Многозвенный импульсный стабилизатор Советский патент 1985 года по МПК G05F1/56 

1

Изобретение относится к электро технике и может быт7э применено при создании стабилизированных источников напряжения постоянного тока.

Известен многофазный импульсньШ стабилизатор, содержащий N силовых ячеек, подключенных к общему источнику питания и включающих в себя силовой ключ, дроссель, диод, соединенный с общим для всех силовых ячеек сглаживаюгщм фильтром и нагрузкой, усилител обратной связи и источник опорного напряжения, широтно-нмпуяьсные модуляторы но числу силовых ячеек, выходы которых соединены с.управляющими входами силовых ключей, задающий генератор J,

Однако этот стабщ-шзатор не обеспечивает одинакового временного сдвига между всеми силовыми ячейками, поскольку величина этоГо сдвига непостоянна и зависит как от параметров цепей широтно-импульсных модуляторов, так и от режима работы стаби.|лизатора. Следствием этого является неполное устранение низкочастотных составляющих из спектра выходного тока, которое имеет место при полной симметрии фаз работы силовых ячеек, что требует лучшей фильтрации выходного напряжения и увеличения габаритов фильтров. Кроме того, стабилизатор имеет низкую надежность, поскольку при отказе одной из силовых ячеек останавливается и следующая за ней.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является мно гозвенный импульсный стабилизатор, содержа дий N силовых, ячеек, входом подключенных к входному выводу, а , - к общему сглаживающему фильтру и выходному выводу, усили- . тель обратной связи, входами соединенный с выходным выводом и источником опорного напряжения, задающий генератор, каждая силовая ячейка состоит из включенных последовательно между входом и выходом силового 1сгаоча и первого диода, общая точка которых через дроссель соединена с общим выводом, широтно-импульсный модулятор, управляющий вход которого соединен с вь1ходом усилителя обрат- ной связи, а выход - с управляющим входом силового ключа.

Такой стабилизатор обеспечивает .равномерное распределение работы

5332

силовых ячеек по времени, что обеспечивает минимальные, пульсации выходного тока, а также сохраняет работоспособность при отказах отдельных силовых ячеек C2J.

Однако известный стабилизатор имеет очень сложную систему управления, подавляющее большинство отказов элементов которой не обнаруживаются и не парируются, что приводит либо к отказу всего стабилизатора, либо к появлению на выходе низкочастотных составляющих с частотой работы одной силовой ячейки. Кроме того, известный стабилизатор обладает ограниченными функциональными возмолсностями в части наращивания числа силовых ячеек, которому препятствует сложность, структурная неоднородность и большое число связей

частями распределителя, относящимися к разным силовым ячейкам. Таким образом, недостатками известного Стабилизатора являются сложность, низкая надежность и ограниченные функцнональные возможности.

Целью изобретения является упрощение, повышение надежности и расширение функциональных возможностей стабилизатора за счет простоты наращива-

ния числа силовых ячеек, повьшения надежности вследствие уменьшения количества возможных отказов элементов , вызывающих полный отказ стабилизатора или повьпиение пульсаций,

Поставленная цель достигается тем, что многозвенный импульсный стабилизатор, содерлсащий N силовых ячеек, входом подключенных к входному выводу, а выходом - к общему сглгикивающему фильтру и выходному выводу,

усилитель обратной связи, входами соединенный с выходным вьгеодом и источником опорного напряжения, задающий генератор, каждая силовая ячейка состоит из включенных последовательно мелоду входом и выходом силового ключа и первого диода, общая точка которых через дроссель соединена с общим выводом широтно-импульсного модулятора, управляющий вход которого соединен с выходом усилителя обратной связи, выход - с управляющим входом силового ключа, снабжен общим конденсатором и общим резистором, в каждую силовую ячейку введены компаратор, выксуц которого соединен с синхронизирующим входом широтно-импульс ного модулятора, диф({)еренцирующая цепь, соединенная одним выводом с выходом компаратора, ключ, управляющий вход которого соединен с другим выводом дифференцирующей цепи, а выход с первым входом компаратора второй диод, соединенный с точкой соединения силового ключа и дросселя, резистор, соединенный одн концом с вторым диодом, ограничитель напряжения, соединенньй с другим выводом первого резистора, третий диод, подключенный к точке соединен первого резистора и ограничителя напряжения, конденсатор и второй резистор, подключенные к третьему диоду и второму входу компаратора, четвертьй диод, включенный между третьим диодом, вторым входом компаратора и входом ключа, причем все первые входы компараторов всех силовых ячеек объединены и подключены к общему конденсатору и через общий резистор к выходу задающего генера тора. На чертеже приведена структурная схема многозвенного импульсного ста билизатора. Предложенньй стабилизатор содержит N силовых ячеек 1, подключенных к входному выводу и включающих В себя силовой ключ 2, дроссель 3, первый диод 4, соединенный с силовым ключом 2 и дросселем 3, а также с общим для всех силовых ячеек I сглаживающим фильтром 5 и выходным выводом 6, усилитель 7 обратной связи, входами соединенный с сглаживаю щим фильтром 5 и выходным выводом, а также с источником 8 опорного напряжения, широтно-импульсный модулятор 9, управляющий вход которого подключен к выходу усилителя 7 обратной связи, а выход - к управляющ му входу силового - ключа 2, задающий генератор 10, общий для всех силовых ячеек 1. Кроме того, каждая силовая ячейка 1 содержит компаратор 11, выход которого соединен с синхронизирующим входом широтно-импульсного -модулятора, дифференцирую щую цепь 12, соединенн то одним выво oм с выходом компаратора 11, ключ 1 управляющий вход которого соединен с другим выводом дифференцирующей цепи 12, а выход - с первым входом компаратора, второй диод 1А, соединенный с точкой соединения силового ключа 2 и дросселя 3, первый резис334тор 15, соединенный одним выводом с вторым диодом 1А, ограничитель 16 напряжения, соединенный с другим вывс дом первого резистора 15, третей диод 17, подключенный к точке соединения первого резистора 15 и ограничителя 16 напряжения, конденсатор 18 и второй резистор 19, подключенные к третьему диоду 17 и второму входу компаратора 11, четвертый диод 20, включенный между третьим диодом 17, конденсатором 18, вторым резистором 19, вторым входом компаратора 11 и входом ключа 13, причем все первые входы компараторов 11 всех силовых ячеек 1 объединены и подключены к общему конденсатору 21 и через общий резистр 22 к выходу задающего генератора 10. Многозвенный импульсньй стабилизатор работает следую1дим образом, При подаче напряжения питания начинает работать задающий генератор 10, и поскольку конденсаторы 18 всех силовых ячеек 1 разряжены, обрабатывают одновременно все силовые ячейки , На выход устройства начинает поступать энергия, конденсаторы 18 заряжаются до напряжения ограничения ограничителя 16 напряжения через второй и третий диоды 14 и 17, резистор 15 и включенный силовьш ключ 2 от источника питания. Напряжение, ограничения питания выбирается таким, чтобы бьто несколько больше максимальной амплитуды импульсов синхронизации на общем конденсаторе 21, что исключит возможность повторного срабатывания компараторов I1 и ЛОЖНОГО запуска широтно-импульсных модуляторов, по окончании первого импульса с выхода которых силовые ключи 2 закрываются и начинается разряд конденсаторов 18 на резистор 19. Напряжение на вторых входах компараторов 11 уменьшается, увеличивая чувствительность компараторов. По приходе очередного импульса с выхода задающего генератора 10, который, проходя через интегрирующую цепь из общего резистора 22 и общего конденсатора 21, приобретает пологий передний фронт. Первым срабатывает компаратор той силовой ячейки, напряжение на конденсаторе 18 которой имеет минимальную величину. Сработавший компаратор 11 запускает соответствующий широтно-импульсньй модулятор.

который в свою очередь открывает силевой ключ 2;. При этом одновременно фронт выходного сигнала компарато ра 11, проходя через дифференцирующую цепь, превращается в короткий импульс, на некоторое время открывающий ключ 13, который гасит синхроимпульс. Остальные силовые ячейки не срабатывают, так как имеют большое напряжение на конденсаторе 18, и поскольку импульс гасится, то он не достигает уровня их срабатывания. В сработавшей силовой ячейке конденсатор 18 вновь заряжается до напряжения ограничения, в то время .как на остальных оно остается прежним, поэтому в следующий такт срабатьюает следующая ячейка, имеющая йинимальное напряжение на конденсаторе 18. Таким образом, все ячейки работают по одиирчке, строго поочередно. Энергия, передаваемая чере силовые ключи 2, дроссели 3 и диоды 4 в виде импульсов тока, которые сглаживаются фильтром 5, поступает на выходные выводы 6, при этом напряжение на нагрузке измеряется усилителем 7 обратной связи, путем сравнения с опорным напряжением источника 8, выходной сигнал его управляет режимом работы широтно-импульсного модулятора 9, поддерживая выходное напряжение постоянным.

При отказе одной из силовых ячеек напряжение иа дросселе пропадает, что приводит к полному разряду конденсатора 1В этой ячейки, и диод 20 получает возможность шунтируя вход ключа 13, препятствовать его окрытию и гашению им синхроимпульса. Поэтому синхроимпульс получает возможность расти дальше до того момента, когда он сравняется с напряжением в конденсаторе 18, минималном из оставшихся исправных силовых ячеек. Эта ячейка срабатывает, заменив отказавшую, далее процесс продолжается аналогично описанному. Технико-экономическая эффективность многозвенного импульсного стабилизатора заключается в том, что он значительно проще, что позволяет выиграть в габаритах и соответственно в стоимости стабилизатора. Одновременно возрастает надежность, причем не только от уменьшения числа элементов, но и от устранения связей в разрыв которых включаются силовые ячейки и обрыв которых ведет к полному отказу. Надежность устройства зьше еще и потому, что оно обладает {ебольшим числом элементов, отказ которых ведет к полному отказу устройства. Кроме того, устройство обладает также и расширенными функционiaJ ьными возможностями за счет того что все ячейки совершенно идентичны друг другу и допускают очень простое объединение в многозвенный импульсны стабилизатор с любым числом ячеек, возможность такого изменения числа ячеек и является новой функцией. Весьма существенно также и ть, что подключать и отключать новью ячейки можно даже в процессе работы, это особенно ценно для тех устройств, которые должны длительное время работать без перерыва и обслуживание которых должно Производиться без выключения.

МНОГОЗВЕННЫЙ ИМПУЛЬСНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР, содержащий N силовых ячеек, входом подключенных к входному выводу, а вьпсодом - к общему сглаживающему фильтру и выходному выводу, усилитель обратной связи, входами соединенный с выходным выводом и источником опорного напряжения, задающий генератор, каждая силовая ячейка состоит из включенных последова тельно между входом и выходом силового ключа и первого диода, общая точка которых через дроссель соединена с общим вьшодом, широтно-импульсного модулятора, управляющий вход которого соединен с выходом усилителя обратной связи, выход - с управляющим входом силового ключа, отличающийся тем, что, с целью упрощения стабилизатора, повышения надежности его и расширения функциональных возможностей, он снабжен об1цим конденсатором и общим резистором, в каждую силовую ячейку введены компаратор, выход которого соединен с синхронизирующим входом широтно-импульсного модулятора, дифференцирующая цепь, соединенная одним выводом с выходом компаратора, ключ, управляющий вход которого соединен с другим выводом дифференцирующей цепи, а выход - с первым входом компаратора, второй диод, соединенный с точкой соединения силового ключа и дросселя, первый резистор, соединенный одним концом с вторым диодом, ограничитель напряжения, соединенный с другим выводом перво(Л го резистора, третий диод, подключенный к точке соединения первого резистора и ограничителя напряжения, конденсатор и второй резистор, подключенные к третьему диоду и второму входу компаратора, четвертый диод, включенный между третьим диодом, вторым входом компаратора и ел ел входом ключа, причем все первые входы компараторов всех силовых ячеек объединены и подключены к общему оо со конденсатору и через общий резистор к выходу задающего генератора.