Импульсный резервированный стабилизатор напряжения Советский патент 1984 года по МПК H02J9/06 G05F1/56 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах бесперебойного питания радиоаппаратуры и устройств автоматики .

Известен стабилизатор напряжения постоянного тока, содержащий два канала регулирования, включенные через разделительные элементы параллельно нагрузке, каждый из которых состоит из последовательного регулирующего элемента, блока защиты со схемой сравнения, включенного между регулирующим и разделительньми элементами, и органа сравнения, вклю ченного между разделительным элементом и нагрузкой Cl3Данный стабилизатор характеризуется наличием разделительного элемента, играющего роль переключающего устройства, имеющего недостаточно высокую надежность. Кроме того, из-за инерционности блока защиты при возникновении неисправности типа короткого замыкания регулирующего элемента выходное напряжение стабилизатора на время срабатывания блока защиты может увеличиваться практически до напряжения питания стабилизатора, что недопустимо для нормального функционирования некоторых видов радиоэлектронной аппаратуры.

Известен также резервированный стабилизатор напряжения, в котором регулирующий транзистор резервируетс,я четырьмя транзисторами, каждый из которых обеспечивается своей схемой управления. Данный стабилизатор нормально функционирует при любой одной возможной неисправности, причем выходное напряжение стабилизатора при отказах элементов остается постоянным или изменяется на величину разницы уровней стабилизации стабилитронов работающей и отказавшей схем управления регулирующих транзисторов L2J.

К недостаткам данного стабилизатора можно отнести относительную сложность его, так как на каждый регулирующий транзистор требуется своя схема управления (всего четыре схемы управления), и трудность контроля исправности резервированных элементов, так как с повыщением глубины резервирования все труднее обнаруживать скрытые дефекты и частичные отказы, которые себя явно .почи не проявляют.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению являются функциональные узлы (ФУ) с мажоритарным .резервированием, при котором несколько идентичных функциональных узлов подключаются к общей нагрузке не непосредственно, а через логический пороговый элемент мажоритарный орган (МО), на выходе которого передаваемый сигнал появляется только в том случае, если он был подан на большинство входов МО, т.е. когда исправна больщая часть одиночных ФУ. Наибольщее распространение получила мажоритарная схема с дублированным М По известной структуре может быть построена схема импульсного резервированного стабилизатора напряжения в котором мажоритарным органом является регулирующий каскад, управляемый от трех каналов управления. Регулирующий каскад состоит из двух параллельных ветвей, в каждой из которых силовые ячейки соединены последовательно, между двумя параллельным ветвями включен диод, который соединяет в диагональ две силовые ячейки, управляемые от одного канала. Два других канала управления соединены с другими силовыми ячейками. Таким образом, мажоритарный орган обеспечивает функционирование при неисправности любой из силовых ячеек или управляющего канала или диода СЗ.

Недостатком рассмотренного МО является наличие диода, особенно когда МО является одновременно силовым выходным каскадом. В этом случае диод должен выбираться исходя из рабочего тока выходного каскада, т.е. диод должен быть достаточно мощным, что в итоге приводит к увеличению массы и габаритов МО и всего устройства в целом; Кроме того, наличие диода ведет к умейьщению надежности МО и КПД.

Целью изобретения является упроще ние и осуществление проверки исправности каналов управления и силовых ячеек регулирующего каскада.

Поставленная цель достигается тем, что в импульсном стабилизаторе напряжения, содержащем три канала управления,. каждый из ко7орых состоит из последовательно соединенных источника опорного напряжения, компаратора и предварительного усилителя с двумя синфазными выходами, регулирующий каскад, подключенный входом и выходом соответственно к питающему выводу и к поэлементно резервированному LCD-фильтру, который соединен с входным выводом и с объединенными упрарпяющими входами компараторов каждого канала, при этом регулирующий каскад состоит из двух параллельных ветвей, каждая ив которых имеет две последовательно соединенные регулирующие силовые ячейки, выходы предварительного усили теля первого канала по отдельности подключены к управляющим входам тех силовых ячеек, которые соединены с питающим выводом, выходы предварительного усилителя второго канала .подключены к управляющим входам тех. силовых ячеек, которые соединены с LCD-фильтром, один из выходов предварительного усилителя третьего канала подключен к управляющему входу силовой ячейки, которая в одной из параллельных ветвей соединена с питающим выводом, а другой выход предварительного усилителя третьего канала соединен с управляющим входом силовой ячейки, которая в другой ветви соединена с LCD-фильтром.

Кроме того, компараторы каждого канала снабжены двумя дополнительными управляющими входами для подачи сигналов контроля исправности.

На чертеже представлена функциональная схема импульсного резервирования стабилизатора напряжения.

Резервированный стабилизатор состоит из трех идентичных каналов управления 1-3, каждый из которых содержит в своем составе источник опорного напряжения 4, компаратор 5, предварительный усилитель 6, силового регулирующего каскада 7, являющегося одновременно мажоритарным органом и состоящего из четырех силовыхячеек 8-11 и поэлементно --резервированного LCD-фильтра 12, к выходу которого подсоединена нагрузка 13.

Предварительные усилители каждого канала управления имеют по два синфазных выхода. Выходы предварительного усилителя (ПУ) первого канала управления подключены к управляющим входам силовых ячеек 8 и 9 , регулирующего каскада, выходы ПУ второго канала управления присоединены к управляющим входам силовых ячеек 10 и 11, выходы ПУ третьего канала управления - к управляющим

входам 8 и 11 силовых ячеек регулирующего каскада.

Устройство работает следующим образом.

Обеспечение выходного напряжения происходит традиционным образом. При возникновении неисправности, например,первого канала, приводящей к запиранию силовых ячеек 8 и 9, регулирующий каскад функционирует нормально, так как в этом случае ветвь, составленная из последовательного соединения ячеек 8 и 10, будет проводить ток, поскольку переключение силовой ячейки 8 в этом случае осуществляется ПУ третьего канала управления. Аналогично, при отказе второго канала управления, приводящем к запиранию силовых ячеек 10 и

-11, ток будет проводить ветвь из последовательно соединенных ячеек 9 и 11 и регулирующий каскад функционирует также нормально. Отказ третьего канала управления,вызывающий запирание силовых ячеек 8 и 11, вообще не сказывается на работоспособности регулирующего каскада, поскольку управление ячейками 8 и 11 в этом случае происходит нормально функционирующими 1 и 2 каналами управления.

Отказ любого одного из каналов управления, приводящий к насьвдению силовых ячеек, не нарушает работоспособности регулирующего каскада, так как открывается по одной силовой ячейке из двух последовательно включенных в каждой параллельной ветви регулирующего каскада Спри отказе первого канала отпираГотся силовые ячейки 8 и 9 и нормальное функционирование регулирующего каскада обеспечивают силовые ячейки 10 и 11, при отказе второго канала управления открыты силовые ячейки 10 и 11, нормально работают 8 и 9 силовые ячейки, а при отказе третьего канала управления отпираются ячейки 8 и 11 и нормально функционируют силовые ячейки 9 и 10). При любой одной неисправности силовой ячейки (короткое замыкание или обрыв) регулирующий каскад также полностью сохраняет свою работоспособность. Так как LCD-фильтр выполнен поэлементно резервированным, то отказ любого

одного из его элементов не приводит к нарушению работоспособности стабилизатора. При любом одном отказе элемента стабилизатора выходное егонапряжение сохраняется постоянным или изменяется на величину, определяемую разницей выходных напряжений стабилизатора при автономной настройке его каналов управления.

Для проверки целостности каналов управления и силовых ячеек регулирующего каскада стабилизатора на компаратор каяадого канала управления подаются две команды. Когда обе команды имеют значения, равные единице, то они не оказывают никакого влияния на компаратор. При командах , а компаратор 5 принимает такое состояние, при котором, например, выходные сигналы с ПУ канала управления приводят соответствукнцие силовые ячейки регулирующего каскада в запертое состояние, а при командах , - в открытое положение.

Полную проверку исправности каналов управления и каждой силовой ячейки регулирующего каскада можно

осуществить, например, набором команд, приведенных в таблице истинности состояний.;

Для настройки стабилизатора достаточно набора из трех команд (1,3 и 5, см. таблицу), каждая из которых вьщеляет один автономно работающий канал управления из трех.

Резервированный импульсный стабилизатор напряжений по сравнению с поэлементно-резервированным стабилизатором имеет меньше (на один) каналов управления, а по сравнению с имеющимися устройствами, резервирование которых основано на использовании мажоритарных органов, обладает более простым МО, в котором исключен диод. Кроме того, предлагаемьй стабилизатор снабжен командными цепями, которые позволяют просто осуществить настройку и проверку исправности каналов управления и силовых ячеек регулирующего каскада.

1. ИМПУЛЬСНЫЙ РЕЗЕРВИРОВАННЫЙ -СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ, содер- жащий три канала управления, каждый из которых состоит из последовательно соединенных источника опорного напряжения, компаратора и предварительного усилителя с двумя синфазными выходами, регулирующий каскад, подключенный входом и выходом соответственно к питающему выводу и к поэлементно резервированному LCD-фильтру, который соединен с выходным выводом и с объединенными управляющими входами компараторов каждого канала, при этом регулирующий каскад состоит из двух параллельных ветвей, каждая из которых имеет две.последовательно соединенные регулирующие силовые ячейки, отличающийся тем, что, с целью упрощения, выходы предварительного усилителя первого канала по отдельности подключены к управляющим входам тех силовых ячеек, которые соединены с питающим выводом, выходы предварительного усилителя второго канала подключены к управляющим рходам тех силовых ячеек, которые соединены с LCD-фильтром, один из выходов предварительного усилителя третьего канала подключен к управляющему входу i силовой ячейки, которая в одной из (О паралле гьных ветвей соединена с питающим выводом, а другой выход С предварительного усилителя третьего канала соединен с управляющим входом силовой ячейки, которая в другой ветви соединена с LCD-фильтром. 2. Стабилизатор напряжения по 00 О5 п. 1, отличающийся тем, что, с целью осуществления проверки СП исправности каналов управления и силовых ячеек регулирующего каска да, компараторы каждого канала снабжены двумя дополнительными управляющими входами для подачи сигналов контроля исправности.

О

Канал управления 3 силовая ячейка 8

Канал управления 2 силовая ячейка 11

Канал управления 1 силовая ячейка 9

Канал управления 2 силовая ячейка 10

1 Канал управления 2 силовые ячейки 10, 11