СТАБИЛИЗАТОР ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ
AC VOLTAGE STABILISER

Изобретение относится к электротехнике и может найти применение в устройствах электропитания аппаратуры различного назначения.
Известен стабилизатор переменного напряжения, который содержит регулирующий орган дискретного действия, включенный между входными и выходными выводами, реверсивный счетчик, соединенный одним входом с выходом первого узла совпадения, а выходами через усилители управления - с соответствующими входами регулирующего органа дискретного действия, измерительный орган, входом подключенный к выходным выводам, а выходом - к входам первого и второго пороговых элементов, первый из которых соединен с входом первого инвертора, генератор импульсов, подключенный к первому входу первого узла совпадения, второй и третий инверторы [Авторское свидетельство СССР №976432, кл. G05F 1/20, 1981].
Недостатком стабилизатора является невысокая надежность, вызванная тем, что при случайных отклонениях входного напряжения от диапазона стабилизируемых напряжений возможно переполнение реверсивного счетчика (в прямом или обратном направлении). Знак обратной связи при этом меняется. Вместо необходимого уменьшения коэффициента трансформации трансформаторного регулирующего органа следует его увеличение, и наоборот. Работа стабилизатора как системы автоматического управления становится неустойчивой.
Наиболее близким техническим решением к изобретению является стабилизатор переменного напряжения, содержащий регулирующий орган дискретного действия, включенный между входными и выходными выводами стабилизатора переменного напряжения, реверсивный счетчик, выходами соединенный с первым и вторым дешифраторами и через усилитель управления - с управляющими входами регулирующего органа дискретного действия, а входами - с выходами первого и второго конъюнкторов, первые входы которых соединены с выходами первого и второго дешифраторов соответственно, датчик тока, включенный между входным выводом стабилизатора и регулирующим органом дискретного действия, а выходом через формирователь импульсов синхронизации с коньюнкторами, выпрямитель, вход которого соединен с выходными выводами, компаратор, инвертирующим входом подключенный к выходу выпрямителя, а неинвертирующим входом - к источнику опорного напряжения, счетчик импульсов, счетным входом соединенный с задающим генератором, выходы которого соединены с одной частью входов схем сравнения, а другая часть входов схем сравнения подключена к задатчикам кодов, регистр, выходы которого соединены с конъюкторами, а входы - с выходами схем сравнения, а вход установки в "0" счетчика импульсов подключены к выходу компаратора [Авторское свидетельство СССР №1427350, кл. G05F 1/20, 1988]. Недостатком такого стабилизатора переменного напряжения является большая погрешность стабилизации, вызванная влиянием изменения частоты питающей сети.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является уменьшение погрешности стабилизации.
Технический результат достигается тем, что в известный стабилизатор переменного напряжения, содержащий регулирующий орган дискретного действия, включенный между входными и выходными выводами стабилизатора переменного напряжения, реверсивный счетчик, выходами соединенный с первым и вторым дешифраторами и через усилитель управления - с управляющими входами регулирующего органа дискретного действия, а входами - с выходами первого и второго конъюнкторов, первые входы которых соединены с выходами первого и второго дешифраторов соответственно, датчик тока, включенный между входным выводом стабилизатора и регулирующим органом дискретного действия, а выходом через формирователь импульсов синхронизации с конъюнкторами, выпрямитель, вход которого соединен с выходными выводами, компаратор, инвертирующим входом подключенный к выходу выпрямителя, а неинвертирующим входом - к источнику опорного напряжения, счетчик импульсов, счетным входом соединенный с генератором тактовых импульсов, выходы которого соединены с одной частью входов схем сравнения, а другая часть входов схем сравнения подключена к задатчикам кодов, регистр, выходы которого соединены с конъюкторами, а входы с выходами схем сравнения, а вход установки в "0" счетчика импульсов подключены к выходу компаратора, введены первый и второй счетчики, логический узел и инвертор.
Схема предложенного стабилизатора переменного напряжения изображена на фиг.1.
На фиг.2 изображены временные диаграммы, поясняющие принцип функционирования предложенного стабилизатора напряжения. На них изображены:
а) - входное напряжение;
б) - сигнал с выхода выпрямителя 11;
в) - сигнал с выхода формирователя синхроимпульсов 10;
г) - сигнал с выхода компаратора 12;
д) - сигнал на входе конъюнктора 7;
е) - сигнал с выхода генератора тактовых импульсов 4;
ж) - сигнал с выхода двоичного счетчика 8;
з) - сигнал с выхода двоичного счетчика 9.
Стабилизатор напряжения (фиг.1) содержит регулирующий орган дискретного действия 1, реверсивный счетчик 2, логический узел 3, генератор тактовых импульсов 4, инвертор 5, первый и второй конъюнкторы 6 и 7, первый и второй двоичные счетчики 8 и 9, формирователь синхроимпульсов 10, выпрямитель 11, компаратор 12, источник опорного напряжения 13.
Регулирующий орган 1 включен между входными и выходными выводами стабилизатора напряжения. Реверсивный счетчик входами подключен к логическому узлу 3, а выходами к регулирующему органу. Генератор тактовых импульсов 4 выходом подключен к входам первого 6 и второго 7 конъюнкторов. Вход второго конъюнктора 7 соединен с выходом инвертора 5. Выход первого конъюнктора 6 соединен с входом первого двоичного счетчика 8, выход второго конъюнктора 7 соединен с входом второго двоичного счетчика 9. Формирователь синхроимпульсов 10 включен между одним из входных выводов и регулирующим органом дискретного действия 1, а выходом соединен с первым 8, вторым 9 двоичными счетчиками и логическим узлом 3. Выпрямитель 11 входом соединен с выходными выводами стабилизатора напряжения. Компаратор 12 инвертирующим входом подключен к выходу выпрямителя 11, а неинвертирующим входом - к источнику опорного напряжения 13.
Регулирующий орган 1 дискретного действия выполнен на трансформаторе, вторичная обмотка которого секционирована. В качестве реверсивного счетчика 2 может быть использована микросхема 1533ИЕ7. Логический узел 3 также может быть реализован с использованием арифметико-логического устройства микроконтроллера, например Atmega16A, которое вычисляет разность между числами накопленных значений счетчиков 8 и 9 и формирует логические сигналы управления на счетные входы реверсивного счетчика 2 в зависимости от знака полученной разности. Генератор тактовых импульсов 4 может быть реализован на микросхеме ICL8038. Коньюнкторы 6 и 7 могут быть выполнены на микросхемах 1533ЛАЗ, инвертор 5 - также на микросхеме 1533ЛАЗ с объединенными входами. В качестве счетчиков 8 и 9 могут быть использованы аппаратные восьмиразрядные счетчики, встроенные в микроконтроллер, например Atmega16A. Формирователь синхроимпульсов 10 реализуется на микросхеме 554СА3. Функции компаратора 12 выполняет микросхема 554СА3. Выпрямитель 11 может быть реализован в виде выпрямительного моста КЦ407. В качестве источника опорного напряжения может быть применена микросхема REF102AP.
Работа предложенного стабилизатора напряжения происходит следующим образом.
Сетевое синусоидальное напряжение подается на входные выводы устройства и без искажений формы передается регулирующим органом 1 на его выход (фиг.2а). После выпрямителя 11 (фиг.2б) оно сравнивается компаратором 12 с опорным напряжением источника 13. Сигнал компаратора 12 разрешает счет импульсов генератора тактовых импульсов 4 (фиг.2е) первым 8 и вторым 9 счетчиками через первый 6 и второй 7 конъюнкторы. Импульсы с формирователя синхроимпульсов 10 (фиг.2в) и первого 6 и второго 7 конъюнкторов (фиг.2г, фиг.2д) поступают на первый 8 и второй 9 двоичные счетчики. Число накопленных счетчиками импульсов (фиг.2ж, фиг.2з) поступает на реверсивный счетчик 2 через логический узел 3. Регулирующий орган 1, управляемый от реверсивного счетчика 2, изменяет свой коэффициент передачи.
Длительности интервалов g и s определяются моментами равенства выходного напряжения v(t) фиксированному уровню h
откуда следует
Разность этих длительностей, определяющая управляющее воздействие на регулирующий орган, составляет
Ее относительная величина равна
Уровень h выбирается из условия нулевой относительной разности. Его величина определяется соотношением
.
В отличие от известного устройства предложенное устройство имеет следующую особенность. Величина относительной разности интервалов не зависит от периода сети. Поэтому нестабильность частоты сети не сказывается на его работе.
Кроме того, изменение амплитуды выходного напряжения в нем вызывает одновременное изменение в противоположных направлениях длительностей двух интервалов, так что их разность, определяющая управляющее воздействие, изменяется быстрее, чем в известном устройстве, где управляющее воздействие определяется длительностью лишь одного интервала. Отмеченные обстоятельства позволили повысить стабильность выходного напряжения.