CS236564B1

CS236564B1 - Connection of a DC voltage stabilizer

Info

Publication number: CS236564B1
Application number: CS836387A
Authority: CS
Inventors: Stanislav Stuchlik
Original assignee: Stanislav Stuchlik
Priority date: 1983-09-02
Filing date: 1983-09-02
Publication date: 1985-05-15
Also published as: CS638783A1

Abstract

Impulsně regulovaný stabilizátor stejnosměrného napětí je určen pro stabilizaci výstupního napětí hlavně tam, kde dochází k velkému kolísání vstupního napětí. Je složen z měniče typu "flyback" a z řídicího obvodu, který je vytvořen z impulsního generátoru určující pracovní kmitočet měniče, z komparátoru, z referenčního zdroje, převodníku proudu na napětí, součtového členu a z bistabilního klopného obvodu. Výstupní obvod může být galvanicky oddělen od vstupního obvodu. Je vhodný k napájení nejrůznějších zařízení signalizační, sdělovací, měřicí automatizační a jiné techniky.The pulse-regulated DC voltage stabilizer is designed to stabilize the output voltage, mainly where there is a large fluctuation in the input voltage. It consists of a "flyback" converter and a control circuit, which is made up of a pulse generator determining the operating frequency of the converter, a comparator, a reference source, a current-to-voltage converter, a summing element and a bistable flip-flop circuit. The output circuit can be galvanically isolated from the input circuit. It is suitable for powering various signaling, communication, measuring, automation and other equipment.

Description

Vynález se týká zapojení impulsního stejnosměrného napětí s konstantním pracovním kmitočtem.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a pulse DC voltage circuit with a constant operating frequency.

Obecné zapojení impulsních měničů stejnosměrného napětí uvedeného typu sestává z transformátoru, spínacího prvku, diody a integračního kondenzátoru. Je-li spínací prvek - tranzistor sepnut, je nestabilizované vstupní napětí připojeno na priraár transformátoru a proud protékající primární cívkou lineárně narůstá.The general wiring of DC voltage pulse converters of this type consists of a transformer, a switching element, a diode and an integrating capacitor. If the switching element - transistor is closed, the unstabilized input voltage is connected to the transformer primary and the current flowing through the primary coil increases linearly.

V jádru transformátoru se akumuluje energie, jejíž hodnota je dána vztahem L i‘, kde L je Indukčnost primáru a i je hodnota primárního proudu a po rozepnutí spínacího prvku se přenáší sekundární cívkou a diodou do integračního kondenzátoru. Velikost přenášené energie je určena hodnotou primárního proudu v okamžiku rozepnutí spínacího tranzistoru.The core of the transformer accumulates energy, whose value is given by the relation L i ‘, where L is the inductance of the primary and i is the value of the primary current and after opening the switching element it is transferred by the secondary coil and diode to the integration capacitor. The amount of transmitted energy is determined by the value of the primary current at the moment of opening of the switching transistor.

Dosud známá zapojení impulsních stabilizátorů stejnosměrného napětí využívají pro stabilizaci výstupního napětí regulaci, u které je budící obvod spínacího prvku blokován zesílenou regulační odchylkou výstupního napětí, nebo regulaci, u které zesílená regulační odchylka určuje dobu sepnutí spínacího prvku v následující periodě.The prior art DC voltage stabilizers employ control to stabilize the output voltage in which the drive circuit of the switching element is blocked by an increased output voltage control deviation, or a control where the increased control deviation determines the switching time of the switching element in the following period.

V prvém případě je velikost akumulované energie závislá na velikosti vstupního napětí. Hodnota výstupního napětí pak určuje, kdy má dojít k přenosu akumulované energie do integrač ního kondenzátoru.In the first case, the amount of energy stored depends on the magnitude of the input voltage. The output voltage value then determines when the stored energy should be transferred to the integration capacitor.

Při vzrůstu vstupního napětí a snížení zátěže měniče dochází k velkému zvlnění výstupního napětí. V druhém případě pracuje měnič s konstantním kmitočtem a velikost akumulované energie je závislá na hodnotě výstupního napětí, ale též i na změně vstupního napětí během periody. Tzn., že zvlnění výstupního napětí závisí na vyfiltrování vstupního napětí.As the input voltage rises and the inverter loads are reduced, the output voltage ripples greatly. In the second case, the inverter operates at a constant frequency and the amount of stored energy is dependent on the value of the output voltage, but also on the change of the input voltage during the period. That is, the ripple of the output voltage depends on filtering the input voltage.

Řízení doby sepnutí spínacího prvku je většinou prováděno srovnáváním pilového průběhu napětí se zesílenou regulační odchylkou. Takto stanovená doba sepnutí spínacího prvku při velkém vstupním napětí, kdy narůstá primární proud velmi rychle, nezajistí rozepnutí spínacího prvku pří optimální velikosti primárního proudu. Tyto vlastnosti pak způsobí nestabilitu měniče.The switching time of the switching element is usually controlled by comparing the saw waveform of the voltage with the increased control deviation. The switching time of the switching element thus determined at high input voltage, when the primary current increases very quickly, does not ensure that the switching element opens at the optimum primary current size. These properties will cause the drive to become unstable.

Výše uvedené nedostatky odstraňuje zapojení impulsního stabilizátoru stejnosměrného napětí tvořené měničem typu flyback s řídicím obvodem, kde řídicí obvod je tvořen komparátorem, jehož první vstup je spojen s výstupní svorkou měniče a druhý vstup komparátoru je spojen s napětovým referenčním zdrojem, přičemž výstup komparátoru je spojen s prvním vstupem součtového členu.The above-mentioned drawbacks are eliminated by connecting a DC voltage pulse stabilizer consisting of a flyback converter with a control circuit, the control circuit being a comparator whose first input is connected to the output terminal of the converter and the second comparator input is connected to a voltage reference source, the comparator output is connected to the first input of the summation member.

Druhý vstup součtového členu je spojen s nápěEovým výstupem převodníku zapojeným mezi vstupní svorku a vstup měniče, přičemž výstup součtového členu je spojen s druhým vstupem bistabilního klopného obvodu, jehož první vstup je spojen s výstupem impulsního generátoru a výstup bistabilního klopného obvodu je spojen se spínacím prvkem měniče.The second summation input is connected to the converter output voltage connected between the input terminal and the inverter input, the summation output is connected to the second input of the bistable flip-flop whose first input is connected to the pulse generator output and the bistable flip-flop output is connected to the switching element. converters.

Podle dalšího význaku je mezi výstup komparátoru a první vstup součtového členu zapojen oddělovací optoelektrický člen.According to another feature, a separating optoelectric element is connected between the output of the comparator and the first input of the summation member.

Na obr. 1 je obecné zapojení měniče typu flyback tvořené transformátorem T, jehož primární cívka je zapojená v sérii se spínacím prvkem £5 - tranzistorem a sekundární cívka je přes oddělovací diodu D připojena na integrační kondenzátor C. ¹ FIG. 1 is a general type of flyback converter circuit comprising a transformer T whose primary coil is connected in series with the switching element 5 £ - transistor and the secondary coil via a separating diode D is connected to the integration capacitor C ¹

Na obr. 2 je blokové zapojení impulsního stabilizátoru stejnosměrného napětí podle vynálezu. Na obr. 2 je zapojení impulsního stabilizátoru stejnosměrného napětí podle vynálezu tvořené měničem 2 typu flyback a řídicím obvodem 9. vytvořeným tak, že první vstup komparátoru 4 je spojen s výstupní svorkou £, přičemž jeho druhý vstup je spojen s napětovým referenčním zdrojem 3 a výstup komparátoru 4 je spojen s prvním vstupem součtového členu 6.Fig. 2 shows a block circuit of a DC voltage pulse stabilizer according to the invention. Fig. 2 shows a circuit of a DC voltage pulse stabilizer according to the invention consisting of a flyback converter 2 and a control circuit 9 formed such that the first input of the comparator 4 is connected to the output terminal 6, its second input is connected to the voltage reference source 3 and output the comparator 4 is connected to the first input of the summation member 6.

Druhý vstup součtového členu £ je spojen s napěťovým výstupem převodníku £ zapojeným mezi vstupní svorku A a napájecí vstup měniče £ a výstup součtového členu £ je spojen s druhým vstupem bistabilního klopného obvodu T_, jehož první vstup je spojen s výstupem impulsního generátoru £. Výstup bistabilního klopného obvodu £ je spojen se spínacím prvkem £ měniče 2 a výstup měniče 2 je spojen s výstupní svorkou B.The second input of the summation element 8 is connected to the voltage output of the converter 6 connected between the input terminal A and the power input of the converter 6 and the output of the summation element 8 is connected to the second input of the bistable flip-flop. The output of the bistable flip-flop circuit 6 is connected to the switching element 4 of the converter 2 and the output of the converter 2 is connected to the output terminal B.

Činnost impulsního stabilizátoru stejnosměrného napětí podle obr. 2 vychází z impulsního generátoru 8, který určuje pracovní frekvenci měniče 2. Na jeho výstupu je impulsní napětí vzniklé derivací obdélníkového napětí se střídou 1:1.The operation of the DC voltage pulse stabilizer of FIG. 2 is based on the pulse generator 8, which determines the operating frequency of the converter 2. At its output, the pulse voltage generated by the rectangular voltage derivative is alternating 1: 1.

Vzhledem k derivační časové konstantě, mnohem menší než je perioda obdélníkového napětí, 'je průběh impulsního napětí jehlový. Toto napětí se přivádí na první vstup bistabilního klopného obvodu 7 a způsobuje vytváření obdélníkového řídicího signálu se střídou 1:1 pro spínací prvek měniče 2.Due to the derivative time constant, much smaller than the rectangular voltage period, the course of the pulse voltage is needle. This voltage is applied to the first input of the bistable flip-flop 7 and causes a 1: 1 rectangular control signal to be generated for the switching element of the converter 2.

Dobu sepnutí spínacího prvku lze zkracovat, tj. měnit střídu řídicího signálu pomocí druhého vstupu bistabilního klopného obvodu 7, který umožňuje návrat bistabilního klopného obvodu 7 do původního stavu.The switching time of the switching element can be shortened, i.e. to change the duty cycle of the control signal by means of the second input of the bistable flip-flop 7, which allows the bistable flip-flop 7 to return to its original state.

Způsob regulace spočívá v tom, že velikost výstupního napětí předurčuje velikost energie - max. primární proud při rozepnutí spínacího prvku £, která se má přenést v následující periodě do integračního kondenzátoru C přes oddělovací diodu D.The control method consists in that the magnitude of the output voltage predetermines the magnitude of the energy - the maximum primary current upon opening of the switching element 6, which is to be transferred in the following period to the integration capacitor C via the diode D.

Toto se provádí tak, že výstupní stejnosměrné napětí se přivádí do prvního vstupu komparátoru £, kde se srovnává s napětím referenčního zdroje £ přivedeným do druhého vstupu komparátoru 4.This is done so that the output DC voltage is applied to the first input of comparator 4, where it is compared with the voltage of the reference source 4 applied to the second input of comparator 4.

Zesílená napětová regulační odchylka se z výstupu komparátoru _4 přivádí do prvního vstu pu součtového členu 6, v němž vzniká napětí jehož velikost je závislá na odběru proudu z integračního kondenzátoru C, a v následující periodě se k němu přičítá lineárně rostoucí napětí přivedené do druhého vstupu součtového členu £ z napětového výstupu převodníku £.The amplified voltage control deviation is fed from the comparator output 4 to the first input pu of the summation member 6, which generates a voltage that is dependent on current consumption from the integrating capacitor C, and in the following period adds a linearly increasing voltage applied to the second summation input. from the voltage output of the converter £.

Časový průběh tohoto napětí odpovídá průběhu primárního proudu. Když dosáhne výsledné součtové napětí hranice klopení bistabilního klopného obvodu £, dojde k rozpojení spínacího prvku £ a k přenosu akumulované energie z jádra transformátoru T do integračního kondenzátoru C. Snímáním výstupního napětí a primárního proudu je umožněno optimální řízení impulsního měniče.The time course of this voltage corresponds to that of the primary current. When the resulting summation voltage reaches the tilt limit of the bistable flip-flop circuit 6, the switching element 6 is opened and the stored energy is transferred from the transformer core T to the integration capacitor C. By sensing the output voltage and primary current, optimal control of the pulse converter is possible.

Impulsně regulovaný měnič stejnosměrného napětí podle vynálezu je možno použít k napájení nejrůznějších zařízení v signalizační, sdělovací, měřicí, automatizační technice, železniční dopravě a všude tam, kde může docházet k velkému kolísání napájecího napětí.The pulse-controlled DC voltage converter according to the invention can be used to supply a wide variety of devices in signaling, communication, measuring, automation, railway transport and wherever there can be large fluctuations in the supply voltage.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

1. Connection of DC voltage impulse stabilizer with controller. circuit, characterized in that the control circuit (9) consists of a comparator (4), the first input of which is connected to the output terminal (B) and the output of the converter (2), the second input of the comparator (4) is connected to the voltage reference source and wherein the comparator output (4) is coupled to the first input of the summation member (6), the second input of which is connected to the voltage output of the converter (1) connected between the input terminal (A) and the power input of the converter (2). (6) is connected to a second input of the bistable flip-flop (7), the first input of which is connected to the pulse generator output (8) and the output of the bistable flip-flop (7) is connected to the switching element of the converter (2).

Wiring according to Claim 1, characterized in that a separating optoelectric element (5) is connected between the output of the comparator (4) and the first input of the summation member (6).