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

Изобретение относится к автомати ческим системам регулирования постоянного тока, снабженньам блоком преобразования напряжения и может найти применение при разработке ста билизированных источников питания радиоэлектронной аппаратуры. Известен стабилизированный источник питания, содержащий преобразователь постоянного напряжения в постоянное с широтно-импульсной МОдуляцией, полупроводниковый выпрямитель, сглаживающий фильтр, блок согласования с управляющим входом преобразователя, задающий генератор ждущий мультивибратор и датчик обратной связи , Недостатками известного устройст ва являются низкий динамический коэффициент стабилизации и, как сле ствие, значительные изменения напря жения на выходе при воздействии широкого частотного спектра помех на входе устройства. Известен также стабилизированный источник питания, относящийся к классу компенсационно-параметрических импульсных стабилизаторов напря жения и содержащий ключевой регулирующий элемент/ сглаживаюпщй филь задающий генератор, модулятор ширин импульсов, блок согласования с управляющим входом регулирующего элемента и датчик обратной связи СзЗ. Такие устройства обладают высоки динамическим коэффициентом стабилизации выходного напряжения, однако их применение ограничивается только устройствами, не требующими гальванической развязки между входом и выходом, в устройствах с гальванической развязкой между входом и выходом их применение принципиально невозможно. Наиболее близким к изобретению является стабилизированный источник питания, содержащий преобразователь постоянного напряжения с широтно- импульсной модуляцией, дополнительный источник питания и делитель напряжения, входы питания которых под ключены к выводам для подключения первичного источника питания, задаю щий генератор, выход которого соеди нен через блок согласования с управ ляющим входом преобразователя посто янного .напряжения с широтно-импуль ной модуляцией, вход которого через датчик обратной связи соединен с вы ходом источника и первым входом уси лителя обратной связи, второй вход которого подключен к источнику опор ного напряжения, выход усилителя об ратной связи через первый ключ подключен к одной из обкладок первого конденсатора, к которой подключены также вход первого порогового блок и через первый стабилизатор тока первый выход дополнительного источника питания, а вторая обкладка первого конденсатора соединена с общей точкой первого порогового блока и усилителя обратной связи, управляющий вход первого ключа соединен с выходом первого элемента ИЛИ, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходом первого порогового блока и выходом первого импульсного трансформатора, и второй импульсный трансформатор З. Недостатком известного устройства являются значительные изменения напряжения на выходе при воздействии широкого частотного спектра помех на входе устройства. Это обусловлено тем, что в данном устройстве невозможно добиться постоянства динамического коэффициента стабилизации в диапазоне частот от нуля до резонансной частоты сглаживающего фильтра при высоком статическом коэффициенте стабилизации и сохранении устойчивости, работы стабилизатора. Цель изобретения - повышение стабильности выходного напряжения при воздействии широкого частотного спектра поМех на входе устройства. Указанная цель достигается тем, что в стабилизированный источник питания, содержащий преобразователь постоянного напряжения с широтноимпульсной модуляцией, дополнительный источник питания и делитель напряжения, входы питания которых подключены к выводам для подключения первичного источника питания, задающий генератор, выход которого соединен через блок согласования с управляющим входом преобразователя постоянного напряженияс широтно-импульсной модуляцией, выход которого через датчик обратной связи соединен с выходом источника и первым входом усилителя обратной связи, второй вход которого подключен к источнику опорного напряжения,выход усилителя обратной связи через первый ключ подключен к одной из обкладок первого конденсатора, к которой подключены также вход первого порогового блока и .через первый стабилизатор тока - первый выход дополнительного источника питания, а другая обкладка первого конденсатора соединена с общей точкой первого порогового блока и усилителя обратной связи, управляющий вход первого ключа соединен с выходом первого элемента ИЛИ, первый и второй вход которого соединены соответственно с выходом первого порогового блока и выходом первого.импульсного трансФорматора, и второй импульсный трансформатор, введены второй и третий стабилизаторы тока, второй, третий и четвертый ключи, второй элемент

ИЛИ, второй конденсатор, второй пороговый блок, R9-триггер, первый и второй формирователи коротких им пульсов и элемент И, причем второй .выход дополнительного источника питания соединен с .входами второго и третьего стабилизаторов тока, выходы которых соответственно через второй и третий ключи подключены к одной из обкладок второго конденсатора, к которой также подключены вход второго порогового блока и через четвертый ключ - выход второго элемента ИЛИ/ другая обкладка второго конденсатора соединена с общей шиной четвертого ключа и второго порогового блока, выход первого порогового блока через последовательно соединенные первый формирователь коротких импуль сов и второй импульсный трансформато подключены к R-входу RQ-триггера и к первомувходу второго элемента ИЛИ, выход второго порогового блока соединен -с вторым входом второго элемента ИЛИ и первым входом элемента И 1ВЫХОД задающего генератора через второй формирователь коротких импульсов подключен к входу первого импульсного трансформатора и к -5 -входу )-триггера, инверсный выход которого соединен с управляющим входом третьего ключа, а его прямой выход соединен с управляющим входом второго ключа и вторым входом элемента И, выход которого соединен с блоком согласования, выход делителя напряжения соединен с управляющим входом второго стабилизатора тока.

На фиг.1 приведена структурная схема стабилизированного источника питания; на фиг.2 - диаграммы напряжения, поясняющие работу устройства.

Устройство содержит преобразователь постоянного напряжения с широтногимпульсной модуляцией 1, дополнительный источник питания 2, делитель напряжения 3, задающий генератор 4, блок согласования 5, датчик обратной связи 6, усилитель обратной связи 7, источник опорного напряжения 8, первый ключ 9, первый конденсатор 10, первый пороговый блок 11, первый стабилизатор тока 12, первый элемент ИЛИ 13, первый импульсный трансформатор 14, второй импульсный трансформатор 15, второй стабилизатор то|ка 16, третий стабилизатор тока 17, второй ключ 18, третий ключ 19, чет вертый ключ 20, второй элемент ИЛИ 21, второй конденсатор 22, второй пороговый блок 23, RS -триггер 24, первый формирователь коротких импульсов 25, второй формир ователь коротких импульсов 26, элемент И 27.

Стабилизированный источник питания представляет собой управляемый преобразователь постоянного напряжения в постоянное с широтно-импульс-ной модуляцией и с гальванической развязкой между входом и выходом. Преобразование постоянного напряжени одного уровня в постоянное напряжени другого уровня осуществляет преобразователь постоянного напряжения с широтно-импульсной модуляцией 1. Управление преобразователем осуществляется блоком согласования 5, частоту работы которого определяет заданиций генератор 4. Формирование импульса управления осуществляется схемой И 27, US-триггером 24 и широтно-импульс ньлм модулятором, содержащим пороговый блок 23, конденсатор 22, ключи 18 - 20, элемент ИЛИ 21 и стабилизаторы тока 16 и 17, обеспечивающие линейное нарастание напряжения на конденсаторе 22. Стабилизаторы тока 16 и 17 питаются от дополнительного источника питания 2. Выходной ток стабилизатора тока 16 зависит от входного напряжения за счет управления через делитель напряжения 3. Для формирования начального напряжения на конденсаторе 22, линейно зависящего от выходного напряжения усилителя обратной связи 7, на вход которого подаются сигналы с датчика обратной связи 6 и источника опорног напряжения 8, служит широтно-импульсный модулятор, содержащий пороговый блок 11, конденсатор 10, ключ 9, схему ИЛИ 13 и стабилизатортока 12. Для гальванической развязки между входом и выходом используются им- пульсные трансформаторы 14 и 15, согласованные по длительности импульса с формирователями,коротких импульсов 25 и 26. ,

Задающий генератор 4 вырабатывает импульсы с постоянной частотой следования (диаграмма Л, фиг.2). С выхода задающего генератора импульсы поступают на один из входов блока согласования 5, как тактовые для преобразователя постоянного напряжения с широтно-импульсной модуляцией 1. Импульсы с выхода задающего генератора поступают также на второй формирователь коротких импульсов 26, которыйна месте отрицательного фронта импульса задающего генератора формирует короткий импульс (диаграмма Б, фиг.2). Короткие импульсы устанавливают в положение Ч i 5-триггер 24, а также, пройдя через первый импульсный трансформатор 14 и первый элемент ИЛИ 13, запирают первый ключ 9, После каждого запирания первого ключа начинается заряд первого конденсатора 10 через первый стабилизатор тока 12 от дополнительного источника питания 2. Когда напряжение на первом конденсаторе достигает порогового значения Опор. (диаграмма В, фиг.2), срабатывает первый пороговый блок 11, и сигнал

С его выхода, пройдя через первый элемент ИЛИ, отпирает первый ключ. Первый конденсатор разряжается,а на выходе первого порогового блока формируется прямоугольный импульс (диаграмма Г, фиг,2), Разряд первого . конденсаторд происходит через открытый первый ключ и усилитель обратной связи.7 до остаточного напряжения (диаграмма В, фиг.2), которое прямо-, пропорционально сигналу, поступающему на вход усилителя обратной связи от датчика обратной связи 6. На второй вход усилителя обратной связи поступает опорное напряжение от источника опорного напряжения 8. Длительность импульса, формируемого на выходе первого порогового блока, обратно пропорциональна величине остаточного напряжения DO

далее импульсы с выхода первого порогового блока поступают на первый формирователь коротких импульсов 25, который на месте отрицательного фронта формирует короткий импульс (диагpaivjf a Д, фиг. 2) . Короткие импульсы пройдя через второй импульсный трансФорматор 15, устанавливают в положение О RS -триггер. Следовательно на -прямом выходе RS -триггера формируются импульсы, равные по длительности импульсам на выходе первого порогового блока (диаграмма Г, фиг.2 Кроме того, короткие импульсы, пройдя через второй элемент ИЛИ 21, запиЕают четвертый ключ 20. После каждого запирания четвертого ключа начи нается заряд второго конденсатора 22 от дополнительного источника питания через третий стабилизатор тока 17, так как в этот момент времени третий ключ 19 открыт уровням логической , поступающим с инверсного выхо Й.5-триггера, а второй ключ отпираетс уровнем логической , поступающим с прямого выхода Я9 -триггера. Далее заряд второго конденсатора происходит через второй стабилизатор тока, ток стабилизации которого, а следовательно, и время, за которое напряжение .на втором конденсаторе достигает порогового значения Uпор(диаграмма Е, фиг.2), зависят от напряжения первичного источника питания. Напряжение первичного источника питания через делитель напряжения 3 подается на управляющий вход второго стабилизатора тока. .

Когда напряжение на втором конденсаторе достигает порогового значения ОПОР, срабатьшает второй пороговый блок 23, и сигнал с его выхода, пройдя через второй элемент ИЛИ, отпирает четвертый ключ. Второй конденсатор разряжается до нуля, а на выходе порогового блока формируется прямоугольный импульс (диаграмма Ж, фиг.2), который поступает на один

из входов элемента И 27. На второй вход элемента И поступают импульсы с прямого выхода RS -триггера. С выхода элемента И на блок согласования приходят импульсы, длительность которых равна разности длительности импульсов на выходе второго порогового блока и длительности паузы между импульсами на прямом выходе (-триггера (диаграмма 3, фиг.2).

Блок согласования разводит импульсы управления на два канала (если преобразователь напряжения двухтактный) , усиливает и.подает на базы транзисторов преобразователя напряжения, С выхода преобразователя вып|рямленное и отфильтрованное напряжение через датчик обратной связи поступает на; нагрузку.

Величина начального напряжения Он (диаграмма Е, фиг.2) прямопропорциональна величине остаточного напряжения Uo (диаграмма В, фиг.2), а следовательно, и сигналу обратной связи. Так как время, в течение которого формируется начальное напряжени UH вычитается из общей длительности импульса на выходе второго пороговог блока, то длительность импульса управления обратно пропорциональна величине начального напряжения (Jj (аналогично тому, как длительность импульса на выходе первого порогового блока зависит от остаточного напряжения UQ)

При изменении напряжения первично го источника питания длительность импульсов управления изменяется таким образом, чтобы вольтсекундная площадь импульсов на выходе преобразователя напряжения (импульсы напряжения на входе выпрямителя) оставалась постоянной (при постоянной величине сигнала обратной связи). Например, при увеличении напряжения первичного источника питания увеличивается ток стабилизации второго стабилизатора тока, что приводит к уменьшению длительности импульса управления. При этом имеет место гиперболическая зависимость длительности импульса управления от напряжения первичного .источника питания и тика стабилизации второго стабилизатора тока.

Из этого следует, что описываемый стабилизированный источник питания является компенсационно-параметрическим и обеспечивает инвариантное регулирование выходного параметра относительно входного напряжения.

Использование предлагаемой схемы стабилизированного источника питания позволяет значительно уменьшить изменение напряжения на выходе при воздействии широкого частотного спектра помех на входе устройства. Эффективность предлагаемого стабилизированного источника питания осе- .

бенио сильно проявляется при применении в радиоэлектронной аппаратуре, связанной с передачей телеметрической информации или передачей данных, .где информация передается в виде массива данных. Если случайная помеха на шинах питания приводит к сбою в передаче массива данных, то необходимо весь массив данных передавать заново что вызывает экономические издержки. В том случае, если (Сбои в передаче массива данных не

Допустимы, в базовых объектах дополнительно к импульсным стабилизаторам на выходе стабилизированного источника питания устанавливают линейные стабилизаторы напряжения, что приводит к уменьшению КПД на 20-30%. Применение описываемого стабилизированного источника питания позволяет избежать потери электроэнергии, свяIзанные с установкой дополни0тельных линейных стабилизаторов i

СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ, содержа1 Ц1й преобразователь постоянного напряжения с широт ноимпульсной модуляцией, дополнительный источник питания и делитель напряжения, входы пит.ания которых подключены к вьшодам для подключения первичного источника питания/ задающИй генерато1р, выход которого соединен через блок согласования с управляющим входом преобразователя постоянного напряжения с широтно-Импульсной модуляцией, выход которого через датчик обратной связи соединен с выходом источника и первым входом усилителя обратной связи, второй вход которого подключен к источнику опорного напряжения, выход усилителя обратной связи через первый ключ подключен к одной из обкладок первого конденсатора, к которой подключены также вход первого порогового блока и через первый стабилизатор тока - первый выход дополнительного источника питания, а другая обкладка первого конденсатора соединена с общей точкой первого порогового блока и усилителя обратной связи, управляющий вход первого ключа соединен с .выходом первого элемента ИЛИ, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходом первого порогового блока и выходом первого им рульсного трансформатора, и второй импульсный трансформатор, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности выходного напряжения при воздействии широкого частотного спектра помех на входе в него введены второй и третий стабилизаторы тока, второй, третий и четвертый ключи/ второй элемент ИЛИ; второй конденсатор, второй пороговый блок, Я5-триггер, первый и второй формирователи коротких импульсов и элемент И, причем второй выход дополнительного источника питания соединен с входами второго и третьего стабилизаторов тока, выход которых соответственно через второй и третий ключи подключены к одной яэ обкладок второго конденсатора, к которой такСО же подключены вход второго порогового блока и через четвертый ключ выход второго элемента ИЛИ, другая обкладка второго конденсатора соединена с общей шиной четвертого ключа и второго порогового блока, выход первого порогового блока через последовательно соединенные первой формирователь коротких импульсов и второй импульсный трансформатор Подключен к R-рходу R.S-триггера и к первому входу второго элемента ИЛИг выход второго порогового блока соединен с вторым входом элемента ИЛИ и первым входом элемента И, выход задающего генератора через второй формирователь коротких импульсов подослючен к входу первого импульсного трансф01 1атора и к S -входу RS триггера/ инверсный выход которого соединен с управляющим входом третьего ключа/ а его- прямой выход соединен с управляющим входом второго ключа и вторым входом элемента И/ выход которого соединен с блоком согласования/ выход делителя напряжения соединен с управляющим входом второго стабилизатора тока.

У