SU750671A1

SU750671A1 - Ripple filter

Info

Publication number: SU750671A1
Application number: SU772545109A
Authority: SU
Inventors: Валерий Львович Головкин
Original assignee: Московский Ордена Ленина Авиационный Институт Им. Серго Орджоникидзе
Priority date: 1977-11-18
Filing date: 1977-11-18
Publication date: 1980-07-23

Description

Изобретение относится к преобразовательным устройствам систем электро- . питания и может быть использовано для · сглаживания выходного напряжения импульсного регулятора.The invention relates to converting devices of electrical systems. power supply and can be used to smooth the output voltage of the pulse regulator.

Известные пассивные и активные сгла- ⁵живаюшие фильтры [1] , £2] и [3] имеют тот недостаток, что их переходные функции фиксированы и не оптимизируются в зависимости от параметров входного сигнала.Known passive and active smoothed ⁵ zhivayushie filters [1], £ 2] and [3] have the disadvantage that their response functions are fixed and optimized depending on the input parameters.

Между тем, известны применения сглаживающего фильтра, в которых эти недостатки существенны, например, применение в качестве выходного фильтра импульсного регулятора напряжения, в частности стабилизатора с частотно-импульсной модуляцией.Meanwhile, there are known applications of a smoothing filter in which these drawbacks are significant, for example, the use of a pulse voltage regulator, in particular a stabilizer with pulse-frequency modulation, as an output filter.

Из известных устройств наиболее близким по технической сущности и по- _Μстроению является сглаживающий фильтр, содержащий дроссель, один конец которого подключен к одному из входных выводов, а другой - к соответствующему вы2 ходкому выводу и к свободному концу резистора последовательной RC -цепи, общая точка которой подключена к неинвертирующему входу дифференциального усилителя напряжения, инвертирующий вход которого соединен с резистивной цепью обратной связи.Of the known devices closest as to technical essence and po- _Μ structure is a smoothing filter comprising a choke having one end connected to one of input terminals and the other - to the corresponding vy2 salable terminal and the free end of the serial resistor RC -chain, the common point which is connected to a non-inverting input of a differential voltage amplifier, the inverting input of which is connected to a resistive feedback circuit.

Недостаток этого фильтра состоит в том, что качество его переходной функции не является близким к наилучшему при всех значениях частоты основной гармоники входного сигнала (которые она принимает, например, в процессе функционирования частотно-импульсного регулятора, являющегося источником сглаживаемого сигнала.The disadvantage of this filter is that the quality of its transition function is not close to best for all values of the frequency of the main harmonic of the input signal (which it receives, for example, during the operation of the frequency-pulse regulator, which is the source of the smoothed signal.

В этом фильтре качество переходной функции может быть близко к наилучшему достижимому лишь при одном, наинизшем значении частоты основной гармоники входного сигнала.In this filter, the quality of the transition function can be close to the best achievable with only one, the lowest value of the fundamental frequency of the input signal.

Целью изобретения является уменьшение времени регулирования при переходных процессах, что позволит улучThe aim of the invention is to reduce the regulation time during transients, which will improve

75OG71 шить качество переходной функции фильтра с приближением его к наилучшему при каждом значении меняющейся частоты основной гармоники сглаживаемого сигнала и, тем самым, улучшить усредненное _ζпо условиям работы фильтра качество переходного процесса в нем при сохранении заданного сглаживания за счет управления амплитуднофазовой частотной характеристикой фильтра по сигналу изме- ₁₀нения частоты основной гармоники сигнала.75OG71 to improve the quality of the transition function of the filter with approaching it to the best for each value of the changing frequency of the fundamental harmonic of the smoothed signal and, thereby, improve the average quality _ζ according to the operating conditions of the filter in the transition process while maintaining the specified smoothing by controlling the amplitude-phase frequency response of the filter according to the signal ₁₀ neniya measured frequency of the fundamental harmonic of the signal.

Это достигается тем, что сглаживающий фильтр, содержащий дроссель, один конец которого подключен к одному из ₁₅входных выводов, а другой - к соответствующему выходному выводу и К CBO- · водному концу резистора последовательной RC -цепи, общая точка которой подключена к неинвертирующему входу диф- ₂θ ференциального усилителя напряжения, инвертирующий вход которого соединенс резистивной цепью обратной связи, снабжен преобразователем частоты в напряжение и управляемым емкостным ₂₅элементом, причем вход преобразователя соединен со входом фильтра, а его выход с управляющим электродом емкостного элемента.This is achieved by the fact that a smoothing filter containing a choke, one end of which is connected to one of the ₁₅ input terminals, and the other to the corresponding output terminal and To the CBO- · water end of the resistor of the serial RC circuit, the common point of which is connected to the non-inverting input of the differential - ₂ θ of a differential voltage amplifier, the inverting input of which is connected by a resistive feedback circuit, is equipped with a frequency to voltage converter and a controlled capacitive ₂₅ element, and the input of the converter is connected to the input of the filter tra, and its output with the control electrode of the capacitive element.

Сущность изобретения поясняется ₃θ схемой, приведенной на чертеже.The invention is illustrated ₃ θ diagram shown in the drawing.

Сглаживающий фильтр содержит дроссель 1, включенный между входным выводом 2 и выходным выводом 3 , RC -цепь, состоящую из последовательно соединен- ₃₅ных резистора 4 и емкостного элемента 5, дифференциальный усилитель напряжения 6, резистивную цепь обратной связи, составленную из резистора 7, включенного между выходом 8 усилителя ₄θ 6 и инвертирующим входом этого усилителя, и резистора 9, включенного между инвертирующим входом усилителя би выводом 3, резистор 10, включенный между выходом 8 усилителя 6 и выво- ₄₅дом 3, и преобразователь частоты в напряжение 11, соединенный входом с входным выводом 2, а выходом - с управляющим электродом 12 емкостного элемента 5, один из проходных выводов ₅13 которого соединен с резистором 4 и неинвертирукшим входом усилителя 6. Источник 14 входного сигнала подсоединяется к выводу 2, а нагрузка 15 включается между выводом 3 и общей шиной ₅₅источника 14 и фильтра.The smoothing filter contains a choke 1, connected between input terminal 2 and output terminal 3, an RC circuit consisting of ₃₅ resistors 4 and a capacitive element 5 connected in series, a differential voltage amplifier 6, a feedback resistive circuit composed of a resistor 7 included between the output 8 of the amplifier ₄ θ 6 and the inverting input of this amplifier, and the resistor 9 connected between the inverting input of the amplifier with bi-output 3, a resistor 10 connected between the output 8 of amplifier 6 and output _{45 of} 3, and a frequency converter 11, connected by an input to an input terminal 2, and an output to a control electrode 12 of a capacitive element 5, one of the through terminals ₅ 13 of which is connected to a resistor 4 and a non-inverting input of the amplifier 6. An input signal source 14 is connected to terminal 2, and the load 15 turns on between terminal 3 and the common bus _{55 of the} source 14 and the filter.

Фильтр работает таким образом, что усилитель 6 с резисторами 7 и 9 обратной связи реализует коэффициент передачи напряжения от вывода 3 до своего выхода 8, равный A R,/Rg , где R-; и Rq - сопротивления резисторов 7 и. 9, и коэффициент передачи от неинвертирующего входа до выхода 8, равный А+1. При этом, напряжение на емкости С5 емкостного элемента 5 равно u^sft/sc,] _ U_4S) ^c ₅ ^ts' nsf где напряжение на выводе 3 относительно общей шины,The filter works in such a way that the amplifier 6 with feedback resistors 7 and 9 realizes the voltage transfer coefficient from terminal 3 to its output 8, equal to AR, / Rg, where R-; and Rq are the resistances of resistors 7 and. 9, and the transmission coefficient from the non-inverting input to output 8, equal to A + 1. Moreover, the voltage across the capacitance C5 of the capacitive element 5 is equal to u ^ sft / sc,] _ U _4S) ^c ₅ ^ts ' nsf where the voltage at terminal 3 is relative to the common bus,

Кд - сопротивление резистора 4, ^•с₅.Cd is the resistance of the resistor 4, ^ • s ₅ .

Напряжение на выходе 8 усилителя равно ^u _ai^s) =·The voltage at the output of the amplifier 8 is ^u _a i ^s ) =

Резистор 10 определяет выходной ток усилителя, текущий через этот резистор ^R-ioR³'- О-юThe resistor 10 determines the output current of the amplifier flowing through this resistor ^ R-ioR ³ '- Oh

Операторное сопротивление ( S ) двухполюсника, образованного элементамиOperator resistance (S) of the two-terminal network formed by the elements

4-6, 7-10 и включенного между выводом 3 и общей щиной параллельно нагрузке 15, определяется параллельным соединением сопротивления (Рд + 1/SC₅) RC -цепи и сопротивления ^_A(S)=U₅(sj/]_Rro(S). и равно Z.₃(Sj=[R₄+(l/SC₅)J 1/(М + 1), где M=R₄(A*l)/RnjT.e. 2. _э соответствует операторному сопротивлению последовательного соединения емкости С = С ₅ х *(М+1) и сопротивления R=R_1O/A+1.4-6, 7-10 and connected between the terminal 3 and the common bus in parallel with the load 15, is determined by the parallel connection of the resistance (Rd + 1 / SC ₅ ) of the RC circuit and the resistance ^ _A (S) = U ₅ (sj /] _Rro ( S). And is equal to Z. ₃ (Sj = [R ₄ + (l / SC ₅ ) J 1 / (M + 1), where M = R ₄ (A * l) / RnjT.e. 2. _e corresponds to the operator the resistance of the series connection of the capacitance C = C ₅ x * (M + 1) and the resistance R = R _1O / A + 1.

Таким образом, сглаживающий фильтр представляет собой LCR -контур, выходное напряжение которого снимается с эле ментов С й включенных параллельно нагрузке.Thus, the smoothing filter is an LCR circuit, the output voltage of which is removed from elements C th connected in parallel to the load.

Выбором параметров схемы обеспечивается С>7 .C_H,R « R_H!гдеСц и Йц - параметры нагрузки 15 и в рабочей частотной области фильтра. При этом собственная частота Ц>_о фильтра, определяющая его полосу пропускания равна 1/y/bF и ее значение задается значением . Преобразователь 11 преобразует частоту доминирующей гармоники входного сигнала £_4Г в напряжение, управляющее значением С5. Выбором характеристики преобразования значения £^_г в значение С 5 обеспечивается уменьшение значения С₅ при возрастании 1₁₍.и изменение пропорционально f _р , т.е. расширение полосы пропускание фильтра с увеличением частоты £_1Г . основной гармоники входного сигнала при сохранении постоянного коэффициента сглаживания сигнала частоты £_1Г и высших гармоник. При этом, время регулирования - параметр переходной функции, определяющий ее качество - уменьшается в соответствии с известной связью частотной и переходной характеристик без ухудшения качества сглаживания, которое определяется только отношением Ц)_о/ 2 _г-со r> St.The choice of circuit parameters is provided by C> 7 .C _H , R «R _H! where ss and yts are the load parameters 15 and in the working frequency region of the filter. In this case, the natural frequency C> _{o of the} filter, which determines its passband, is 1 / y / bF and its value is set by the value. The Converter 11 converts the frequency of the dominant harmonic of the input signal £ _4G into a voltage that controls the value of C5. The choice of the conversion characteristic of the value of £ ^ _r to the value of C 5 ensures a decrease in the value of C ₅ with an increase of 1 _{1 (} .and the change is proportional to f _p , i.e., the bandwidth of the filter passes with an increase in the frequency £ _{1 G. of the} main harmonic of the input signal while maintaining a constant coefficient smoothing the frequency £ _1G signal and harmonics Thus, control time -. option transition function determining its quality - is reduced according to known communication frequency and transient characteristics without deteriorating achestva smoothing, which is defined only by the ratio U) _o / oo _r 2 r> St.

В качестве емкостного элемента могут быть использованы, например, варикап, или схема, содержащая конденсатор постоянной емкости и управляемый усилитель напряжения с усилением - 1 К -1, включенные определенным образом.As a capacitive element can be used, for example, a varicap, or a circuit containing a constant capacitor and a controlled voltage amplifier with a gain of 1 K -1, included in a certain way.

Claims

(54) СГЛАЖИВАЮЩИЙ ФИЛЬТР Изобретение относитс к преобразовательным устройствам систем электропитани и может быть использовано дл сглаживани выходнохх напр жени импульсного регул тора. Известные пассивные и активные сгла жившощие фильтры l , 2 и 3 име тот недостаток, что их переходные функции фиксированы и не оптимизируютс в зависимости от параметров входного сиг нала. Между тем, известны применени сгл живающего фильтра, в которых эти недостатки существенны, например, применение в качестве выходного фильтра импульсного регул тора напр жени , в частности стабилизатора с частотно-импульсной модул цией. Из известных устройств наиболее близким по технической сущности и построению вл етс .сглаживающий фильт содержащий дроссель, один конец которо подключен к одному из входных выводов , а другой - к соответствующему выходному выводу и к cвoбoднo Iy концу резистора последовательной RC -цепи, обща точка которой подключена к неинвертирзтощему входу дифференциального усилител напр жетш , инвертирующий вход которого соединен с резистивной цепью обратной св зи. Недостаток этого фильтра состоит в том, что качество его переходной функции не вл етс близким к наилучщему при всех значени х частоты основной гармоники входного сигнала (которые она принимает, например, в процессе функционировани частотно-импульсного регул тора, вл ющегос источником сглаживаемого сигнала. В этом фильтре качество переходной функции может быть близко к наклучщему достижимому лищь при одном, наинизщем значении частоты основной гармоники входного сигнала. Целью изобретени вл етс уменьшение времени регушфовани при переходных процессах, что позволит улучшить качество переходной функции фильтра с гфиближениом его к наилучшему при каждом значении мен ющейс частоты основной гармоники сглаживаемогх) сигна ла и, тем самым, улучшить ycpe/iiieiffloe по услови м работы фильтра качество переходного процесса в нем при сохранении заданного сглаживани за счет упра лени амплитуднофазовой частотной характеристикой фильтра по сигналу изменени частоты основной гармоники сигнала . Это достигаетс тем, что сглаживающий фильтр, содержащий дроссель, один конец которого подключен к одному из входных выводов, а другой - к соответствующему выходному выводу и к сво- водному концу резистора последовательной RC -цепи, обща точка которой подк оочена к неинвертирующему входу дифференциального усилител напр жени , инвертирующий вход которого соединенс резистивной цепью обратной св зи, снабжен преобразователем частоты в напр жение и управл емым емкостным элементом, причем вход преобразовател соединен со входом фильтра, а его выход с управл ющим электродом емкостного элемента. Сущность изобретени по сн етс схемой, приведенной на чертеже. Сглаживающий фильтр содержит дроссель 1, включешхый между входным выводом 2 и выходным выводом 3 , RC -це состо щую Из последовательно соединенных резистора 4 и емкостного элемента 5, дифференциальный усилитель напр жени 6, резистивную цепь обратной св зи, составленную из резистора 7, включенного между выходом 8 усилител 6 и инвертирующим входом этого усилител , и резистора 9, включенного между инвертирующим входом усилител 6 и выводом 3, резистор 1О, включенный между выходом 8 усилител 6 и выводом 3, и преобразователь частоты в напр жение 11, соединенный входомс входным выводом 2, а выходом - с управл ющим электродом 12 емкостного элемента 5, один из проходных выводов 13 которохчэ соединен с резистором 4 и неинвертирутшцим входом усилител 6. Источник 14 входного сигнала подсоедин етс к выводу 2, а нагрузка 15 вклю чаетс между вьшодом 3 и общей щиной источника 14 и фильтра. Фильтр работает таким образом, что усилитель 6 с резисторами 7 и 9 обратной св зи реализует коэффициент передачи напр жени от вывода 3 ло своего выхода 8, равный А где R-J и RIJ - сопротивлени реп.чстороь 7 и. 9, и коэффициент передачи от неинвертирующего входа до выхода 8, равный А+1. При этом, напр жение на емкости С5 емкостного элемента 5 равно U,iS) U(S) где Uj|(S)- напр жение на выводе 3 относительно общей шины, R4 - сопротивление резистора 4, (и-С. . Напр жение на выходе 8 усилител равно Ug(S) )4A4)U,,(S)U(S)i. Резистор 1О определ ет выходной ток усилител , текущий через этот резистор Kbi sHJai , Операторное сопротивление Z ( S ) двухполюсника , образойанного элементами 4-6, 7-1О и включенного между выводом 3 и общей щиной параллельно нагрузке 15, определ етс параллельным соединением сопротивлени (Рд+ l/SC) RC-цепи и сопротивлени 7:(5)U,,(S)/3,(S), -и равно и/s 5) 1/(г1), где ()/ЦцТ.е, 2. соответствует . операторному сопротивлению последовательного соединени емкости С С х. i CM-fl) и сопротивлени R R o/A+l. Таким образом, сглаживающий фильтр представл ет собой LCR -контур, выходное напр жение которого снимаетс с эле ментов С и к,- включенных параллельно нагрузке. Выбором параметров схемы обеспечиваетс .С,11 « RH, гдеСц и RU - параметры нагрузки 15 и (I/SCj /.4 R в рабочей частотной области фильтра. При этом собственна частота U)Q фильтра, определ юща его полосу пропускани равна GJ и ее значение задаетс значением С с . Преобразователь 11 преобразует частоту домийирующей гармоники входного сигнала f .. fe напр жение, управл ющее значением Cg. Выбором характеристшси преобразовани значени р в значение Cg обеспечиваетс уменьшение значени С при возрастании L и изменение и(, пропорционально f р , т.е. расширение полосы лропускани$1 фильтра с увеличением частоты р основной гармоники входного сигнала при сохранении пос1Х) нного коэффициен сглаживани сигнала частоты р и выс ших гармоник. При этом, врем peryrai ровани - параметр переходной функции , определ ющий ее качество - умень шаетс в соответствии с известной св зью частотной и переходной характеристик без ухудшени качества сглаживани , которое определ етс только отношением и)ц/25| -const, fe качестве емкостного элемента могут быть использованы, например, варикап , или схема, содержаща конденсатор посто нной емкости и управл етлый усилитель напр жени с усилениетл - К -1, включенные определенным образом . . Формула изобретени Сглаживающий фильтр, содержащий дроссель, один конец которого подключе к одному из входных выводов, а другой К соответствующему выходному выводу и к свободному концу резисторе последовательной RC -цепи, обща точка которой подключена к неинв этирующему входу дифференциального усилител напр жени , инвертирующий вход которого соединен с резистивной цепью офатной св зи, отличающийс г&л, что, с цепью уменьшени времени регутшровайи при переходных процессах, он снабжен преобразователем частоты в напр жение и управл емым емкостным элементом, причем вход преобразоватед соединен со входом фильтра, а его выход с управл$пощим электродом емкостного элемента. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1. Анисимов Я. Ф. Особенности рименени полупроводниковых преобраователей в судовых электроустановках. удостроении Л., 1673. (54) SMOOTH FILTER The invention relates to converting devices of power supply systems and can be used to smooth the output voltage of a pulse regulator. The known passive and active smoothing filters l, 2 and 3 have the disadvantage that their transition functions are fixed and not optimized depending on the parameters of the input signal. Meanwhile, applications of a filtering filter are known in which these drawbacks are significant, for example, using a pulse voltage regulator, in particular, a frequency-modulated voltage regulator, as the output filter. Of the known devices, the closest in technical essence and construction is a smoothing filter containing a choke, one end of which is connected to one of the input pins, and the other end to the corresponding output output and to the free Iy end of the serial RC circuit resistor, whose common point is connected The noninverting input of the differential amplifier is a voltage, the inverting input of which is connected to a resistive feedback circuit. The disadvantage of this filter is that the quality of its transition function is not close to the best for all values of the fundamental frequency of the input signal (which it receives, for example, during the operation of the frequency-pulse regulator, which is the source of the signal to be smoothed. In this filter, the quality of the transient function can be close to the best possible peak at one, the lowest frequency of the main harmonic of the input signal. The aim of the invention is to reduce the time of the regression signal. and during transients, which will improve the quality of the transition function of the filter with its fi gating to the best one at each value of the varying frequency of the fundamental harmonic of the smoothed signal) and, thus, improve ycpe / iiieiffloe according to the filter operation conditions specified smoothing due to the control of the amplitude-phase frequency response of the filter according to the signal of changing the frequency of the fundamental harmonic of the signal. This is achieved by the fact that a smoothing filter containing a choke, one end of which is connected to one of the input pins, and the other end to the corresponding output terminal and to the coaxial end of the resistor of the serial RC circuit, the common point of which is connected to the non-inverting input of the differential amplifier voltage, the inverting input of which is connected by a resistive feedback circuit, is supplied with a frequency to voltage converter and a controllable capacitive element, with the converter input connected to the input filter And its output to the control electrode of the capacitive element. The invention is illustrated by the scheme shown in the drawing. The smoothing filter contains choke 1, connected between input terminal 2 and output terminal 3, RC consisting of a series-connected resistor 4 and a capacitive element 5, a differential voltage amplifier 6, a resistive feedback circuit composed of a resistor 7 connected between output 8 of amplifier 6 and the inverting input of this amplifier, and resistor 9 connected between inverting input of amplifier 6 and output 3, resistor 1O connected between output 8 of amplifier 6 and output 3, and the frequency converter to voltage 11, connected to input with input output 2, and output to control electrode 12 of capacitive element 5, one of pass-through terminals 13 of which is connected to resistor 4 and non-inverting input of amplifier 6. Input source 14 is connected to output 2, and load 15 is switched between Figure 3 and total length of source 14 and filter. The filter operates in such a way that the amplifier 6 with the resistors 7 and 9 of the feedback realizes the voltage transfer ratio from the output 3 of its output 8, equal to A where RJ and RIJ are the resistances of rep.cade 7 and. 9, and the gain from the non-inverting input to output 8, equal to A + 1. In this case, the voltage on the capacitance C5 of the capacitive element 5 is equal to U, iS) U (S) where Uj | (S) is the voltage on pin 3 with respect to the common bus, R4 is the resistance of resistor 4, (and-C.. Voltage output 8 of the amplifier is Ug (S)) 4A4) U ,, (S) U (S) i. Resistor 1O determines the output current of the amplifier flowing through this Kbi sHJai resistor. Operator resistance Z (S) of a two-pole device formed by elements 4-6, 7-1О and connected between pin 3 and the total thickness parallel to load 15 is determined by parallel connection of resistance ( Rd + l / SC) RC circuits and resistances 7: (5) U ,, (S) / 3, (S), -i and / s 5) 1 / (d1), where () / ЦЦТ.e , 2. complies. the operational resistance of the series connection capacitance C C x. i CM-fl) and resistance R R o / A + l. Thus, the smoothing filter is an LCR circuit, the output voltage of which is removed from elements C and k, - connected in parallel with the load. The choice of the circuit parameters is provided. С, 11 "RH, where Сц and RU are load parameters 15 and (I / SCj /.4 R in the working frequency domain of the filter. At the same time, the natural frequency U) Q filter determining its bandwidth is GJ and its value is given by the value of C c. Converter 11 converts the frequency of the dominant harmonic of the input signal f .. fe voltage that controls the value of Cg. Choosing the characteristic of converting the value of p to the value of Cg provides a decrease in the value of C with increasing L and a change and (proportional to f p, i.e. expansion of the filter bandwidth $ 1 with increasing frequency p of the main harmonic of the input signal while maintaining the frequency smoothing factor) p and higher harmonics. At the same time, peryrai time — a parameter of the transition function that determines its quality — decreases in accordance with the well-known relationship of frequency and transient characteristics without degrading the smoothing quality, which is determined only by the ratio i) c / 25 | -const, fe as a capacitive element can be used, for example, a varicap, or a circuit containing a constant capacitor capacitor and a controlled voltage amplifier with amplification - K -1, connected in a certain way. . Claims A smoothing filter comprising a choke, one end of which is connected to one of the input terminals and the other to the corresponding output terminal and to the free end of the resistor of the serial RC circuit, the common point of which is connected to the non-inlet of the differential voltage amplifier, the inverting input of which connected to the resistive circuit of the OFAT connection, differing in r & l, which, with the circuit for reducing the time of rotation during transients, it is equipped with a frequency converter in the voltage and control Capacitive element, the input transformed is connected to the input of the filter, and its output from the control by the crushing electrode of the capacitive element. Sources of information taken into account in the examination 1. Ya. Anisimov. Features of the use of semiconductor converters in ship electrical installations. Udostroenii L., 1673.

2.Патент США - № 367О23О, л. 321-10, 1972. 2. US Patent - No. 367О23О, l. 321-10, 1972.

3.ЖурналИзвести ВУЗов,Электроеханика , № 5, 1977, с. 542, рис.3.3. Journal of the University, Elektroekhanika, № 5, 1977, p. 542, Fig.3.