Многоканальный стабилизированный источник питания Советский патент 1984 года по МПК G05F1/56 

ратора .блока стабилизации напря.Жения,

2. Источник питания по п. 1, о тл и чающийся тем, что блок преобразования числа импульсов во временной интервал состоит из блока вьзделения переднего фрончга импульса и узлов по числу каналов источника, каждый из которых состоит из двух одинаковых половин, включающих по четыре двухвходовых злемента И одному реверсивному счетчику и многовходовому злёменту И-НЕ, причем тактирующие противоположнополярные входы половин объединены и подсоединены к тактирующим входам блока преобразования числа импульсов во временной интервал, входы строба -и опроса половин объединены и соединены с входами строба и опроса блока преобразования числа импульсов во временной интервал, тактирующий первый вход узла соединен с первым входом первого злемента И с входом схемы вьщеления переднего фронта импульса, второй, вход строба узла соединен с вторым входом первого элемента И, выход которого соединен со счетным входом на вычитание реверсивного счетчика, четвертый противоположной полярности тактирующий вход узла соединен с первым входом второго злемента И, а второй вход зтого злемента соединен с выходом третьего злемента И, первый из входов которого соединен с третьим входом опроса узла, а второй вход - с выходом многовходового злемента И-НЕ входы которого соединены с выходами реверсивного счетчика, установочный вход счетчика соединен с выходом блока вьщеления переднего фронта импульса счетный вход на сложение соединен с выходом второго злемента И, первый вход четвертого злемента И соединен с выходом злемента И-НЕ, а второй вход - с одним из i входов злемента И-НЕ, и четвертым входом узла, а выход четвертого злемента И соединен с выходом половины узла, выход которого соединен с одним из выходов блока преобразования числа импульсов во временной интервал.

1. МНОГОКАНАЛЬНЫЙ СТАБИ.ПИЗИРОВАННЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ, содержащий низкочастотный выпрямитель, входом соединенный с входными клеммами, а выходом - с входом блока стабилизации напряжений, состоящего из N(,3...) регулирующих ключей, источника опорного напряжения, выходом соединенного с одним из входов компаратора, блок из N трансформаторов, первичные входы которых соединены с N выходами блока стабилизации напряжений и с выходом низкочастотного выпрямителя, вторичные обмотки подключены к входам N блоков высокочастотных выпрямителей с накопительными элементами, выходы которых подключены к соответствующим выходным клеммам, высокочастотный генератор опроса, выходом соединенный с входом формирователя, тактовых импульсов и кольцевого распределителя, выход которого соединен с N управляющими входами коммутатора , о т л и ч а ю щ. и и с я тем, что, с целью повьщ1ения эффективности стабилизации При увеличении числа каналов без повьшения частоты стабилизации, в него введены блок рас- пределення строба, элемент задержки, блок преобразования числа импульсов во временной интервал и маломощный источник питания, при этом контактирующие входы блока преобразования числа импульсов во временной интер-.вал соединены с входами формирователя тактовых импульсов, выполненного в виде делителя частоты, а входы строба и опроса соединены с выходами блока распределения строба и выходами кольцевого распределителя соответственно,входы блока распределения CTpo6iB соединены с выходами кольцевого распределителя и элемента задержки, вход элемента задержки соединен с входом кольцевого распределителя, парные выходы по числу выходных каналов блока преобразования числа импульсов во временной интервал соединены с управляющими входами регулирующих ключей, выходы ГО которых попарно объединены и соединео ны с выходами блока стабилизации ел СО 00 напряжений, а входы по полярно.сти объединены и соединены с его входами, вход маломощного источника подключен к входным клеммам, а выходы присоединены к шинам питания высокочастотного генератора опроса кольцевого распределителя, коммутатора, компаратора, источника опорного напряжения, блока распределения строба, блока преобразования числа импульсов во временной интервал, формирователя тактовых импульсов, а выходы высокочастотных выпрямителей с накопителями через коммутатор соединены с вторым входом компа

Изобретение относится, к злектротехнике и может быть использовано в устройствах злектропитания узлов автоматики, вычислительной и измерительной техники и средств связи.

Известны, многоканальные, стабилизторы напряжения, содержащие регулирующий транзисторный инвертор, стабилизация выходных напряжений в котором осуществляется путем врздействия на инвертор с одного из выход стабилизатора l.

Недостатки известного устройства сравнительно низкая динамическая и статическая стабильность,

Наиболее близким по технической сущности является многоканальный стабилизированный источник питания, содержащий низкочастотный вьтрямитель, входом соединенный с входными клеммами, а выходом - с входом блока стабилизации напряжений, состоящего из N(,3,...) регулирующих

ключей, источника опорного напряжения, выходом соединенного с одним из входов компаратора, блок из N трансформаторов, первичные входы которых соединены с N выходами блок стабилизации напряжений и с выходом низкочастотного выпрямителя, вторичные обмотки подключены к входам N блоков высокочастотных выпрямителей с накопителями, выходы которых подключены к соответствующим выходным клеммам, высокочастотный генератор опроса, выходом соединенный с входом формирователя тактовых импульсов и кольцевого распределителя, выход которого соединен с N управляющими входами коммутатора 2

. Недостаток данного источника питания заключается в ухудшении его динамических свойств и зффективности стабилизации при значительном увеличении числа каналов, так как возрастает время, в течение кото31

рого в канале отсутствует слежение

за выходным напряжением. Для повышения эффективности стабилизации и динамических характеристик таких источников питания необходимо повышать частоту импульсного стабилизатора выше оптимальной, что приводит к повышению излучаемых помехj узеличению динамических тепловых потерь на силовых ключевых элементах.

Цель изобретения - повышение эффективности стабилизации при значительном увеличении числа каналов без повышения частоты стабилизации.

Поставленная цель достигается тем, что в многоканальный стабилизированный источник питания, содержапщй низкочастотный выпрямитель, входом соединенный с входными клеммами, а выходом - с входом блока стабилизации напряжений, состоящего из N(N 2,3,...) регулирующих ключей, источника опорного напряжения, выходом соединенного с одним из входов компаратора, блок из N трансформаторов, первичные входы которых соединены с N выходами блока стабилизащш напряжений и с выходом низкочастотного вьшрямителя, вторичные обмотки подключены к входам N блоков высокочастотных вьтрямителей и с накопителями, выходы которых подключены к соответствующим выходным клеммам, высокочастотный генератор опроса, выходом соединенный с входами формирователя тактовых импульсов и кольцевого распределителя,. выход которого соединен с N управляющими входами коммутатора введены блок распределения строба, эле1 №нт задержки, блок преобразования числа импульсов во временной интервал и маломощный источник питания, при этом контактируюоще входы блока преобразования числа импульсов во временной интервал соединешл с входами формирователя тактовых импульсов, выполненного в виде делителя частоты, а входы строба и опроса соединены с выходами блока распределения строба и выходами кольцевого распределителя соответственно, входы блока распределения строба соединены с выходами кольцевого распределителя и элемента, задержки, вход элемента задержки соединен с входом кольцевого рас- пределителя, парные выходы по числу выходных каналов блока преобразова9593t

ния числа импульсов во временной интервал соединены с управляющими входами регулирующих ключей, выходы которьш попарно объединены и соединены с выходам блока стабилизации напряжений, а выходы по по.пярности объединены и соединены с его входами, вход маломощного источника питания подключен к входным

п , а выходы присоединены к шинам питания высокочастотного генератора опроса кольцевого распределителя, коммутатора, компаратора, источника опорного напряжения, блока распределения строба, блока преобразования числа импульсов в временной интервал, формирователя тактовых импульсов, а выходы высокочастотных выпрямителей с накопителями через коммутатор соединены с вторым входом компаратора блока стабилизации напряжений.

Кроме того, блок преобразования числа импульсов во временной интервал состоит из блока вьщеления переднего фронта импульса и узлов по числу каналов источника, каждый из которых состоит из двух одинаковых половин, каждая из которых включает по четыре двухвходовых элемента И, одному реверсивному счетчику и многовходовому элементу И-НЕ, причем тактирующие противоположно-полярные .входы половин объединены и подсоединены к тактирукицим входам блока

5 преобразования числа импульсов во временной интервал, входы строба и опроса половин объединены и соединены с входами строба и опроса блока преобразования числа импульсов во

0 .временной интервал, тактирзтсщий первый вход узла соединен с первмл входам первого элемента И и с входом блока (выделения переднего фронта импульса, второй вход строба узла соеди5 нен с вторым входом первого элемента И, выход дсоторого соединен со счетным входом на вычитание реверсивного счетчика, четвертьй противоположной полярности тактируняф1й вход

0 узла соединен с nepsbw входом второго элемента И, а второй вход этого элемента соединез-: с выходом Третьего элемента И, первый из входов которого соединен с третьим входом опро5 , са узла, а второй вход - с выходом многовходового элемента И-НЕ, входы которого соединены с выходами реверсивного счетчика, установочный вход счетчика соединен с выходом блока вьзделения переднего фронта им пульса, счетный вход на сложение со единен с выходом второго элемента И первый вход четвертого элемента И соединен с выходом элемента И-НЕ, а второй вход - с одним из входом эле мента И-НЕ и четвертым входом узла, а выход четвертого элемента И соеди нен с выходом половины узла, выход которого соединен с одним из выходов блока преобразования числа импульсов во временной интервал. На фиг. 1 приведена структурная схема предлагаемого источника питания; на фиг. 2 - схема одного из узлов преобразователя числа импульсов во временной интервал; на фиг.З графики, поясняющие работу, где «импульсы на выходе высокочастотного генератора опроса 1А; 5, в- то же, на выходе формирователя 12 тактирующих импульсов;, г- то же, на выходе первого контакта кольцевого распределителя 13; д то же ,на выходе блока 11 распределения строба, 1-й полупериод, элемент 11-1; е- отраба тываемая длительность во втором полу1периоде на выходе элемента 23-1 ж - импульсы на выходе блока 11 распределения строба,,2-ой полупериод, элемент 11-1; i- отрабатьюаемая длительность в первом полупериоде на вьтходе элемента 23-2; и выходное напряжение на стабилизаторе 3 на одном канапе; к - напряжение на выходе высокочастотного выпрямителя , Импульсы опроса пронумерованы до 3 (случай 3 канала). Также на фиг.З показано, как число импульсов опрос в 1-ый полупериод переводится в длительность импульса во второй полупериод и, наоборот, число импульсов опроса во 2-ой олупериод переводится в длительность импульса в 1-й полупериод. Чем вьше частота опроса, тем точней широтно-импульсная модуляция. Многоканальный стабилизированный источник питания содержит (фиг. 1) низкочастотный выпрямитель 1, маломощный источник 2 питания, блок 3 стабилизации напряжения, блок 4 регулирующих ключей, блок 5 высокочастотных импульсных трансформаторов, блок 6 вь5сокочастотных выпрямителей с накопителями, блок 7 нагр зок, коммутатор 8, компаратор 9, 3- 6 источник 10 опорного напряжения, блок 11 распределения строба, формирователь 12 тактовых импульсов, кольцевой распределитель 13, высокочастотный генератор 14 опроса, элемент 15 задержки, блок 16 преобразования числа импульсов во временной интервал, который включает в себя узлы по числу каналов, каждый узел состоит из двух одинаковых половин 17-1 и 17-2, каждая из половин состоит из четырех элементов И 18-1, 19-1, 20-1, 23-1, многовходового элемента И-НЕ 22-1, одного реверсивного счетчика 21-1, блока 2А-1 выделения переднего фронта импульса, 21 - первый вход строба, 22 - второй вход ст-роба, 2 t - вход строба, 31 первый вход опроса, 32 - второй вход опроса, 3 г - вход опроса. Источник питания работает следующим образом. При отключённом напряжении сети на выходе низкочастотного выпрямителя 1 отсутствует напряжение. На выходе маломощного источника 2 питания напряжение отсутствует, высокочастотный генератор 14 опроса обесточен, схема блока- 16 преобразования импульсов во временной интервал обесточена, на выходе блока 3 стабилизации напряжение отсутствует, на выходах блока 5 импульсных трансформаторов, блока 6 высокочастотных вьтрямителей с накопителями и на блоке 7 нагрузок напряжение отстутствует, кольцевой распределитель 13, формирователь 12 тактовых импульсов, компаратор 9, источник 10 опорного напряжения, коммутатор 8, блок g распределения строба и элемент 15 задержки обесточены, регулирующие ключи 4 не задействованы. При включении напряжения сети на выходе маломощного источника 2 питания появляется напряжение, которое запитьшает компаратор 8, коммутатор 8, источник 10 опорного напряжения, блок 11 распределения строба, формирователь 12 тактовых импульсов. кольцевой распределитель 13, блок 16 преобразования числа импульсов во временной интервал, высокочастотный генератор 14 опроса, который начинает генерировать высокую частоту опроса. В этот момент с выхоа низкочастотного выпрямителя 1 разнополярное напряжение поступает на объединенные положительные и от7рицательн1 1е входы блока 4 регулирующих ключей. Импульсы с генератора 14опроса поступают на входы: формирователя 12 тактовых и тульсов, в качестве которого используется де литель частоты, который служит для получения частоты стабилизации, кол цевого распределителя 13, элемента 15задержки. .С разнополярных выходо формирователя 1 тактовых импульсов поступает пониженная частота на первый и четвертый входы блока 16 преобразования числа импульсов во временной интервал. Импульсы с генератора 14 опроса поступают на объединенные входы элементов И блока 1 1 распределения строба через элемент 15, задержки. Вторые входы элементов И блока 11 распределения строба объединены и на них поступает низкий или высокий уровень с компаратора 9, В момент включения блока питания возвращающее напряжение на канальных выходах еще недостаточно для срабатывания компаратора, т.е. имеется условие -опорн выходов кольцевого распределителя 13 на управляющие входы коммутатора 8 поступают импульсы опроса высокой частоты, значительно превышающей тактовую частоту блока 3 стабилизации. Импульсы опроса в момент включения начинают с произвольного канала. На один полупериод частоты блока 3 стабилизации ириходится несколько опросов, чем вьппе частота генератора 14 опроса, тем чаще будет опрашиваться канал, тем точнее стабилизация. Канальные напряжения поступают через коммутатор 8 на вход компаратора 9, где сравниваются с источником 10 опорщого напряжения. Работа компаратора организована так, что при условий на выходе компаратор 5гстанавливается высокий уровень, и поэтому в момент включения при наличии положительного единичного,импульса опроса и положительного задержанного импульса строба обеспечено прохождение импульса строба через элемент И блока распределения строба, который позволяет распределить стробы строго в свои каналы, не пропуская в соседний канал. Импульс строба, прошедший через элемент И 10-1, поступает на 21 вход блока 16 преобразования числа импул сов во временной интервал. В тот же 38 самый момент времени импульс опроса с 1-го выхода кольцевого распределителя 13 поступает на 31 вход блока преобразования числа импульсов во временной интервал. Импульсы строба и опроса имеют высокие уровни. Если на первый вход узла преобразования числа импульсов во времен, ной интервал 17-1 поступает высокий уровень, блок 24-1 выделения переднего фронта импульса обеспе чивает установку реверсивного счетчика в начало отсчета., элемент И 19-1 открывается высоким уровнем, что обеспечит прохождение положи- . тельного единичного импульса строба на счетный вычитающий вход, за время полупериода, определяющего частоту блока стабилизации, будет проходить несколько импульсов строба. Максимальное число этих импульсов определяться длительностью импульса блока стабилизации. Количеством импульсов строба определяется еще в каком положении в момент опроса находился компаратор 9, В первый полупериод реверсивный счетчик 21-1 накапливает информацию о необходимой длительности импульса воздействия не регулирующий ключ 4-4с5(, а во второй полупериод поступивший низкий уровень на элемент И 19-1 закрывает его и открывается высоким уровнем элемент И 20-1, элемент И 18-1 в этот момент открыт из-за наличия кода на реверсивном счетчике 21-1 и высокого уровня на выходе элемента И-НЕ 22-1. Реверсивный счетчик 21-1 начинает считать в обратном порядке, пока не достигает до установочного кода. Как только установился устанр)вочный код, элемент И-НЕ 22-1 формирует низкий уровень, а это и определяет длительность импульса стабилизации, который поступает на регулирующий ключ 4-14. По моменту включения питания из-за условия упрае Цзпори число импульсов строба , максимально, поэтому первые импульсы стабилизации имеют максимальную длительность. С выходов узлов попеременно поступают отпирающие импульсы на управляющие входы регулирукнцих разнополярных ключей. При условин, когда на канальном выходе достигается напряжение U,opag- UonopH , компаратор 9 переходит в низкий уровень, а это уже не позволяет полностью считать импульсы строба,, и поэтому ВО второй полупериод вьщается уже импульс стабилизации очень короткой длительности вплоть до длительности единичного опроса. Меняющееся по знаку широтно-модулированное напряжение поступает на трансформатор, а далее со вторичных обмоток - на высокочастотный выпрямитель с накопителями.

Таким образом, по сравнению с известными в предлагаемом многоканальном стабилизированном источнике питания эффективность стабилизации при;неизменной частоте стабилизатор не падает с увеличением числа каналов. Динамичность стабилизации зависит от частоты стабилизации, которая конкретно задается, исходя из возможностей силовых элементов, регулирующих ключей, трансформаторо

высокочастотных вьшрямителей. Быстрдействие сравнивающих элементов и Компаратора позволяет повышать частоту опроса .во много раз вьше частоты стабилизации. Ошибка регулирующего воздействия из-за отставания на полупериод одинакова для всех каналов и не меняется при увеличении числа каналов, эта ошибка зшеньшается с ростом частоты стабилизации. В блоке питания применяеся широтно-импульсная модуляция дискретным методом, а это обеспечивает стабильность частоты на выходах трансформаторов каналов. Применение полностью цифровых элементов позволяет легко микроминиатюризировать, что ведет к упрощению схемы блока питания, уменьшению его веса и стоимости.

-t