Многофазный импульсный стабилизатор напряжения Советский патент 1988 года по МПК G05F1/56 

4-0%

20

(Л

со со о

О5

о

СП

ние стабилизатора, повышение его надежности и увеличение КВД. После появления напряжения питания от вспомогательного преобразователя 1 напряжения на предусилителях 3-6 и узлах блока 7 управления происходит включение транзисторных ключей 14-17, и на выходном конденсаторе 22 появляется выходное напряжение. Это напряжение в блоке 10 сравнения сравнивается с напряжением узла 9 опорного напряжения. Разностный сигнал поступает на один из входов широтно-импульс- ного модулятора (ШШ) 11, на другой вход которого поступает разность опорного и пилообразного напряжений.

Регистр 12 сдвига и блок 13 совпадения формируют ишротно-импульсные сигналы, длительность которых равна периоду ШИМ 11 с фазовым сдвигом во времени, обеспечивая поочередное включение транзисторных ключей 14-17 без перекрытия фаз. Вспомогательный преобразователь 1 напряжения совмещает функции источника вспомогательного напряжения и генератора синхроимпульсов. Дополнительное упрощение стабилизатора и повышение его надежности достигается за счет уменьшения количества DLC-фильтров. Возможно использование одного общего DLC- фильтра. 1 ил.

Изобретение относится к электро технике и может быть использовано в системах электропитания узлов информационно-измерительных систем и других радиоэлектронных устройств. Целью изобретения является упроще

1

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах электропитания узлов информационно-измерительных систем и других радиоэлектронных устройств.

Цель изобретения - упрощение стабилизатора, повьш1ение его надежности и увеличение КПД.

На чертеже представлена схема многофазного импульсного стабилизатора напряжения, выпол1-1 енная при числе .ключевых преобразовательных ячеек с двумя DLC-фильтрами.

Стабилизатор содержит вспомогатель ньй преобразователь 1 напряжения со схемой 2 запуска, вьжод источника вспомогательного напряжения соединен с предусилителями 3-6 и блоком 7 управления, содержаш;им формирователь 8 пилообразного напряжения, входом соединенный с синхронизирующим выходом преобразователя t, а выходом - с .узлом 9 опорного напряжения, первый выход которого соединен с блоком 10 сравнения, широтно-импульсный модулятор 11, первый вход которого подключен к блоку 10 сравнения, второй к второму выходу узла 9 опорного напряжения, а выход соединен с входом ре- гистра 12 сдвига и первыми объединенными входами блока 13 совпадения, вторые входы которого соединены с соответствующими выходами регистра 12 сдвига.

0

Выходы блока 13 совпадения соединены с соответствующими управляющими входами входящих в состав ключевых преобразователей ячеек, предусилите- лей 3-6J выходы которых связаны с входами блоков 14-17 транзисторных ключей. Стабилизатор содержит также фильтрующий узел, состоящий из реку- перационных диодов 18 и 19 и линейных Дросселей 20 и 21, соединенных с выходным конденсатором 22. Фильтрующий узел может быть выполнен в виде одного или нескольких фильтров, входами подключенных к объединенным силовым выводам транзисторньк ключей 14-17.

Стабилизатор работает следующим образом.

При подаче входного напряжения U узел запуска 2 запускает вспомогательный преобразователь 1 и в дальнейшем участие в работе не принимает, так как время заряда его времязадаю- щей цепи выбрано гораздо больше времени переключения преобразователя, а через диод в момент открытия ключа преобразователя в процессе его работы происходит разряд частично заряженной емкости схемы 2 запуска. Пос- ;ле появления вспомогательного напряжения на предусилителях 3-6 и узлах блока 7 управления происходит включение транзисторных ключей 14-17 и на выходном конденсаторе 22 появляется выходное напряжение Ugbin которое поступает

на вход блока 10 сравнения, где оно сравнивается с напряжением, поступающим с первого выхода узла 9 опорного напряжения, и усиленный сигнал рассо- гласования поступает на один из входов широтно-импульсного модулятора 11 Одновременно с появлением вспомога- напряжения на другом выходе преобразователя 1 появляется переменное прямоугольное напряжение синхронизации, поступающее на формирователь 8 пилообразного напряжения.

Полученное пилообразное напряжение с удвоенной частотой преобразо- вателя поступает на вход узла 9 опорного напряжения, с второго выхода которого разность опорного и пилообразного напряжений поступает на другой вход широтно-импульс- ного модулятора 11, что обеспечивает жесткую синхронизацию работы многофазного импульсного стабилизатора, В результате этого дискретный отбор энергии предусилителями 3-6 осуществляется от вспомогательного источника питания строго в полунерио- ды преобразования. Причем длительность дискреты всегда меньше полупериода преобразования. Этим практически исключены динамические потери транзисторов вспомогательного преобразователя при относительно малой емкости конденсатора фильтра вспомогательного источника питания,

Широтно-модулированные импульсы с выхода модулятора 11 поступают на вход регистра 12 сдвига и одновременно на первые объединенные входы блока 13 совпадения. На выходах регистра 12 формируются импульсы, длительность к-оторых равна периоду Т широтно-импульсного модулятора, сдвинутые один относительно другого на величину, равную Т/п, и поступают на вторые вхо ды блока 13 совпадения. Широтно- модулированные сигналы с фазовым сдвигом во времени с выходов блока 13 совпадения поступают на входы пред- усилителей 3-6, выходы которых соединены с входами блоков 14-17 транзисторных ключей. Транзисторные йлючи 14-17 включаются поочередно, причем каждый последующий транзисторный ключ включается после предыдущего - режим работы без перекрытия фаз. Рассмотрение процессов, происходящих в ключевых пребразовательных ячейках, начнем с момента времени, когда

Q

5 0 5

5

0

5

0

5

0

на входе предусилителя 3 устанавлива--:. ется уровень логической 1, а на входах предусилителей 4-6 уровень О.

Блок 14 транзисторных ключей открывается и ток источника протекает по цепи + источника - коллектор - эмиттер транзисторных ключей - линейный дроссель 20 - нагрузка - - источника. Через период времени Т/п после закрытия блока 14 открывается транзисторный блок 15 и ток источника протекает в нагрузку аналогичным образом через линейньш дроссель 21, Через очередной промежуток времени Т/п открывается блок 16 и ток протекает через линейный дроссель 20, После выключения блоков 17 весь цикл работы повторяется.

По сравнению с известными устройствами при сохранении прежнего коэффициента заполнения импульсов напряжения блоков транзисторных ключей коэффициент заполнения импульсов тока линейных дросселей значительно повысился и может достигать значения К j 40,5, что позволяет понизить входное питающее напряжение, тем самым расширяется диапазон возможных .значений взводного напряжения Ugx .

При необходимости возможно использование одного общего линейного дросселя с рекуперационным диодом. Такое функциональное построение наряду с дальнейшим повьш1ением коэффициента заполнения импульсов тока элементов DLC-фильтра значительно повьш1ает надежность устройства, так как выход из строя одного или нескольких блоков транзисторных ключей из общего п-го количества преобразовательных ячеек не приводит к нарушению работоспособности стабилизатора в целом и не требует наличия в устройстве дополнительных резервных ячеек.

Таким образом, эффект от использования предлагаемого многофазного импульсного стабилизатора оценивается значительным упрощением устройства, повьш ением его надежности и КПД,

Это достигается за счет того, что в предлагаемом стабилизаторе используется всего один вспомогатель- ньй преобразователь напряжения, совмещающий в себе функции источника вспомогательного напряжения и генератора синхронизирующих импульсов, причем вспомогательный источник работает с облегченной коммутацией, а потребле5 . ние энергии предусилителями происхдит поочередно через интервал времни Т/п и время потребления всегда меньше этого интерв,ала.

Предлагаемое функциональное построение, существенно упрощающее устройство, приводит и к значительному увеличению КПД так как в изв С-тных устройствах при наличии п+1 вспомогательных источников имеют место значительные потери мощности Дополнительное упрощение устройств и повышение его эксплуатационной Надежности достигается за счет умешения количества DLC-фильтров, причем эффект усиливается при увеличении числа фаз стабилизатора.

Формула изобретения

Многофазньш импульсный стабилизатор напряжения, содержащиц силовую Часть, выполненную из N ключевых преобразовательных ячеек, каждая из которых состоит из транзисторного ключа и предусилителя, причем первые силовые выводы транзисторных ключей всех,ячеек объединены и подключены к входному выводу, фильтрующий узел, входы которого соединены с вторыми силовыми выводами транзисторных ключей ключевых преобразовательных ячеек, а выход - с выходными выводами, блок управления, состоящий из блока сравнения, широтно-импульсного модулятора, узла опорного напряжения и формирователя пилообразного напряжения, причем первый вход блока сравне5

ния подключен к Выходным выводам, второй вход - к первому выходу узла

опорного

напряжения, а выход

0

5

0

5

0

5

к первому входу широтного-импульсного модулятора, регистр сдвига и блок совпадения, первые объединенные входы которого подключены к выходу 11шротно-импульсного модулятора, вторые входы - к соответствующим выходам регистра сдвига, а выходы - к управляющим входам соответствующих ключевых преобразовательных ячеек, отличающийся тем, что, с целью упрощения стабилизатора, повьше- ния его надежности и КПД, в него введены вспомогательный преобразователь напряжения со схемой запуска, основной выход которого подключен к первому входу узла опорного напряжения и к вьшодам питания предусилителей ключевых преобразовательных ячеек, а его синхронизирующий выход - к входу формирователя пилообразного напряжения, выход которого соединен с вторым входом узла опорного напряжения, второй выход которого подключен к второму входу широтно-импульсного модулятора, выходом соединенного с входом регистра сдвига, кроме того, фильтрующий узел вьтолнен в виде одного или нескольких фильтров, которые подключены входами соответственно к объединенным вторым силовым выводам транзисторных ключей всех преобразовательных ячеек или к объединенным по меньшей мере двум вторым силовым выводам транзисторных ключей любых преобразовательных ячеек.