Способ защиты импульсного стабилизатора напряжения постоянного тока Советский патент 1987 года по МПК G05F1/569 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при проектировании вторичных источников питания.

Цель изобретения - повышение надежности стабилизации и расширение функциональных возможностей.

На фиг.1 приведена временная диаграмма сигналов; на фиг.2 - структурная схема устройства., реализующего предлагаемый способ.

На фиг.1 приняты следующие условные обозначения: и„р - последовательность однополярных прямоугольных импульсов, преобразованных из входного напряжения; Тп- - длительность одно- полярных импульсов, преобразованных из входного напряжения; Ug - сигнал управления; IT,. - длительность импульса сигнала управления; Uf,| - сигнал задающего пилообразного напряжения; Ире зоНа регулирования, амплитуда пилообразного напряжения; U - постоянная составляющая пилообразного

напряжения; защиты; t

и

С1М

Вкл. %au4

-сигнал включения

-момент фор14ирования сигнала включения защиты; . - напряжение смещения при срабатывании защиты; выкл. ioui момент прекращения действия сигнала включения защиты; сигнал защиты, запрещающий преобразование входного напряжения; uUp - сигнал рассогласования. Устройство - импульсный стабилизатор напряжения постоянного тока с защитой (фиг.2) - содержит: блок 1 защиты и генератор 2 пилообразного напряжения, выходы которых подключен. к входам узла 3 смещения пилообразного напряжения, ключевой регулирующий элемент 4, к входу которого подключен выход модулятора 5 длительности импульсов, а к входу последнего подключены ограничительньй элемент 6 и согласующее звено 7, усилитель 8 рассогласования, выходом подключен- ньй к входу согласующего звена 7, источник 9 опорного напряжения, DLC- фильтр 10 и делитель 11 напряжения,

Способ защиты импульсного стабилизатора напряжения постоянного тока заключается в следующем.

Входное напряжение постоянного тока преобразуют в последовательность однополярных импульсов прямоугольной формы и„р , которые затем преобразуют в выходное напряжение вых постоянного тока. Путем сравнения выходного напряжения с опорным напряжением U формируют сигнал рассогласования uU . Поддержание выходного напряжения на заданном уровне реализуют путем регулирования, длительности импульсов сигнала управления UK, которьш формируют по принципу широтно-импульсной модуляции п ри

.сравнении сигнала рассогласования uUp с задающим пилообразным напряжением , имеющим постоянную составляющую одинаковой полярности с сигналом рассогласования лУр. Посред5 ством сигнала управления Uq управляют преобразованием входного постоянного напряжения в последовательность

однополярных импульсов Uj, , длительравна длительности

0

НОСТЬ которых Lj

(1 импульсов сигнала управления Uu При обрыве обратной связи, отклонениях выходного напряжения от заданного номинального значения выше или ниже определенного уровня или коррт- 5 ком замыкании формируют сигнал включения защиты V (момент времени

), по которому смещают пивкл. 3q{4

5

0

лообразное напряжение Up на определенную величину Uj.. ., противополож- 0 ной полярности, фиксируя при этом сигнал рассогласования uUp На. уровне, близком к нулевому, чтобы исключить изменение полярности сигнала рассогласования и формирование управляющего сигнала. В результате формируют сигнал защиты , запрещающий операцию преобразования входного постоянного напряжения в последовательность однополярных прямоугольных импульсов, устанавливая тем самым нулевой уровень выходного напряжения на время действия сигнала включения защиты иjq ц, (до момента времени

-быкп.зры, .

5 Устройство (импульсный стабилиза- тор напряжения постоянного тока с защитой) работает следующим, образом.

На вход устройства поступает выпрямленное нестабилизированное на0:пряжение U. Б рабочем режиме ключевой регулирующий элемент 4 переключается под воздейств1 ем импульсов управления и , поступающих на его управляющий вход с выхода модулятора

5 5 длительности импульсов, и формирует последовательность прямоугольных импульсов , полярность которьш соответствует полярности входного напряжения Ugy ; а длительность

пр

длительности импульсов управления Т

j DLC-фильтр 10 сглаживает импульсы

Ufip и формирует на выходе устройства относительно общей шины постоянное

С выхода делителя

и

бык

(п.1), пропорциональное выходному, поступает на второй вход усилителя 8 сигнала рассогласования, на первый вход которого подается опорное напряжение /UOP n-Ug, с выхода источника 9 опорного напряжения.

Усилённьй сигнал рассогласования

uUp стремится изме- так как /IL.,. Ограссогласованиянить полярность.

10

раничительный элемент 6, включенный между выходом согласующего звена 7 и общей пганой, устанавливает на первом входе модулятора 5 уровень напряжения, близкий нулевому.., который не совмеuUp посредством согласующего звена 7 15 щается с зоной регулирования U-gp мосогласуется с зоной регулирования иpg модулятора 5 длительности импульсов, на первый вход которого он поступает. На второй вход модулятора

дулятора 5. Поэтому можно считать, что сигнал рассогласования uU практически не изменил свою полярность. Модулятор 5 поддерживает на входе

5 с выхода узла 3 смещения пилообраз- 2о ключевого регулирующего элемента 4 за-

ного напряжения поступает сигнал U пилообразного напряжения, смещенньй относительно нулевого уровня на опре- . деленную величину постоянного напряжепирающий сигнал до тех пор, пока блок 1 защиты не снимет сигнал включения произойдет после устранения причин, вызвавщих перенапряжение

НИЛ и„

полярность которого при от- 25 или короткое замыкание выходной цепи.

сутствии сигнала включения защиты соответствует полярности условного сигнала рассогласования uUp. Модулятор 5 длительности импульсов сравнивает сигнал пилообразного напряжения и условный сигнал рассогласования uUp и формирует импульсы управления Uu, длительность „ которых определяется моментами равенства сигналов пилообразного напряжения. Uf, и рассоглаг сования uUp. Пилообразное напряжение V формируется генератором 2 и пос- . тупает на второй вход узла 3 смещения пилообразного напряжения, на первый вход которого подается от дополнительного источника питания постояни,

30

ное напряжение идд соответствующей полярности. При недопустимом отклонении выходного напряжения от заданноВ этом случае узел 3 смещения пилообразного напряжения смещает пилообразное напряжение и на постоянную составляющую U первоначальной величины и полярности, в результате чего возобновляется рабочий режим устройства.

Импульсный стабилизатор напряжения цостоянного тока с защитой может быть использован при построении многоканального источника питания с защитой. При этом каждый канал такого источника будет включать все узлы предлагаемого устройства, за исключе 40 нием генератора пилообразного напряжения и блока защиты, которые будут

В

35

обш;ими узлами для всех каналов случае, если все каналы источника питания формируют выходные напряже- го номинального значения U или при 45 одной полярности, то общим для коротком замыкании, а также при обры- всех каналов будет также и узел сме- ве обратной связи блок 1 защиты фор- щения пилообразного напряжения, вы- мирует сигнал вкхпочения защиты , ход которого будет подключен к втокоторьш подается на третий вход узла 3 смещения пилообразного напряжения, последний осуществляет смещение пилообразного напряжения U

50

пн

на величину напряжения UcM.-iaui противоположную по полярности и превышающую по абсолютному значению величину U.. gg При этом исключается момент равенства пилообразного напряжения и условного сигнала рассогласования, и модулятор 5 формирует на своем выходе -запираюрым входам модуляторов всех каналов.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет расширить функции защиты при импульсной стабилизации постоянного напряжения и одновременно повысить надежность в аварийных режимах. При неисправности, возникшей в выходной цепи, по сигналу включения защиты выходное напряжение устанавливается на нулевой уровень.

щий уровень напряжения U

гапр.

который удерживает ключевой регулирующий элемент 4 в выключенном состоянии, в результате чего на выходе устройства устанавливается нулевой уровень напряжения Ug,, 0. Сигнал

uUp стремится изме- так как /IL.,. Ограссогласованиянить полярность.

10

раничительный элемент 6, включенный между выходом согласующего звена 7 и общей пганой, устанавливает на первом входе модулятора 5 уровень напряжения, близкий нулевому.., который не совме15 щается с зоной регулирования U-gp модулятора 5. Поэтому можно считать, что сигнал рассогласования uU практически не изменил свою полярность. Модулятор 5 поддерживает на входе

ключевого регулирующего элемента 4 за-

пирающий сигнал до тех пор, пока блок 1 защиты не снимет сигнал включения произойдет после устранения причин, вызвавщих перенапряжение

0

В этом случае узел 3 смещения пилообразного напряжения смещает пилообразное напряжение и на постоянную составляющую U первоначальной величины и полярности, в результате чего возобновляется рабочий режим устройства.

Импульсный стабилизатор напряжения цостоянного тока с защитой может быть использован при построении многоканального источника питания с защитой. При этом каждый канал такого источника будет включать все узлы предлагаемого устройства, за исключе- 0 нием генератора пилообразного напряжения и блока защиты, которые будут

В

5

обш;ими узлами для всех каналов случае, если все каналы источника питания формируют выходные напряже- 5 одной полярности, то общим для всех каналов будет также и узел сме- щения пилообразного напряжения, вы- ход которого будет подключен к вто50

gg

рым входам модуляторов всех каналов.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет расширить функции защиты при импульсной стабилизации постоянного напряжения и одновременно повысить надежность в аварийных режимах. При неисправности, возникшей в выходной цепи, по сигналу включения защиты выходное напряжение устанавливается на нулевой уровень.

т.е. питаемая аппаратура отключается и предохраняется от неисправности.

В предлагаемом изобретении управ- ление смещение задающего пилообраз кого напряжения позволяет при схемной реализации способа использовать модулятор длительности импульсов как для формирования сигнала управления в рабочем режиме, так и для формиро- вания сигнала защиты, запрещающего преобразование входного напряжения, в аварийном режиме, что заметно упрощает реализацию способа. При этом достигается и высокое быстродействие срабатьгоания защиты.

К преимуществу изобретения следует отнести и простоту схемной реализации многоканального устройства им- пульсной стабилизации постоянного напряжения. При этом генератор пилообразного напряжения и блок защиты являются общими узлами всех каналов (а при однополярных выходных напряжениях общим будет и узел смещения пилообразного напряжения) и при неисправности в любом канале по сигналу блока защиты на выходах всех каналов устанавливаются нулевые уровни

Фор.мула изобретения

Способ защиты импульсного стабилизатора напряжения постоянного тока заключающийся в том, что преобразуют входное постоянное напряжение в последовательность однополярных импульсов прямоугольной формы, регулируют их длительность посредством сигнала управления и преобразуют в выходное постоянное напряжение, формируют сигнал рассогласования путем сравнения, выходного напряжения с опорным напряжением, формируют сигнал управления путем широтно-импульсной модуляции в моменты равенства сигнала рассогласования и внешнего задающего пилообразного напряжения с постоянной составляющей той же полярности, что и сигнал рассогласования, при неисправности в выходной цепи по сигналу включения защиты формируют сигнал защиты, отличающи.йся тем что, с целью повышения надежности стабилизации и расширения функцио-. нальнмх возможностей, смещают по сигналу включения защиты пилообразное напряжение на величину постоянного напряжения противоположной полярности, отличную от уровня сигнала рассогласования настолько, что исключаются моменты равенства задающего пилообразного напряжения сигналу рассогласования, и формируют сигнал защиты, запрещающий преобразование входного напряжения в последовательность однополярных импульсов прямоугольной формы на время действия сигнала включения защиты, при этом осуществляют фиксировагше сигнала рассогласования на уровне, близком нулевому.

Фиг.г

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано во вторичных источниках электропитания, в том числе в многоканальных источниках с разнополярными стабилизированными выходными напряжениями. Способ импульсной стабилизации постоянного напряжения с защитой заключается в том, что преобразуют входное постоянное напряжение в последовательность однополярных импуль-. сов прямоугольной формы, регулируют их длительность посредством сигнала управления и преобразуют в вькодное постоянное напряжение, формируют сигнал рассогласования путем сравнения выходного напряжения с опорньп, формируют сигнал управления путем ши- ротно-импульсной модуляции в моменты равенства сигнала рассогласования и внешнего задающего пилообразного напряжения с постоянной составляющей той же полярности, что и сигнал рассогласования, при неисправности в выходной цепи по сигналу включения защиты формируют сигнал защиты. По сигналу включения защиты смещают пилообразное напряжение на величину постоянного напряжения противоположной полярности, отличную от уровня сигнала рассогласования настолько, что исключаются моменты равенства задающего пилообразного напряжения сигналу рассогласования, и формируют сигнал защиты, запрещающий преобразование входного напряжения в последовательность однополярных импульсов прямоугольной формы на время действия сигнала включения защиты. При этом осуществляют фиксирование сигнала рас- :согласования на уровне, близком нулевому. 2 ил. с i€ (Л