Резервированный многофазный импульсный стабилизатор напряжения Советский патент 1983 года по МПК G05F1/58 

Изобретение относится к электротехнике, .а также к радиотехнике и может быть использовано для создани резервированных вторичных источнико питания с повьпиенным ресурсом.

Известно резервированное устройitTBO, содержасдее рабочие и резервные узлы, соединенные так, что в случае отказа рабочего узла вместо него автоматически включается резёрвНЕлй. Основным достоинством такого устройства является повышение общей надежности и ресурса системы за счет сохранения ресурса резерва при.условии, что резервная аппаратура до ее включения была обеспечена и расход ресурса начинается с момента включения в работу С ЗОднако в этом случае ожидаемый эффект.достигается в основном за счет увеличения кратности резервирования, поэтому реализация данного способа при жестких требованиях к вёсо-габаритнык показателям современных радиоэлектронных устройств, особенно в бортовом применении, становится невозможной.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является резервированный многофазный импульсный стабилизатор, содержащий N фазовых каналов каждый из которых включает регулирующий транзистор, диод и дроссель, соединенные между собой и выходным LC фильтром, N широтно-импульсных модуляторов, выходами подключенных к управляющим входам соответствуюьвнх регулирующих транзисторов фазовых каналов, первыми входами соединенныа через блок обратной связи с выходными выводами стабилизатора, вторыми входами подключенных к соответствующий выходам управляемого кольцевого распределителя, тактовый вход которого соединен с выходом задающего генератора, управляющие входы каж дого из разрядов управляемого кольцевого распределителя подключены к соответствующим выходам блоков контроля исправности фазовых каналов, входы которых подключены к общей точке соединения регулирующего транэистора, диода и дросселя соответствующих фазовых каналов.

Такой стабилизатор позволяет создавать отказоустойчивые вторичные источники питания с высокими удельны ми характеристиками 23.

Недостатком известного стабилизатора является то, что его применение приводит к увеличению интенсивности отказов электрорадиоэлементов (ЭРЭ) при работе источника питания с отключенным фазовым каналом прИ отказе его (одним или нескольким).

Увеличение интенсивности отказов ЭРЭ обусловлено увеличением частоты

переключения регулирующих элементов в фазовых каналах от fg до ffn0x при отказах фазовых каналов, где f - частота переключения, когда все фазовые каналы исправны; частота переключения при деградации многофазного стабилизатора с числом фазовых каналов N в стабилизатор с числом каналов п (п - минимально необходимое число фазовых каналов стабилизатора)

Увеличение частоты переключения вызывает увеличение динамических потерь мощности на регулирующем элементе (транзисторе) при условии, что частота f выбрана из условия обеспечения минимальных динамических потерь, а это приводит к возрастанию температуры корпуса транзистора и окружающей среды; а также увеличение числа циклов |включено-выключено и увеличение электрической нагрузки ЭРЭ.

К числу основных условий, вли(Яющих на интенсивность отказов элементов, относятся электрические нагрузки, температура окружаюц}ей среды и число циклов включено-выключено на 1 ч непрерывной работы,,

Кроме того, возможность изменения частоты пульсации в каждом фазовом канале при увеличении частоты переключения необходимо учитывать .при выборе фильтра, устанавливаемого в фазовом канале, а это связано с некоторым увеличением габарита и веса его.

Известный импульсный стабилизатор напряжения рассчитывается так, что каждый из N фазовых каналов имее облегченный электрический режим, т.е. имеет резерв по электрической нагрузке и этот резерв расходуется по мере деградации схемы. Однако такое построение стабилр.затора не позволяет создавать вторичные источники питания с повышенным ресурсом, поскольку ресурс всех фазовых кана JIOB начинает расходоваться с момента включения в работу блока и интенсивность выработки возрастает при появлении неисправности каналов. Кроме того, всегда имеющаяся несимметрия в работе фазовых каналов при1водит к появлению в спектре выходного тока низкочастотных составляющих с частотой работы одного фазового канала, которые плохо фильтруются выходным LC фильтром, рассчитанным на подавление основной частоты пульсаций, равной частоте задающего генератора. Причем с ростом числа фазовых каналов разница в этих частотах увеличивается. Повышение надежности стабилизатора за счет введения избыточных фазовых каналов приводит, таким образом, к увеличению низкочастотных пульсаций на выходе. Это является недостатком известного стабилизатора и ограничивает область его применения. Целью изобретения является повыше ние надежности путем обеспечения оптимальной частоты переключения регул рующих элементов в фазовых каналах и возможности построения вторичных источников питания .с повышенным ресурсом. Цель достигается тем, что в стабилизатор, содержащий N фазовых кана лов , каждый из которых включает регулирующий транзистор, диод и дроссель , соединенные между собой и выходным LC фильтром, N миротно-импуль сных модуляторов, выходс1ми подключенных к управляющим входам соответствующих регулирующих транзисторов фазовых каналов, первыми входами соединенных через блок обратной свя . зи с выходными выводами стабилизато ра, вторыми входами подключенных к соответствующим выходам управляемого кольцевого распределителя, тактовый вход которого соединен с первым выходом задающего генератора, первые управляющие входы каждого из N разря дов управляемого кольцевого распределителя подключены к соответствующим выходам N блоков контроля исправности фазовых каналов, входы которых подключены к общей точке соединения регулирующего транзистора, диода и дросселя соответствующих фазовых каналов, введены N формиро вателей одиночных импульсов и генер тор случайных чисел, а из общего числа N фазовых каналов п - является рабочими, а N-n - резервными, причем каждый выход генератора случайных чисел подключен к соответствующему второму управляющему входу каждого из N разрядов управляемого кольцевого распределителя, в.торой выход задающего генератора подключен к входам фбрмирователей одиночных импульсов, выходы которых подключены к управляющим входам соответствующих регулирующих транзисторов фазовых каналов,. Введение новых элементов и связей позволяет поддерживать оптимальное значение частоты коммутации фазовых каналов- за счет того, что каждый :раз при включении стабилизатора из всего множества N фазовых каналов случайным образом выбираются п последователь исправных фазовых Kar налов, при этом их число всегда поддерживается постоянным и равным п, что обеспечивает и постоянство частоты коммутации и независимость ее от числа избыточных фазовых каналов ;что уменьшает низкочастотные пульсации на выходе, поскольку наличие избыточности не уменьшает частоту ..работы фазовых каналов. На чертеже представлена блок-схе ма устройства. Стабилизатор содержит 1.1, 1.2, 1.3, ..., 1. N+n фазовых каналов, каждый из которых содержит регулирующий элемент 2, дроссель 3 и диод 4. Каждый из N регулирующих элементов 2 управляется с выхода одного из N широтно-импульсных модуляторов 5. Один из входов всех модуляторов 5 подключен к выходу усилителя обратной связи 6, вход которого подключен .к выходному зажиму 7 источника питания. Выходной конденсатор 8, нагрузка 9 и дроссель 10 также подключены к зажиму 7. Вторые входы широтно-имт пульсных модуляторов 5 подключены к соответствующим выходам N разрядного управляемого кольцевого распределителя 11, тактовый вход которого соединен с выходом задающего генератора 12. Блок контроля исправности |13, число входов и выходов которого равно N. Выходы блока 13 соединены I с первыми управляющими входами соответствующих разрядов кольцевого распределителя 11, а на его вторые управляющие входы разрядов подаются сигналы с соответствующих выходов генератора случайных чисел 14. Второй выход задающего генератора 12 соединен через, формирователи одиночных-импульсов 15 с входами регулирующих элементов 2. Стабилизатор работает следующим образом. При включении питания срабатывает генератор случайных чисел 14, который вырабатывает число в пределах N, которое определяет номер фазового канала, начиная- с которого в управляемом кольцевом распределителе 11 подготавливается включение фазовых каналов,i Одновременно включается задающий .генератор 1.2 к формирователи одиночных импульсов 15 вырабатывают импульсы небольшой длительности, которые поступают на входы регулирующих элементов 2. Длительность этих импульсов выбирается такой, чтобы фазовые каналы передавали минимальную мощность при поступлении их на входы регулирующих элементов 2. Блок контроля 13 производит анализ поступивших на вход сигналов и вырабатывает сигнал управления соответствующими разрядами управляемого кольцевого распределителя 11. Если исправны все каналы, то на выходе п появляется управляющий сигНо1Л с частотой , где f - тактовая частота с задающего генератора; - частота коммутации, выбранная из условия обеспечения минимальных динамических потерь на регулирующем транзисторе при переключениях.

В дальнейшем второй выход задающего генератора 12 блокируется и ис.правность рабочих каналов определяется при прохождении через фазовый канал управляющих импульсов с ШИМ.

При отказе любого из п рабочих каналов блок контроля и управления 13 вырабатывает сигнал. блокировки соответствующего разряда, следовательно, и соответствуивдего фазового канала, и в кольцевом распределителе 11 осуществляется включение резервного канала, при этом число рабочих каналов всегда остается равным,п.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет сохранить оптимальные частоты коммутации регулирующих элементов в фазовых каналах и решить таким образом вопросы уменьшения интенсивности отказов ЭРЭ в фазовых каналах. Кроме того, предлагаемый способ позволяет разрабатывать источники питания повышенного ресурса за счет равномерной выработки всех N фазовых каналов путем включения случайным овразом п рабочих из всех имеющихся TI разовых каналов и уменьшить пульсации на выходе.

Экономический эффект от внедрения изобретения достигается за счет увеличения надежности и повьваения ресур са, а также за счет уменьшения выходных пульсаций и составляет примерно 80 руб. по сравнению с серийно выпус каемыми блоками БП10-1, БП10-5.

РЕЗЕРВИРОВАННЫЙ МНОГОФАЗНЫЙ, ИМПУЛЬСНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ, Iсодержащий N фазовых каналов, каждый из которых включает регулирукяций транзистор, диод и дроссель, соединенные между собой и с выходным LC фильтром, N широтно-импульсных модуляторов, выходами подключенных к управляющим входам соответствующих регулирующих транзисторов фазовых каналов It первыми входами соединенных через блок обратной связи с выходными илводами стабилизатора, вторыми входами подключенных к соответствукяцим выходам управляемого кольцевого распределителя, тактовый вход которого соединен с первым выходом задающего генератора, первые управляющие входы каждсзго из N разрядов.управляемого кольцевого распределителя подключены к соответствующим выходам N блоков контроля исправности фазовых каналов, входы которых подключены к общей-точке соединения регулирующего транзистора, диода и дросселя соответствунвдих фазовых каналов, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности путем обеспечения оптимальной частоты-переключения регулирующих транзисторов фазовых каналов и повышения ресурса стабилизатора введены N формирователей одиночных импульсов и генератор случайных чисел, j а из общего числа N фазовых каналов (П п является рабочими, а N-n - резервныкщ, причем каждый выход генератора случайных чисел подключен к соответствующему второму управляющему ,входу каждого из N разрядов управля-- Р .емого кольцевого распределителя, второй выход задающего генератора подключен к входам формирователей одиночных импульсов, выходы которых подклш чены к управляюь им входам соответствующих регулирующих транзисторов фазовых кансшов.

i

jr

X

.

Х2

15

15

I-.JT

а I /

тп .

gi 91

д

ч