Многозонный стабилизатор постоянного напряжения Советский патент 1991 года по МПК G05F1/56 

1

(21)4777799/07

(22)05.01.90

(46) 23.12.91. Бюл. № 47

(71)Самарский электротехнический институт связи

(72)А.Ф.Кадацкий, В.cb.Яковлев , и В.И.Хандогин

(53)621.316.722.1(088.8)

(56)Ромаш Э.М. Транзисторные преобразователи в устройствах питания, радиоэлектронной аппаратуры. М.: Энергия, 1975, с.141.

Авторское свидетельство СССР № 890530, кл. Н 02 М 3/335, 1979. Иванов-Цыганов А.И. Источники вторичного электропитания приборов СВЧ. М.: Радио и связь, 1989, с.118, хрис.5.11.

(54)МНОГОЗОННЫЙ СТАБИЛИЗАТОР ПОСТО- ЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

(57)Изобретение относится к источникам вторичного электропитания постоянного напряжения высокого уровня, предназначенным для использования

в СВЧ-аппаратуре. Цель изобретения - упрощение. Выходное напряжение многозонного стабилизатора постоянного напряжения равно сумме напряжений преобразователей постоянного напряжения 19, N преобразователей которых выполнены регулируемыми. Длительность управляющих импульсов, вырабатываемых на выходе широтно-импульс- ного модулятора 4, определяется разностью опорного сигнала и сигнала, снимаемого с выхода датчика 21 выходного напряжения. Если длительность управляющего импульса, снимаемого с выхода широтно-импульсного модулятора 4, меньше, чем T/N, где Т - период работы широтно-импульсного модулятора 4, работает только первый из N регулируемых преобразователей 19 постоянного напряжения. Остальные N-1 преобразователей заперты. При увеличении длительности управляющего импульса на выходе широтно-импульсного модулятора 4 первый регулируемый преобразователь постоянного напряжения полностью включается, обеспечивая получение максимального выходного напряжения, а регулирование осуществляется вторым регулируемым преобразователем 19- постоянного напряжения. Остальные преобразователи 19 заперты и включаются в работу по мере увеличения длительности управляющего сигнала широтно-импульсного модулятора 4. 2 ил.

СО

ел

4 Ј

Изобретение относится к электро- технике и может быть исполь зовано для стабилизации высокого уровня постоянного напряжения для различных видов СВЧ-приборов, например электронных микроскопов, фотоэлектронных умножителей и т.д.

Цель изобретения - упрощение многозонного стабилизатора постоянного напряжения.

На фиг. 1 приведена функциональная схема многозпнногп стабилизатора постоянного напряжения; на Лиг.2

показаны временные /анаграммы, поясняющие его работу для случая N 4.

Многозонный стабилизатор постоянного напряжения содержит генератор 1 первый 2 и второй 3 формирователи тактовых импульсов, широтно-импульс- ный модулятор 4 с прямым и инверсным выходом, блок 5 сравнения выходного и опорного напряжения, Форми- рователь 6 строб-импульсов, дешифратор с N выходами 7, формирователь 8 строб-импульсов, третий формирователь 9 тактовых импульсов, N-раз- рядный запоминающий регистр 10, фор- мирователь 11 строб-импульсов, N узлов формирования управляющих импульсов для импульсных регуляторов постоянного напряжения, каждый из ко- торых содержит первую ячейку ЗИ 12, первую ячейку 2И 13, Первую ячейку 2ИЛИ |А, вторую ячейку 2И 15, вторую ячейку ЗИ 16, вторую ячейку 2ИЛИ 1 RS-триггер 18f преобразователи 19 постоянного напряжения, из них N ре- гулирусмых, 1J импульсных рег/ляторов

20постоянного напряжения, датчик 2 выходного постоянного напряжения соединены с входными выводами,входы

N регулируемых преобразователей 19 постоянного напряжения соединены с выходами N импульсных регуляторов 20 постоянного напряжения, входы которы соединены с входными выводами, выход всех преобразователей 19 постоянного напряжения соединены последовательно подключены к выходным выводам и датчику

21выходного напряжения,выход датчик 21 соединен с соответствующим входом блока 5 сравнения выходного и опорного напряжения, входы первого 2

и третьего 9 Формирователей тактовых импульсов соединены с выходом генератора 1, выход первого формирователя 2 тактовых импульсов соеди- пен с входами первого формирователя 6 строб-импульсов и второго формирователя 3 тактовых импульсов, выходы разрядов второго (формирователя 3 тактовых импульсов подключены к ад- ресным входам дешифратора 7 с N выходами, выход старшего разряда второго формирователя 3 тактовых импульсов соединен с входом синхронизации широтно-импульсного модуля го- ра I с прямым и инверсным входом, другой вход которого соединен с выходом блока 5 сравнения выходного и опорного напряжения, прямой выход широтно-импульсного модулятора k с прямым и инверсным входом соединен с входом третьего Формирователя 8 строб-импульсов и первыми входами первых ячеек ЗИ 12 в узлах формирования N управляющих импульсов для импульсных регуляторов 20 постоянного напряжения, инверсный выход широтно-импульсного модулятора k с прямым и инверсным входами соединен с первыми входами вторых ячеек ЗИ 16 в узлах формирования управляющих импульсов для импульсных регуляторов 20 постоянного напряжения, выход третьего Формирователя 8 строб-импульсов соединен с входом синхронизации запоминающего N-раз- рядного регистра 10 и входом установки в О третьего Формирователя 9 тактовых импульсов, выход которого подключен к входу второго формирователя строб-импульсов., его выход соединен с вторыми входами вторых ячеек 2И 13 и ЗИ 16 в узлах Формирования управляющих импульсов для импульсных регуляторов 20 постоянного напряжения, выход первого формирователя 6 строб-импульсов подключен к вторым входам первых ячеек 2И 13 и ЗИ 12 в узла Формирования управляющих импульсов для импульсных регуляторов 20 постоянного напряжения, первый, второй,..., N-й выход дешифратора 7 соединен соответственного с входом первого, второго, N-ro разряда запоминающего разрядного регистра 10 и первыми входами ячеек ЗИ 12, 16 соотЕетственно в первом, втором,..., N-ом узлах формирования управляющих пульсов для импульсных регуляторов 20, первый, второй, ..., N-й выходы разрядов запоминающего регистра 10 соединены соответственно с третьими входами ячеек 2И 13, 15 в первом, втором, ..., N-м узлах формирования управляющих импульсов для импульсных регуляторов 20, в каждом узле формирования управляющих импульсов для импульсных регуляторов 20 постоянного напряжения выходы первых ячеек 2И 13 и ЗИ 12 соединены с входами первой ячейки 2 ИЛИ lk: выход которой подключен к входу S RS-триггера 18, выходы вторых ячеек 2И 15 и ЗИ 16 соединены с входами второй ячейки 2 ИЛИ 17, выход которой подключен к входу R RS-триггера 18, выходы R RS-триггеров 18 в первом, втором,..., N-м узлах формирования управляющих импульсов для импульсных регуляторов 20 постоянного напряжения подключены соответственно к управляющим входам первого, второго, ..., N-ro импульсного регулятора 20 постоянного напряжения.

Эпюры напряжений фиг.2 показаны на:

а)первом, выходе дешифратора 7,

б)втором выходе дешифратора 7;

в)третьем выходе дешифратора 7

г)четвертом выходе дешифратора

д)выходе первого формирователя 6 строб-импульсов,

ж)прямом выходе широтно-импульс ного модулятора А|

з)выходе третьего формирователя 8 строб-импульсов ,

и) выходе второго формирователя строб-импул ьсов;

к) первом выходе регистра 10;

л) втором выходе регистра 10.

м) третьем выходе регистра 10;

н) четвертом выходе регистра 10;

о) входе первого импульсного регулятора 20;

п) входе второго импульсного регулятора 20;

р) входе третьего импульсного регулятора 20;

с) входе четвертого импульсного регулятора 20.

Многозонный стабилизатор постоянного напряжения работает следующим образом.

С выхода генератора 1 напряжение с периодом

Тг 0.01ТК , ,

К1 где Т - период напряжения развертки для широтно-импульсного модулятора (см.фиг.2е)} требуемая (%) точность воспроизведения длительности ипульса второго сигнала широтно-импульсного модулятора на управляющих входах импульсных регуляторов 20, поступает на входы формирователей 2 и 9 тактовых имг льсов, в качестве которых используются двоичные п-раз- рядные счетчики. При этом

log,C

Z.4N T,

-)

5

0

5

где N - число регулируемых зон в

стабилизаторе. Удобнее, чтобы N было кратно степе5 ням двух, т.е. N 2,4,8,16...2. Выходные напряжения формирователей 2- и 9 тактовых импульсов в общем имеют сдвиг по фазе. Формирователь 3 так- j товых импульсов представляет собой

0 ()-разрядный двоичный сметчик. Выходы его разрядов подключены к адресным входам дешифратора 7, имеющего N выходов. Для случая N 4 сигналы на выходах дешифратора показаны на фиг. 2а,б,в,г. Формирователь 6 выдает строб-импульс (см. фиг,2д) в момент установки счетчика 2 в состояние 0. Счетчик 3 синхронизирует широтно-импульсный модулятор (см.фиг.2е). Пилообразное напряжение с периодом следования Т (см.фиг..е) и постоянное напряжение на выходе блока 5 сравнения используются для формирования на выходе модулятора 4 широтно-мо- дулированного сигнала с периодом Т (см.фиг.2ж). На инверсном выходе сигнал проинвертирован. По фронту 1/0 сигнала на прямом выходе модулятора 4 второй формирователь 8 строб-импульсов вырабатывает строб- импульс (см.фиг.2з), устанавливающий в состояние 0й третий формирователь тактовых импульсов и переписывающий код на выходе дешифратора 7 в регистр 10. Формирователь 11 строб-импульсов выдает стробы в моменты установки в О третьего формирователя 9 тактовых импульсов (см.фиг.2и). При подаче на вход стабилизатора постоянного напряжения начинают работать преобразователи 19 постоянного напряжения. Выходное постоянное напряжение преобразователей 19 суммируется и поступает на выход стабилизатора. Сигнал, пропорциональный выходному напряжению с датчика 21 напряжения поступает на вход блока 5 сравнения, на другой вход которого подается опорное

0

5

0

5

0

5

напряжение 1)0 . В момент времени t0 начинается очередной период для широтно-импульсного модулятора (см, фиг,2е), Состояние второго формирователя 3 тактовых импульсов 00,...,О, на первом выходе дешифратора 7 появляется уровень 1, на остальных - О (см.фиг.2а,б,в,г). На выходе широтно-импульсного модулятора k наблюдается уровень 1 (см.фиг,2ж). В момент te на входах ячеек ЗИ 12-1 первого узла формирователя управляющих импульсов для импульсных регуляторов 20 постоянного напряжения присутствует уровень 1 с прямого выхода широтно-импульсного модулятора 4, 1 с первого выхода лешифг ратора. Строб от первого формирователя 6 строб-импульсов (см,фиг.2д) проходит тогда ячейку ЗИ 12-1, 2ИЛИ и установит RS-триггер 18-1 в состояние 1 по входу S (см,фиг.2о). В момент tj| заканчивается импульс на выходе широтно-импульсного модулятора 4 (см.фиг.2ж), третий формирователь 8 строб-импульсов выдает строб (см.фиг.2з). Зтим способом производится-запись в регистр 10 кода 1000 (см,фиг.2к,л,м,н), соответствующему состоянию дешифратора 7 на момент времени t( . Сбрасывается в О третий формирователь 9 тактовых импульсов, он теперь работает синхронно с t{ с тем же периодом, что и первый формирователь 2 тактовых импульсов. Второй формирователь 11 строб-импульсов выдает стробы в момент установки в О третьего формирователя 9 тактовых импульсов (см.фиг.2и), естественной или принудительной. Сигнал сброса (см.фиг.2и) в момент tj проходит через ячейку 2И 15-1 на другом выходе которой присутствует уровень 1, и сбрасывает в состояние О RS-триггер 18-1 (см.фиг.2о). В момент времени t строб с выхода фор мирователя 6 строб-импульсов через ячейки 2И 13-1 и 2 ИЛИ устанавливает RS-триггер 18-1 опять в состояние 1 (см.фиг.Хо). На первом входе ячейки 2И 13-1 при этом присутствует разрешающий уровень 1 с первого разряда регистра 10 (см. фиг.2к). В момент t2 не производится установка триггера 18-2 в состояние 1 по цепи ЗИ 12-2, 2 ИЛИ 14-2, так как выходной сигнал широтно-импульсного модулятора 4 имеет в это время уже уровень О (см.фиг.2ж). Таким образ ом, строб-импульсы с выхо ,дом первого 6 и второго 11 формирователей строб-импульсов (см.фиг.2д и) на первом периоде вынуждает триггер 18-1 повторить сигнал с выхода широтно-импульсного модулятора 4 (см.фиг.2ж,о) четыре раза (N раз в

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

общем случае). Состояние регистра 10 и остальных триггеров 18 не изменяется. В результате первый импульсный регулятор 20 постоянного напряжения работает в режиме стабилизации с частотой 4/Т (N/T в общем случае), остальные три регулятора (N-1 в общем случае) выключены. Соответственно не будет напряжения и на выходах N-1 преобразователей 19 напряжения, подключенных входами к импульсным регуляторам 20. В момент времени t импульс на установку в 1 RS-триггер 18-1 проходит через ячейку ЗИ 12-1 и через ячейку 2И 13-1, но это не сказывается на его работе (см. фиг.2а,д,ж,к,о). В момент времени заканчивается следующий импульс на выходе широтно-импульсного модулятора 4 ( см.фиг.2ж,з) , так как его длительность почти не изменяется/ по сравнению с предыдущим периодом. В фаботе устройства изменений не происходит. В регистр 10 переписывается прежний код (см.фиг,2к,л,м,н) 1000. В момент времени t на входах ячейки ЗИ 12-2 наблюдаются уровни 1 с выхода широтно-импульсного модулятора 4 (см.фиг.2ж), 1 с второго выхода дешифратора 10 (см.фиг.2б), строб- импульс от формирователя 6 (см.фиг.2д), В результате триггер 18-2 устанавливается в состояние 1 (см.фиг.2п). По аналогичным причинам в момент tg устанавливается в 1 триггер 18-3 (см.фиг.2р) и в момент t - триггер 18-4 (см.фиг02с). В MOMBHTV tg заканчивается импульс на выходе широтно- импульсного модулятора 4 (см.Фиг.2ж). По его концу формирователь 8 вырабатывает строб (см.фиг„2з), синхронизирует третий формирователь 9 тактовых импульсов, переписывает в регистр 10 код 0001 с выходов дешифратора 7 (см.фиг.2к,л,м,н). Строб импульс с выхода формирователя 11 уже не проходит через ячейки 2И 15- 1,2 ИЛИ 17-1 на вход R RS-триггера 18-1, так как на первом выходе регистра присутствует уровень 0м (см. фиг.2к). Строб-импульс наблюдается на пути 2И 15-4, 2 ИЛИ 17-4 и сбрасывает RS-триггер 18-4 в О. Теперь три импульсных регулятора 20 открыты, четвертый работает в режиме стабилизации с широтно-импульс- ной модуляцией на частоте 4/Т (N/T в общем случае)(см.фиг,2о,п,р,с) .

В момент времени tg после окончани очередного импульса на выходе ши- ротно-импульсного модулятора k (см. фиг.2ж,з) в регистр 10 переписывается из дешифратора 7 код 0100 (см.фиг,2к,л,м,н). В момент tg сигнал сброса не проходит на триггер 18-А, так как на выходе четвертого разряда регистра 10 уже О (см. фиг.2г), зато он проходит на вход R RS-триггера 18-2 через цепь 2И 15-2, 2 ИЛИ 17-2, так как на выходе второго разярда регистра 10 (см.фиг.2л) терепь 1м. В момент tg сигнал сброса по цепи ЗИ 16-3 2 ИЛИ проходит также на вход R RS-триггера 18-3 (см.фиг.2р) и устанавливает его в О. В это время на третьем входе ячейки ЗИ 16-3 присутствует уровень 1 с инверсного выхода широтно-импульсного модулятора I, а на ее первом входе 1 с третьего выхода дешифратора 7 (см.фиг.2в). Аналогично через цепь ЗИ 16-А, 2 ИЛИ 17-4 в момент времени t1f устанавливается в О триггер 18-1 (см.фиг.2с). Теперь первый импульсный регулятор открыт, второй работает в режиме стабилизации, остальные выключены. Переходный процесс в системе управления по времени меньше периода Т. В многзонном стабилизаторе постоянного напряжения реализован следующий алгоритм работы. При длительности t, импульсов широтно-импульсного модулятора k меньшей T/N, в режиме широтно-импульсной модуляции работает первый импульсный регулятора 20, остальные выключены. При длительно2Тсти tuc -

в режиме широтно-имИ4- N

пульсной модуляции работает второй импульсный регулятор 20, первый полностью открыт, остальные выключены, и т.д.Данный алгоритм рлр произвольного числа N регулируемых каналов приведен в таблице. Здесь: + - импульсный регулятор полностью открыт,

импульсный регулятор полноп п

стью закрыт, ш - импульсный регулятор работает в режиме широтно- импульсной модуляции на частоте N/T.

В системе управления предлагаемого многозонного стабилизатора постоянного напряжения осуществляетс логическое временное декодирование сигнала широтно-импульсного регуля0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

тора . Сигналы с выходов схем формирования управляющих импульсов для импульсных регуляторов 20 поступают на управляющие входы последних и в зависимости от выходного напряжения отключается или подключается часть преобразователей постоянного напряжения, причем только один из импульсных регуляторов находится в режиме широтно-импульсной модуляции. Замыкается отрицательная обратная связь и наступает режим стабилизации выходного напряжения.

Формула изобретения

Многозонный стабилизатор постоянного напряжения, содержащий генератор, нерегулируемые и N регулируемых преобразователей постоянного напряжения, N импульсных регуляторов постоянного напряжения, датчик выходного напряжения, блок сравнения выходного и опорного напряжений, при этом входы нерегулируемых преобразователей постоянного напряжения соединены с входными выводами, а вхо- ды N регулируемых преобразователей постоянного напряжения соединены с выходами N-импульсных регуляторов постоянного напряжения, входы которых соединены с входными выводами, выходы всех преобразователей постоянного напряжения соединены последовательно и подключены к выходным - выводам и входу датчика выходного напряжения, выход которого соединен с соответствующим входом блока сравнения выходного и опорного напряжений, отличающийся тем, что, с целью упрощения, в него введены три формирователя тактовых импульсов, три формирователя строб- импульсов, широтно-импульсный модулятор с прямым и инверсным выходами, дешифратор с N выходами, запоминающий N-разрядный регистр и N узлов формирования управляющих импульсов для импульсных регуляторов постоянного напряжения, каждый из которых содержит RS-триггер, две ячейки ЗИ, две ячейки 2ИЛИ и две ячейки 2И, при этом входы первого и третьего формирователей тактовых импульсов соединены с выходом генератора, выход . первого формирователя тактовых импульсов соединен с входами первого формирователя строб-импульсов и вто

рого формирователя тактовых импульсов, выходы разрядов второго формирователя тактовых импульсов подключены к адресным входам дешифратора с N выходами, выход старшего разряда второго формирователя тактовых импульсов соединен с входом синхронизации широтно-импульсного модулятора с прямым и инверсным выходами, вход управления которого соединен с выходом блока сравнения выходно го и опорного напряжений, прямой выход широтно-импульсного модулятора соединен с входом третьего Фор мирователя строб-импульсов, и первыми входами первых ячеек ЗИ в узлах формирования управляющих импульсов для импульсных регуляторов постоянного напряжения, инверсный выход широтно-импульсного модулятора соединен с первыми входами вторых ячеек в узлах формирования уп- раёляющих импульсов для импульсных регуляторов постоянного напряжения, выход третьего формирователя строб- импульсов соединен с входом синхронизации запоминающего N-разрядноГо регистра и входом установки в О третьего формирователя тактовых импульсов, выход третьего формирователя тактовых импульсов подключен к входу второго формирователя строб-ипульсов, выход которого соединен с вторыми входами вторых ячеек 2И и ЗИ в узлах формирования управляющих импульсов для импульсных регуляторов постоянного напряжения, выход первого формирователя строб-импуль

0

5

0

5

0

5

12

сов подключен к вторым входам первых ячеек 2И и ЗИ в узлах формирования управляющих импульсов для импульсных регуляторов постоянного напряжения, первый, второй,...N-й выходы дешифратора с N выходами соединены соответственно с входом первого, второго,..., N-ro разряда запоминающего N-разрядного регистра и третьими входами ячеек ЗИ соответственно в первом, втором,...,N-M узлах формирования управляющих импульсов для импульсных регуляторов постоянного напряжения, первый, второй,,..,N-й выходы разрядов запоминающего N разрядного регистра соединены соответственно с третьими входами ячеек 2И в первом, втором,..., N-м узлах формирования управляющих импульсов для импульсных регуляторов постоянного напряжения, в каждом узле формирования управляющих импульсов для импульсных регуляторов постоянного напряжения выходы первых ячеек 2И и ЗИ соединены с входами первой ячейки 2 ИЛИ, выход которой подключен к S-входу К8-тригге- ра, выходы вторых ячеек 2И и ЗИ соединены с входами второй ячейки 2 ИЛИ, выход которой подключен к R-входу Е5-триггера, выходы КЗ-триггеров, в первом, втором,...,М-м узлах формирования управпяющих импульсов для импульсных регуляторов постоянного напряжения подключены соответственно к управляющим входам первого, второго,... ,N-ro химпульсных регуляторов постоянного напряжения.

f« ft tj « 7

I | | I |-| I I I I I I I I I I I I I I I ri l l l I I I I I

1 I 1 I TV i I I I I I I I 11 I I I I I II M I I II I I I ,

inrmnnnnnnnnj

Редактор Т.Ш-тгова

Фаг 2 Составитель Ю.Опадчий

Техред А.Кравчук Корректор Л.Обручлр

Фиг.1

ПП П П П П

П П П П П Г.

П. П

П П

f I l 9 h I tX

ЧППЛГШЛППППППП

лшпшп