitor capacitance 6 and the inductance of the throttle 5 are chosen so that the cutoff frequency of the filter is greater than the frequency of the network and less than the switching frequency of key elements.

Амплитуда выходного напр жени оп зедел етс скважностью работы ключевого элемента I. В режиме стабилизации длительность импульсов тока через ключевой элемент 1 регулируетс автоматически блоком 7 сравнени и широтно-импульсным модул тором 8,The amplitude of the output voltage is limited by the duty cycle of the key element I. In the stabilization mode, the duration of the current pulses through the key element 1 is automatically controlled by the comparison unit 7 and the pulse-width modulator 8,

поддержива на нагрузке 9 напр жение с посто нной амплитудой.maintaining a constant amplitude at load 9.

При напр жении сети меньше номинального блок 7 сравнени , воздейству на широтно-импульсньтй модул тор 8, обеспечивает попеременное открывание элементов 3 и 4, открытое состо ние ключевого элемента 1 и закрытое состо ние ключевого элемента 2. При открытом ключевом элементе 3 происходит накопление энергии в дросселе 5. При закрывании ключевого элемента 3 широтно-импульсный модул тор 8, обеспечивает открывание . ключевого элемента 4 и разр д дроссел 5 в нагрузку 9, и накопление энергии в конденсаторе.6.When the network voltage is less than the nominal comparison unit 7, acting on the pulse-width modulator 8 provides alternate opening of elements 3 and 4, the open state of key element 1 and the closed state of key element 2. With the open key element 3, energy is accumulated in throttle 5. When the key element 3 is closed, the pulse-width modulator 8 provides opening. the key element 4 and the discharge of the throttle 5 to the load 9, and the accumulation of energy in the capacitor.

При закрывании ключевого элемента 4 конденсатор 6 начинает разр жатьс через нагрузку, а дроссель через открытый элемент 3 вновь начинает накапливать энергию. В результате этого на выходе стабилизатора по вл етс напр жение с частотой сети.When closing the key element 4, the capacitor 6 begins to discharge through the load, and the choke through the open element 3 again begins to accumulate energy. As a result, a voltage appears at the output of the stabilizer at the mains frequency.

Величина этого напр жени определ етс скважностью импульсов тока через ключевой элемент 4, частота работы которого намного превышает частоту сети. Посто нна амплитуда на выходе поддерживаетс автоматически блоком 7 сравнени и широтно-импульсным модул тором 8, которые регулируют длительность импульсов тока через ключевой элемент 4.The magnitude of this voltage is determined by the duty cycle of the current pulses through the key element 4, the frequency of which is much higher than the frequency of the network. A constant amplitude at the output is maintained automatically by the comparison unit 7 and the pulse-width modulator 8, which regulate the duration of the current pulses through the key element 4.

Блок 7 сравнени работает следующим образом.Comparison unit 7 operates as follows.

0 Напр жение с выхода стабилизатора поступает на вход датчика 15 ам- плитуды выходного напр жени , а с его выхода сигнал,пропорциональный амплитуде выходного напр жени , посту5 пает на управл ющий вход регулируемого источника 16 напр жени , в котором происходит сравнение величины управл ющего напр жени с эталонным, а 9 его выходное напр жение линейно зависит от разности этих напр жений. Такой источник может быть выполнен, например, на микросхеме -142 ЕН I Б. Это напр жение поступает на вход широтно-импульсного модул тора и управл ет его работой. Широтно-импульсный модул тор рабо тает следующим образом. Напр жение с выхода блока сравнени поступает на управл ющий вход одновибратора 12 с регулируемой длительностью импульса, запуск которого осуществл етс по заднему фронту импульса генератора 10 дифференцирующей цепочкой I1. При этом, если длительность паузы генератора меньше чем длительность импульса одновибратора дл сигналов, снимаеьшх с их ;пр мых в{1псодов, ПРОИСХОДИТ переКрытие импульсов генератора и одновибратора и на выходе логической схемы И 13.на входы которой подаютс сигналы с пр мых выходов генератора и;одновибратора , периодически по вл ет с напр жение логической единицы. Длительность импульсов напр жени на выходе логической схемы 13 равна раз ности длительностей импульса одновиб ратора и паузы генератора. На пр мом ,выходе логическойсхемы 14, на входы которий подаютс сигналы с инверсшлс выходов -генератора -и одновибратора, при таких услови х посто нно поддерживаетс напр жение логического нул Если же длительность паузы генератора больше, чем длительность импульса одновибратора то ..напр жение логической единицы будет периодически по вл тьс на выходе логический схемы 1А, а на выходе логической схемы 13 будет посто нно поддерживат с напр жение логического нул . Длительность импульсов на выходе логи396 ческой схемы 14 будет равна.разности длительностей паузы генератора и импульса одновибратора. Мен длительность импульсов одновибратора 12, можно осзпчествить ста билизацию.выходного напр жени , сделав уровень логической единицы напр жением , открьюающим ключевые элементы . При этом, сли напр жение сети больше номинального длительность импульса одновибратора больше длительности паузы генератора и, следователь но, ключевой элемент 4 будет посто нно открыт, ключевой элемент 3 посто н но закрыт, а ключевые элементы 1 и 2 будут периодически переключатьс . При напр жении сети меньше номинального . длительность импульса одновибратора становитс меньше длительности паузы генератора и в pe3yjibTaте этого ключевой элемент 2 будет посто нно открыт, ключевой элемент 1 будет посто нно закрыт, а ключевые . элементы 3 и 4 будут периодически переключатьс .. . Стабилизаци осуществл етс автоматически изменением соотношени между длительностью импульса одновибратора и паузы генератора. Таким образом, поскольку широтноимпульсна модул ци осуществл етс на частоте генератора, по меньшей мере, на пор док превьш1ающей частоту питан цей сети, дроссель 5 и конденсатор 6 сильно уменьшены по массе и габаритам в сравнении с известным .стабилизатором , а наличие ключевых элементов 3 и 4 с соответствующими св з ми позвол ет осуществл ть стабилизацию выходного напр жени как при повышении, так и при понижении входного напр жени , что существенно расшир ет функциональные возможности стабилизатора.0 The voltage from the output of the stabilizer is fed to the input of the sensor 15 of the amplitude of the output voltage, and from its output a signal proportional to the amplitude of the output voltage is supplied to the control input of the adjustable voltage source 16, in which the comparison of the value of the control voltage with a reference voltage, and 9 its output voltage linearly depends on the difference of these voltages. Such a source can be made, for example, on a -142 EH I B. Chip. This voltage is fed to the input of a pulse-width modulator and controls its operation. The pulse width modulator operates as follows. The voltage from the output of the comparator unit is supplied to the control input of a single-oscillator 12 with an adjustable pulse duration, which is triggered on the falling edge of the generator 10 pulse by the differentiating chain I1. At the same time, if the generator pause duration is less than the duration of a one-shot pulse for signals removed from them; direct to {1pods), the generator and one-shot pulses overlap and the output of the logic circuit 13 is input. a one-shot, periodically appears with a voltage of a logical unit. The duration of voltage pulses at the output of logic circuit 13 is equal to the difference between the durations of a single-pulse pulse and a generator pause. At the direct output of the logic circuit 14, the inputs of which are signals from the inverse of the outputs of the generator and the one-oscillator, under such conditions the voltage of the logical zero is constantly maintained. If the duration of the generator's single-pulse is longer then the voltage of the logical units will periodically appear at the output of logic circuit 1A, and at the output of logic circuit 13 will be continuously maintained with a logic zero voltage. The duration of the pulses at the output of the logic circuit 14 will be equal to the difference of the duration of the pause of the generator and the pulse of the one-shot. The duration of the pulses of the one-shot 12, it is possible to stabilize the output voltage, by making the level of the logical unit the voltage that opens the key elements. In this case, if the mains voltage is greater than the nominal one-shot pulse length is longer than the generator pause length and, consequently, key element 4 will be constantly open, key element 3 is constantly closed, and key elements 1 and 2 will periodically switch. When the network voltage is less than nominal. the pulse duration of the one-shot becomes shorter than the duration of the pause of the generator and in pe3yjibTate this key element 2 will be constantly open, key element 1 will be permanently closed, and key. elements 3 and 4 will periodically switch. Stabilization is carried out automatically by changing the ratio between the duration of the one-shot pulse and the generator pause. Thus, since the pulse-width modulation is carried out at the oscillator frequency, at least an order of magnitude higher than the supply frequency, the choke 5 and the capacitor 6 are greatly reduced in weight and size compared to the known stabilizer, and the presence of key elements 3 and 4 with appropriate connections allows the output voltage to be stabilized with both increasing and decreasing input voltage, which significantly expands the functionality of the stabilizer.

Claims

PULSE AC VOLTAGE STABILIZER., Containing a choke, connected to the input terminal through the first key element and to the input bus through the second key element, a capacitor connected between the output terminal and the common bus, pulse-width modulator, the first output of which is connected to the control input of the first key element, the second output to the control input of the second key element, and the input to the output of the comparison unit, the input connected to the capacitor ^ characterized in that, in order to reduce Ia weight and extend the functionality of the switching regulator, it is provided with third key element connected between the common bus and a second inductor terminal, connected via a fourth inputted key element to the output terminal, the control inputs of the third and fourth core members are connected _{(corresponding} to the fourth and vvedennymi'tretim the outputs of the pulse-width modulator, which consists of ί two And cells, a generator and a single-vibrator, and the first cell And is connected by an inverse output to the first output a pulse-width modulator house, with a direct output with its second output, and inputs with direct outputs of the generator and one-shot, the inverse outputs of which are connected to the input of the second AND cell, the direct output connected to the third, and the inverse with the fourth outputs, latitudinal -pulse modulator connected by an input to the control input of a single-oscillator, which triggers the input through a differentiating circuit connected: with a direct output of the generator.

1 1130839 2