Стабилизированный источник питания Советский патент 1983 года по МПК G05F1/64 H02M3/335 

(St) СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ

Изобретение относится к электро.технике и предназначено для использования при электроснабжении удаленных потребителей с изменяющимся сопротивлением нагрузки.

Известен стабилизированный источник питания, выполненный по классической схеме с бестрансформаторным входом, в которой предусмотрены последовательно включенные регулятор напряжения, преобразователь напряжения, выпрямитель и фильтр, а также канал обратной связи, состояний из усилителя постоянного тока, входы которого соединены с делителем выходного напряжения и блоком опорного напряжения, а выход - с управляющим входом регулятора напряжения | 1 .

Недостаток известного устройства заключается в том, что при его применении осуществляется стабилизация только напряжения на нагрузке, а ток лишь ограничивается:

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является стабилизированный источник питания, обеспечивающий стабилизацию как выходного напряжения, так и нагрузочного тока и содержащий, в частности, регулируемьрй преобразователь напряжения с вьтрямителем, выходкоторого соединен с клеммами для подключения нагрузки через LC-фильтр и линию связи с резистивным шунтом в одном из проводов, два делителя напряжения, включенные между потенциальными выводами шунта и блока опорного напряжения, два усилителя по15стоянного тока, первые входы которых подключены к выходам делителей напряжения, а вторые - соответственно к шине нулевого пцтенциала и вы2Q ходной шине источника, компаратор, инвертирующий вход которого соединен с выходными цепями усилителей постоянного тока, генератор пилообразного напряжения, первый выход ко3

торого подключен к неинвертирующему входу компаратора, формиро.ватель импульсов управления, первый вход которого соединен с вторым выходом генератора пилообразного напряжения, а выход - с управляющим входом пре.образователя напряжения, функциональный логический узел, включенный между выходом компаратора и вторым входом формирователя импульсов управления, логический элемент И и триггер,, входящие в состав функционального логического узла Г 2

В указанном устройстве стабилизация осуществляется по отклонению выходной величины. Однако при значительном удалении нагрузки от источника точность стабилизации резко снижается из-за недостоверного измерения напряжения на клеммах для подключения нагрузки о Известное устройст во имеет еще один существенный недостаток, проявляющийся в многократном срабатывании компаратора из-за наличия во входных сигналах высокочастотных колебаний, вызванных коммутацией силовых элементов преобразователя Отмеченное обстоятельство обусловливает увеличение динамических потерь в силовых транзисторах и снижение сгбщей эксплуатационной надежности тСТОЧНИКЗо

Цель изобретения - повышение точности стабилизации при наличии протяженной линии связи и надежности работы подобного устройства

Поставленная цель достигается тем что в стабилизированный источник питания, содержащий регулируемый преобразователь напряжения с выпрямителем, выход которого соединен с клем ;мами для подключения нагрузки через 1С-филь7р и линию связи с резистивным/шунтом в одном из проводов, два делителя напряжения, первый из которых включен между потенциальными выводами шунта и блока опорного напряжения , усилитель постоянного тока, вход которого подключен к выходу первого делителя напряжения, компаратор инвертирую1ций вход которого соединен с выходом усилителя постоянного тока генератор пилообразного напряжения, первый выход которого подключен к неинвертирующему входу компаратора, формирователь импульсов управления, первый вход которого соединен с вторым выходом генератора пилообразно01061 -4

го напряжения, а выход -. с управляющим входом преобразователя напряжения, логический элемент И, триггер, введены сумматор и дополнительный 5 компаратор, причем входы сумматора подключены к потенциальным выводам шунта и блока опорного напряжения, а выход - к инвертирующему входу дополнительного компаратора, неинверти 0 РУЮ1ЦИЙ вход которого связан с первым выходом генератора пилообразного напряжения, второй делитель напряжения включен на выходе преобразователя напряжения и своим выходом соединен с 15 Входом генератора пилообразного напряжения, входы логического элемента И подключены к выходам обоих компараторов, а выход - к одному из входов триггера, другой вход триггера сое20 динен с вторым выходом генератора пилообразного напряжения, а выход - с вторым входом формирователя импульсов управления,

На чертеже представлена функциональ5 ная схема предлагаемого стабилизированного источника питания

Устройство содержит полупроводниковый преобразователь 1 напряжения, в частном случае двухзвенный, с аыg прямителем. Оыход последнего соединен с клеммами для подключения нагрузки 2 через LC-фильтр 3 и кабельную линию связи k, В один из проводов линии k связи введен резистивный шунт 5

В состав устройства входят два де лителя 6 и 7 напряжения. Первый из них включен между потенциальными выводами шунта 5 и блока 8 опорного напряжения, а второй - на выходе преобразователя 1 напряжения. К выходу делителя 6 напряжения подключен вход усилителя 9 постоянного тока, а к выходу делителя 7 напряжения - вход генератора 10 пилообразного напряжения В устройстве предусмотрен также сумматор 11, входы которого подключены к потенциальным выводам шунта 5 и блока 8 опорного напряженияо Выходы усилителя 9 постоянного тока и сумматора 11 соединены с инвертирующими входами компараторов (широтно-импульсных модуляторов) 12 и 13, неинвертирующие входы которых подключены к первому выходу генератора 10 пилообразного напряжения Управление преобразователем 1 напряжения осуществляется с помощью формирователя I импульсов управления, первый вход которого соединен с вторым выходом генератора 10 пилообразного напряжения, а второй входс выходом триггера 15. Один из входов триггера подклю.чен к выходам ком параторов 12 и 13 через логический элемент И 16, а другой вход соединен с вторым выходом генератора 10 п лообразного напряжения о Работа устройства происходит следующим образом. Усилитель 9 постоянного тока усиливает сигнал рассогласования между напряжениями, снимаемыми, с шунта 5 и делителя 6 напряжения. Усиленный сигнал поступает, затем на инвертирующий вход компаратора 12, в котором с помощью сигнала генератора 10 пило образного напряжения, подводящегося к неинвертирующему входу, осуществля ется преобразование напряжения во временной интервал. Совокупность уси лителя 9 постоянного тока и компаратора 12 составляет, таким образом, канал стабилизации тока, причем регу лирование последнего производится по отклонению выходной величины. Сумматор 11 выполняет алгебраичес кое суммирование напряжения, снимаемого с шунта 5, с опорным напряжени ем блока 8о Выходной сигнал сумматор 11 направляется далее на инвертирующий вход компаратора 13, где опять же с помощью сигнала генератора 10 пилообразного напряжения, подводящегося к неинвертирующему входу, осу ществляется формирование широтно-модулированных импульсов. Совокупность сумматора 11 и компаратора 13 представляет собой канал стабилизации ла пряжения, которое в данном случае регулируется по возмущению. Сигналы с выходов компараторов 12 и 13 поступают на входы логического элемента И 16, причем через него про ходит лишь, сигнал того компаратора, который в данный момент воспроизводит меньшую длительность импульса. Формирователь 1 импульсов управления производит формирование, распределение и усиление импульсов, направляющихся на вход силовой части преобразователя 1 Для исключения многократных срабатываний силовых ключей между формирователем 1 импульсов управления и логическим элементом И 16 включен триггер 15, срабатывающий только по первому перепаду выхйдного напряжения соответствующего компаратора, В исходное состояние триггер 15 на каждом такте перебрасывается тактовыми импульсами, поступающими с выхода генератора 10 пилообразного напряжения. В режиме стабилизации напряжения при отсутствии нагрузки ток через линию k связи не протекает и напряжение на клеммах для подключения нагрузки 2 равно выходному напряжению преобразователя 1, При появлении тока в нагрузке 2 напряжение на ней начинает отличаться от выходного напряжения преобразователя 1 на величину падения напряжения на линии k связи и внутреннем сопротивлении фильтра 3 АЛЯ стабилизации напряжения на нагрузке 2 необходимо, следовательно, чтобы напряжение на выходе преобразователя 1 было больше, чем напряжение на нагрузке 2 на величину указанного падения напряжения, В связи с этим управляющее напряжение, поступаюи ее на вход компаратора 13, должно являться суммой опорного напряжения блока 8 и напряжения на шунте 5,учитывающего падение напряжения, налинии k связи и внутреннем сопротивлении фильтра 3 Вре 1язадающая цепочка генератора 10 пилообразного напряжения подключена через делитель 7 напряжения к выходу преобразователя 1 напряжения оЭто обеспечивает прстоянство выходного напряжения при изменении напряжения на входе преобразователя 1, Для исключения зависимости напряжения на нагрузке 2 от входного напряжения и тока нагрузки, должно выполняться равенство --ЕОП ьхФ Re где К - коэффициент деления делителя 7 напряжения, URV напряжение на входе фильтр . оа 3; X время включенного состояния ключа преобразователя Ч на-. пряжения 1 , R - постоянная времени времязадающей цепочки генератора 10 пилообразного напряжения, Е - ЗДС блока опорного В напряОПtжения; 1ц - ток нагрузки 2, Rш- сопротивление шунта 5В свою очередь, напряжение на грузке 2 определяется равенством .хфТ-иЧ где Uu - напряжение на нагрузке 2, Т .- период коммутации, внутреннее сопротивление источника питания, склады и(ееся из сопр(б1тивления фил tpa 3 илинии связи k. С учетом выражений (1) и (2) мо но в конечном счете показать, что для стабилизации напряжения На нагрузке 2 отношение сопротивлений R.. должно соответствовать Ruj ь Т ЖГ При практическом использовании предлагаемого устройства, например в геофизической аппаратуре, достиг нутое повышение точности стабилиза ции и надежности работы и сточни ка обеспечивает рост общей производительности труда за счет увеличения количества нагрузочных блоков, получающих питание одновременно по одной и той же двухпроводной линии связи. . Формула изобретения Стабилизированный источник пита ния, содержащий регулируемый преобразователь напряжения с выпрямителем, выход которого соединен-С клеммами для подключения нагрузки рез LC-фильтр и линию связи с рези стивным шунтом в одном из.-рроводов, два делителя напряжения, первый из которых включен между потен циальными выводами шунта и блока опорного напряжения, усилитель постоянного тока, вход которого подключен к выходу первого делителя напряжения, компаратор, инвертирующий, вход которого соединен с выходом усилителя постоянного тока, генератор пилообразного напряжения, первый выход которого подключен к неинвертирующему входу компаратора, формирователь импульсов управления, первый вход которого соединен с вторым выходом генератора пилообразного напряжения, а выход - с управляющим входом преобразователя напряжения, логический элемент И, триггер, о т личающийся тем, что, с целью повышения точности стабилизации при наличии протяженной линии связи и надежности работы, в него введены сумматор и дополнительный компаратор, лричем входы сумматора подключены к потенциальным выводам шунта и блока опорного напряжения, а выход к инвертирующему входу дополнительного компаратора, неинвертирующий вход которого связан с первым выходом генератора пилообразного напряжения, второй делитель напряжения включен на выходе преобразователя напряжения и своим выходом соединен с входом генератора пилообразного напряжения, входы логического элемента И подключены к выходам обоих компараторов, а выход - к одному из входов триггера, другой вход триггера соединен с вторым выходом генератора пилообразного напряжения, а выход - с вторым входом формирователя импульсов управления. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1 Авторское свидетельство СССР If 613310, кл, G 05 F 1/56, 1975. 2. Верцберг Г., Кейв Д. Управление переключательными источниками питания с помощью БИС, Электроника, 1977, № 7, с. 51-57.