Комбинированные стабилизаторы напряжения

Комбинированный стабилизатор напряжения с

разомкнутой связью по входному напряжению [133, 135]

Как показано в п. 15.2.2, традиционный стабилизатор напряжения непрерывного действия с принципом управления по отклонению является статической системой автоматического управления со свойственными статической системе динамическими ошибками: при отклонениях входного напряжения и сопротивления нагрузки по закону ступенчатой функции возникают постоянные по величине напряжения рассогласования, пропорциональные этим отклонениям; при изменении указанных отклонений по линейному или квадратичному законам напряжения рассогласования также возрастает по этим законам во времени, стремясь к бесконечности. Наличие указанных напряжений рассогласования традиционного стабилизатора является его существенным недостатком. Поэтому возникает задача разработки методов повышения динамической точности стабилизаторов напряжения.

Рассмотрим способ повышения динамической точности стабилизатора, состоящий в введении разомкнутой связи по основному возмущающему воздействию — отклонению Д?/вх входного напряжения от номинального значения, т.е. покажем возможность построения стабилизатора с принципом комбинированного управления.

Функциональная схема комбинированного стабилизатора напряжения со связью по входному напряжению

Комбинированный стабилизатор напряжения (рис. 15.13, а) состоит из замкнутой части, реализующей принцип управления по отклонению, и разомкнутой связи по возмущающему воздействию — отклонению Л?/вх входного напряжения от номинального значения, реализующий принцип управления по возмущению. Замкнутая часть стабилизатора, как указывалось в п. 15.2.1, содержит регулирующий элемент РЭ, измерительный элемент ИЭЬ источник опорного напряжения ИОН, элемент сравнения ЭСЬ сумматор Е2, усилитель напряжения У|. Принцип работы и анализ динамических характеристик замкнутой части стабилизатора были рассмотрены в п.15.2.

Основным возмущающим воздействием стабилизатора напряжения является отклонение АС/т входного напряжения ?/вх от своего номинального значения. Для компенсации влияния А?Уих на выходное напряжение стабилизатора введена разомкнутая связь по Аит. Эта связь, как показано на функциональной схеме комбинированного стабилизатора (рис. 15.13, а), состоит из измерительного элемента ИЭ2, источника опорного напряжения ИОН, входящего также в замкнутую часть стабилизатора, элемента сравнения (вычитающего устройства) ЭС2, усилителя У2 и сумматора С. С помощью измерительного элемента ИЭ2 измеряется входное напряжение ивх стабилизатора.

а

Схемы комбинированного стабилизатора напряжения со связью по Ди

Рис.15.13. Схемы комбинированного стабилизатора напряжения со связью по Дивх:

а — функциональная; б — принципиальная схемы

(15.40)

Напряжение на выходе измерительного элемента ИЭ2 пропорционально ?/вх:

(15.41)

вх?

^иэ2~ 01^1

Подставив в формулу (15.41) значение ?/вх

вх?

ит = ити ± А и,

где ?/вхн — номинальное значение входного напряжения,

А ивх отклонение этого напряжения от номинального значения, получим

^иэ2=р1(^/вхн ± А?/вх) тни ± А?/вхи, (15.42)

где ?/вхни = р 1 б^х н — номинальное значение измеренного напряжения,

А?/вхи = |ЗА?/ВХ — измеренное напряжение, пропорциональное отклонению входного напряжения А?/вх от номинального значения ивхн.

Измеренное напряжение ияэ2с выхода ИЭ2 поступает на элемент сравнения ЭС2, на выходе которого возникает разностное напряжение

иэс2= ишэ2оп.. (15.43)

Путем выбора коэффициента р! измерительного элемента ИЭ2 обеспечивается равенство номинальной составляющей измеренного входного напряжения и опорного напряжений:

^вх ни ^оп- (15.44)

Подставив в (15.43) значение ?/иэ2 из (15.42) и учитывая (15.44), получим:

^4с2 ?^вхни^А?/вхи ?/оп ± А?/вхи, (15.45)

т. е. на выходе элемента сравнения ЭС2 получим напряжение А?/вхи, пропорциональное А ит.

Напряжение А?/вхи усиливается усилителем напряжения У2. Усиленное напряжение иу2 с выхода У2, т. е. с выхода компенсационной связи, подается на сумматор Е5, где складывается с напряжением управления иу замкнутой части стабилизатора. Напряжение на выходе сумматора Х5 равно

иу= иУ1 + иу2,

т. е. управляющее напряжение иу в комбинированном стабилизаторе формируется из напряжения рассогласования А и замкнутой части стабилизатора (напряжения иу), так и непосредственно из отклонения Доходного напряжения (напряжения иу2). Увеличивая путем повышения коэффициента усиления усилителя У2 значение напряжения иу2, на выходе компенсационной связи можно получать необходимое значение напряжения управления иу на входе регулирующего элемента РЭ при меньшем значении иуи а следовательно, при меньшем напряжении рассогласования А и. При некотором значении коэффициента усиления У2 можно добиться такого положения, что необходимое значение напряжения управления иу будет формироваться только из выходного напряжения иу2 компенсационной связи. При этом составляющая напряжения рассогласования Д?У стабилизатора, вызываемая отклонением Д?/вх входного напряжения, становится равной нулю. Таким образом, в комбинированном стабилизаторе отклонение АЦкх входного напряжения ивх через компенсационную связь непосредственно соответствующим образом изменяет сопротивление регулирующего элемента, обеспечивая уменьшение или устранение напряжения рассогласования Д?/, вызываемого отклонением Д?/вх входного напряжения.

Принципиальная схема комбинированного стабилизатора напряжения со связью по входному напряжению

Принципиальная схема (вариант) стабилизатора (рис. 15.13,6) построена в соответствии с функциональной схемой (рис. 15.13, а).

Как и в стабилизаторе с принципом управления по отклонению (см.п.15.2) регулирующим элементом РЭ является мощный транзистор УТ, включенный последовательно с нагрузкой Я. Измерительным элементом ИЭ! выходного напряжения является делитель напряжения, составленный из резисторов Я10, Яп, Я2- Источником опорного напряжения ИОН является параметрический стабилизатор напряжения, собранный на стабилитроне Уй| и резисторе /?8. Элемент сравнения ЭС|, сумматор Е2 и усилитель У і реализованы с помощью маломощного усилительного транзистора УТ3, в коллекторную цепь которого включен резистор Я9.

Выходное напряжение ?/у] транзистора ЙУ3 через резистор Я6 подается на операционный усилитель Д4, выполняющий функцию сумматора С. Одновременно с суммированием напряжений операционный усилитель может осуществлять дополнительное усиление.

Измерительный элемент ИЭ2 компенсационной разомкнутой связи по возмущению Аиш собран на делителе напряжения, состоящем из резисторов Я, Я2, Яз? Напряжение ииэ2, пропорциональное ивх (см. 15.41), снимается с резистора Яз и части резистора Я2 и подается на базу транзистора УТ2. На эмиттер этого транзистора подается опорное напряжение иоп со стабилитрона УО. Таким образом, между базой и эмиттером УТ2 прикладывается разностное напряжение

^БЭ2 ^4із2 Ооп

или, учитывая (15.42),

^БЭ2 ^вхни ^оп Д^вхи ^эс2? (15.46)

т.е. выполняется функция элёмента сравнения ЭС2. Было бы желательно принять ?/вхни — ?/0п> когда иЪЭ2 = 1/эс2 А?/вхи однако в этом случае при ?7БЭ2 = 1/эс2 = А?УВХ и < 0 транзистор УТ2 закрывается и компенсационная связь исключается из работы стабилизатора.

Для обеспечения работы компенсационной связи необходимо выполнение условия

б^вхни (15.47)

где А ивхтах максимально возможное отклонение ивх от А?/вхи в сторону уменьшения.

При выполнении условия (15.47)

6^бэ2 6^вх ни ^/оп і А?/вхи і А?/вхи,

где иуст2= ивхни — иоп напряжение второй уставки.

В результате совместного действия напряжений уставок иуст и иуст2 устанавливается номинальное сопротивление регулирующего элемента.

Напряжение иЪЭ2 = ?4с2 усиливается усилителем У2, собранном на транзисторе УТ2 и резисторе Я7. Усиленное напряжение иУ2 снимается с УТ2 и через резистор Я5 подается на сумматор С (на рис. 15.13, а 15), собранный на операционном усилителе ЭЛ. С помощью сумматора напряжение иу2 компенсационной связи складывается с напряжением иу замкнутой части стабилизатора.

Выходное напряжение иу суммирующего операционного усилителя ОЛ, являющееся управляющим напряжением, подается на базу регулирующего транзистора УТ и изменяет соответствующим образом сопротивление между его коллектором и эмиттером.

При описании работы замкнутой части стабилизатора (стабилизатора с принципом управления по отклонению, см. п. 15.2.3) было установлено, что при изменении входного напряжения (при появлении отклонения Д?/вх) возникает напряжение рассогласования Аи. В комбинированном стабилизаторе при изменении, например, при уменьшении входного напряжения ивх на А11вх уменьшается напряжение ииэ2 на базе транзистора УТ2. Это вызывает уменьшение его коллекторного тока и повышение напряжения иу2, подаваемого через резистор Я5 на суммирующий операционный усилитель ОЛ и через него на базу регулирующего транзистора УТ. Благодаря этому уменьшается сопротивление между коллектором УТ[ и его эмиттером, т.е. уменьшается сопротивление регулирующего элемента и падение напряжения на нем, а выходное напряжение ?/вых увеличивается. При этом составляющая напряжения рассогласования, вызываемая Д?/в уменьшается.

Если увеличивать коэффициент усиления усилителя У2, собранного на транзисторе УТ2 или операционного усилителя ОА (за счет изменения сопротивления Я5 и тем самым повышать напряжение С/у2 связи по возмущению, то можно добиться необходимого изменения сопротивления УТ только за счет напряжения иу2 связи по возмущающему воздействию Д?/вх. При этом составляющая напряжения рассогласования Аи, вызываемая Аивх уменьшается до нуля.

Для строгого подтверждения сделанных выше предварительных выводов о возможности повышения точности стабилизации напряжения с помощью введения разомкнутой связи по Д?/вх, необходимо составить математическую модель комбинированного стабилизатора и на основании этой модели сделать анализ его динамических характеристик.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ     След >