Регулируемый источник питания Советский патент 1989 года по МПК G05F1/56 

tfuf.l

31А93990

Изобретение относится к электротехнике, в частности к регуляторам и стабилизаторам напряжений, и может найти применение в системах электро- с питания радиоэлектронной аппаратуры.

Цель изобретения - уменьшение динамических потерь, повышение надежности, нагрузочной способности и помехоустойчивости, расширение функцио- 10 нальных возможностей за счет обеспечения возможностей работы от любой питающей сети, а так же, возможности работы в качестве регулятора напряжения тока или мощности.15

На фиг.I представлена блок-схема регулируемого источника питания; на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Рассмотрим блок-схему регулируе- 20 мого источника питания на примере шести силовых ячеек. Регулируемый источник питания содержит многофазный генератор 1 импульсов, суммирующий преобразователь 2, выполненный из 25 m однотактных ячеек 3-8, силовые входы которых образуют силовой вход 9, 10 суммирующего преобразователя 2, а выходы - силовой выход 11 и 12, соединенный с выходными выводами, 30 усилитель-ограничитель 13, m ждущих мультивибраторов 14-19 и блок 20 преобразования и согласования уровней напряжений, входами 21, 22, 23 подключенный к входным выводам, 35 а выходами - к силовому входу.суммирующего преобразователя 2.п ждущих мультивибраторов 14-19 включены в цепи соединения выходов мчогофаз- ного генератора 1 импульсов и соот- 40 ветствующих управляющих входовдт с однотактных ячеек 3-8 суммирующего преобразователя 2, причем, многофазный генератор I импульсов выполнен управляемым, к управляющему входу ко-45 торого подключен выход усилителя-oi- раничителя 13, один вход которого соединен с выходом цепи обратной связи, а другой - с источником управляющего воздействия. Многофазный гене- CQ ратор 1 импульсов выполнен из преобразователя 24 аналог-частота, выходом пoдклю }ённoгo к распределителю 25 импульсов.

На фиг,2 представлены: 26 - напря- жение Пол на выходе усилителя-ограничителя 13; 27 - сигнал на выходе преобразователя 24 аналог-частота; 28...33 - импульсы на выходах ждущих

мультивибраторов 14... 19, которые по длительности аналогичны выход - ным напряжениям однотактных ячеек 3...8; 34 - напряжение на выходе суммирующего преобразователя 2.

Регулируемый источник питания работает следующим образом.

Напряжение источника управляющего воздействия Uy поступает на прямой вход усилителя-ограничителя 13,- инвертирухлций вход которого предназначен для подклнэчения напряжения UPC обратной связи. Сигнал ошибки 001 и у- и ОС ограничен по макси-. мяльному и минимальному уровню напряжений из-за ограниченного диапазона изменения выходного напряжения регулируемого источника питания.

Преобразователь 24 формирует короткие импульсы, частота следования которых пропорциональна , (фиг. 2. 27).

Сигнал рассогласования Uo поступает на преобразователь 24 аналог- частота, который формирует на выходе последовательность импульсов 27, Частота которых пропорциональна напряжению ошибки 26. Распределитель импульсов 25 распределяет импульсы 27 поочередно по ждущим мультивибраторам 14-18 таким образом, что пер-, вый импульс 27 поступает на вход мультивибратора 14, второй - на 15, третий - на 16 и т.д., затем седьмой импульс поступает на вход мультивибратора 14 и цикл повторяется (t,,tj, tj). Передние фронты импульсов 28-33 на выходах мультивибраторов соответствуют по времени импульсам последовательности 27.

При плавном уменьшении управляющего воздействия циклы работы всех ячеек повторяются. При этом при высокой частоте первый цикл - минимальный; время - до t,; второй - больше: от t до tj и третий еще больше: от t.

до

и т.д.

По импульсам, поступающим на ждущие мультивибраторы последние запускаются и каждый .из них формирует импульс одинаковой длительности 28-33, которые устанавливаются по мощности преобразовательными ячейками 3-8. Преобразователь 2 суммирует -напряжения от однотактных ячеек и в нагрузке RH формирует суммарный ток. Пусть каждая ячейка формирует ток, аналогичный по форме

при помощи и согласован амплитуде сигналам 28-33. Геометрическая сумма этих импульсов дает нам результирующую кривую ЗА, в которой просматривается пять зон регулирования (фиг.2). В каждой зоне импульсы имеют различную длительность, как широтно-импульсной модуляции, однако частота различна на каждом из интервалов, следовательно суммарная кривая 34 выходного напряжения соответствует многозонной частотно- широтно-импульсной модуляции. При этом длительность импульса, формируемого ячейкой, от такта к такту не меняется.

В каждой ячейке меняется скважность за счет изменения длительности паузы, а не импульса как в L lHM. Напряжение питающей сети (в нашем случае - переменного тока) преобразует в постоянное напряжение блока 20 преобразования ния уровней напряжений. Выходное напряжение блока 20 регулируют при помощи суммирующего преобразователя 2 и фильтруют при помощи этого же преобразователя и конденсатора С. Каждая однотактная ячейка выполнена из дросселя L, ключа К и диода VD и работает следующим образом. Когда на выходе ждущего мультивибратора 14 сформирован сигнал 28 (фиг.2), кото- рый открывает ключ К, при этом, ток с выхода 9 блока 20 протекает по цепи: RH-L - к выходу 10. РСогда ключ К закрыт, запасенная энергия в индуктивности L через диод VD поступает в нагрузку Ки. Длительность открытого состояния каждого ключа ячейки на всех уровнях выходного напряжения постоянна, изменяется лишь частота и следования. Максимальный уровень в первой зоне 1 (фиг.2) получают тогда когда ключи ячеек поочередно открыты при этом частота следования импульсов управления с вькода каждого ждущего мультивибратора равна

V8

1/t,

m,

где

tn длительность импульса; m - число однотактных ячеек. Увеличивая частоту импульсов управления при увеличении управляющего напряжения Uy, появляются моменты, когда одновременно открыты два ключа, при -этом формируется вторая зона регулирования. Когда одновреме

5

0

5

но открыты три ключа, то формируется Щ-я зона и т.д. Таким образом, в нагрузке формируется многозонная частотно-широтно-импульсная модуляция. При плавном изменении частоты изменяется и частотами пирина импульсов в каждой зоне регулирования, хотя длительность открытого состояния ключей ячеек неизменная.

Суммарные динамические потери в регулируемом источнике питания по сравнению с известным при максимальном уровне выходного напряжения одинаковы, а при минимальных уровнях напряжение - в га раз меньще, поскольку в m раз уменьшается частота работы ячейки. Это позволяет увеличить нагрузочную способность по току каждой силовой ячейки на нижних уровнях напряжения и использовать это достоинство источника при его работе с постоянством вькодной мощности в заданном диапазоне регулирования.

При уменьшении выходного напряжения до нуля, например, при коротком замыкании в нагрузке,. частота импульсов минимальна и определяется лишь непрерывностью тока в дросселях ( единицы-десятки Гц ). Возможные режимы короткого замыкания не ведут к выходу из строя ключевых элементов из-за низких динамических потерь при наличии токовой обратной связи, что приводит к повышению надежности источника питания.

Надежность повышается также за счет того, что выше надежность преобразовательной ячейки, так как оиа всегда работает одинаковое время и не возникает.режимов, когда необходимо формировать короткие импульсы, которые значительным образом нагружают ключевые элементы за счет того, g что динамические потери иа фронтах включения и выключения совмещаются. В это же время максимально вредное воздействие оказывают и паразитные параметры моточных изделий. Емкости обмоток перезаряжаются, а следовательно, через ключи возникают броски тока, что увеличивает динамические потери, а транзисторные ключи склонны ко вторичному пробою.

Таким образом, регулируемый источник питания позволяет уменьшить динамические потери за счет более низкой частоты при определенной и оптимальной длительности имйупьса

0

5

0

0

5

в ячейке, повышена нагрузочная способность ячейки при минимальных уровнях выходного напряжения, так как нет необходимости формировать короткие импульсы, не оптимальные для передачи энергии. Повысилась помехоустойчивость источника питания, так как нет неустойчивых к помехам элементов, таких как компаратор (ШИМ) Q и ГПН. Уь еньшен уровень помех, формируемый силовой цепью, так как при постоянной длительности импульса (ключ открыт) возможно использование оптимальных цепей для формирования 15 траектории переключения, что повышает также надежность и КПД устройства. Регулируемый источник питания обладает расширенными функциональными возможностями и может выполнять еле- 20 дующие дополнительные функции: имеет возможность работать от любой питающей сети за счет введения блока 20; может работать как регулятор напряжения, тока или моп;ности, для 25 чего предусмотрен вход для подключения цепей обратных связей по току, напряжению или мощности.

Формул а изобретения 30

1. Регулируемьй источник питания, содержащий многофазный генератор импульсов и суммируюгщй преобразователь, выполненньй из m однотакт- ных ячеек, силовые входы которых образуют силовой вход суммирующего преобразователя , а выходы - силовой

выход, который соединен с выходными вьшрдами, отличающийся тем, что, с целью уменьшения динамических потерь, повьопения надежности, нагрузочной способности и помехоустойчивости, расширения функциональных возможностей за счет обеспечения возможности работы в качестве регулятора напряжения, тока или мощности, в него введены усилитель-ограничитель и га ждущих мультивибраторов, причем силовой вход суммирующего преобразователя подключен к входным вьгаодам, ждущие мультивибраторы включены в цепи соединения выходов многофазного генератора импульсов и соответствующих управляющих входов однотактных ячеек суммирующего преобразователя, многофазный генератор импульсов выполнен управляемым, к управляющему входу которого подключен выход усилителя-ограничителя, один вход которого соединен с выходом цепи обратной связи, а другой - с источником управляющего воздействия .

2. Источник поп.1,отлича- ю щ и и с я тем, что с целью расширения функциональных возможностей за счет обеспечения возможности работы от любой питающей сети, в него введен блок преобразования и согласования уровней напряжений, включенньй в разрьш цепи меткду входными выводами и силовым входом суммирующего преобразователя .

Ki -vj

Чч|- -41 .«

Изобретение относится к электротехнике ,в частности, к регуляторам и стабилизаторам напряжений, и может найти применение в системах электропитания радиоэлектронной аппаратуры. Цель изобретения - уменьшение динамических потерь, повышение надежности, нагрузочной способности и помехоустойчивости, расширение функциональных возможностей за счет обеспечения возможности работы от любой питающей сети, а также возможности работы в качестве регулятора напряжения, тока или мощности. Источник питания работает по принципу многозонной частотно-широтно-импульсной модуляции. При плавном изменении частоты многофазного генератора 1 импульсов изменяется и частота, и ширина импульсов в каждой зоне регулирования. При этом длительность импульса, формируемого каждой однотактной ячейкой 3... 8 суммирующего преобразователя 2, неизменна и задается ждущими мультивибраторами 14...19. Динамические потери снижаются при минимальных уровнях выходного напряжения за счет снижения частоты работы ячеек 3... 8. Это позволяет увеличить нагрузочную способность по току каждой ячейки 3... 8, длительность работы которых постоянна и оптимальна, что повышает надежность. Отсутствие в источнике питания не устойчивых к помехам элементов приводит к повышению помехоустойчивости. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

,J

JD

П

Of jCafc-.CVjtVN

«NCNj«Ne; N v tv i

С

«

f

f

f

JD

П

Cafc-.CVj