Многоканальный источник питания Советский патент 1992 года по МПК H02M3/335 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для питания электронной аппаратуры.

Известен многоканальный конвертор (А.с, № 1417133, Н 02 М 3/335 Опубл. 15.08,88. Бюл. №30), в котором используется многоканальный однотактный обратно- ходовой преобразователь, управляемый от широтно-импульсиого модулятора. Для стабилизации выходных напряжений используется принцип регулирования по отклонению выходной величины.

Недостатком устройства является сложность реализации, что определяется сложностью реализации широтно-импульсиого модулятора, и низкое быстродействие используемой системы регулирования по отклонению.

Наиболее близким по технической сущности к предполагаемому устройству является многоканальный источник питания (А,с. № 1248009, Н 02 М 3/335, Опубл. 30.07.86. Бюл. N° 28) в котором используется многоканальный одногактный обратнохо- довой преобразова ель управляемый от широтно-импульсиого модулятора с использованием принципа регулирования по отклонению выходного напряжения,

Недостатком устройства является сложность реализации и низкое быстродействие используемой системы регулирования по отклонению.

Целью изобретения является упрощением повышение быстродействия регулирования,

Поставленная цель достигается тем, что в многоканальный источник питания, содержащий однотактный обратноходо- вой преобразователь, первичная обмотка трансформатора которого соединена с источником питания через транзисторный ключ, его вторичные обмотки через выпрямительные диоды соединены с конденсаторами сглаживающих фильтров выходных каналов, а измерительная обмотка подключена через выпрямительный диод к сглаживающему конденсатору измерительного канала, задающий генератор, источник опорного напряжения, компаратор, выход которого соединен с управляющим переходом транзисторного ключа через предварительный усилитель, введена дополнительная обмотка трансформатора, включенная в противофазе относительно измерительной обмотки между сглаживающим конденсатором измерительного канала и дополнительным диодом, который подключен к интегратору, накопительный элемент которого зашунтирован ключом, управляющий вход ключа через дифференцирующую цепочку подключен к выходу компаратора, первый вход которого подключен к источнику опорного напряжения, а второй к выходу интегратора, причем, компаратор снабжен входом стробирования, к которому подключен выход генератора,

Такое исполнение устройства позволяет его упростить, исключив из схемы генера- тор пилообразного напряжения, узел

0 сравнения, для реализации которых необходимы операционные усилители. Предлагаемое устройство работает по принципу стабилизации среднего значения напряжения в каждом тактовом интервале и поэтому

5 обладает максимальным быстродействием.

Совокупность существенных признаков

заявленного устройства в процессе поиска

известных технических решений в науке и

технике не обнаружена, ч го свидетельству0 ет о соответствии его критерию существенные отличия.

На фмг.1 представлена принципиальная схема предлагаемого многоканального источника питания; на фиг.2 - временные

5 диаграммы, поясняющие его работу; на фиг.З примеры реализации стробируемого компаратора и ключа, шунтирующего накопительный элемент интегратора.

Многоканальный источник питания со0 держит однотактный обратноходовой преобразователь 1, первичная обмотка 2 силового трансформатора 3 которого соединена с источником питания 4 через транзисторный ключ 5, а его вторичные обмотки 6

5 через выпрямительные диоды 7 соединены, с конденсаторами 8 сглаживающих фильт- ров выходных каналов, задающий генера- гор 9, соединенный со стробирующим входом 10 компаратора 11, вход которого

0 подключен к источнику опорного напряжения 12, а его выход соединен через предварительный усилитель 13 с управляющим переходом транзисторного ключа 5 и через дифференцирующую цепочку 14, состоя5 щую из конденсатора 15 и резистора 16, с управляющим входом ключа 17, шунтирующего накопительный конденсатор 18 интегратора 19, состоящего из резистора 20 и конденсатора 18, выход интегратора 19 со0 единен со входом компаратора 11, а вход через дополнительный диод 21 соединен с первым выводом дополнительной обмотки 22 трансформатора 3, второй вывод которой подключен к сглаживающему конденсатору

5 23, к которому через выпрямительный диод 24 подключена измерительная обмотка 22 трансформатора 3.

Устройство работает следующим образом. Задающий генератор 9 (см.фиг, 1) вырабатывает импульсы Ur постоянной

частоты и длительности (см.диаграмму 25. фиг.2), которые поступают на стробирую- щий вход 10 компаратора 11, импульсы UK с выхода которого через предварительный усилитель 13 передаются к транзисторному ключу 5 (см.диаграмму 26 фиг.2) однотакт- ного обратноходового преобразователя 1. Транзисторный ключ 5 в момент времени to подключает первичную обмотку 2 трансформатора 3 к источнику питания 4 и в трансформаторе 3 накапливается энергия, при этом напряжение U2 на вторичных обмотках б, включенных встречно первичной обмотке 2, отрицательно и выпрямительные диоды 7 заперты (см.диаграмму 29 фиг.2). При размыкании транзисторного ключа 5 в момент времени т.2 напряжения Us на вторичных обмотках становится положительным и через выпрямительные диоды 7 энергия от трансформатора 3 поступает на выход каждого из n-каналов однотактного преобразователя 1, заряжая при этом конденсаторы 8 (см.диаграмму 31 фиг.2). В следующем такте при включении транзисторного ключа 5 в момент времени т.з напряжение U2 на вторичных обмотках 6 становится отрицательным, диоды 7 запираются и конденсаторы 8 сглаживающих фильтров отдают накопленную энергию на выход преобразователя (см.диаграмму 31 фиг.2).

Выходное напряжение рассматриваемого однотактного обратноходового преобразователя определяется соотношением:

URBIX - UE

1 -у

где у- коэффициент заполнения импульса Из выражения (1) следует:

ивых y(UBX+UBb,x)

поэтому для стабилизации выходного напряжения необходимо стабилизировать величину произведения:

y(UBX+UBbix) const

т.е. среднее за период значение суммы входного и выходного напряжения преобразователя, что реализуется следующим образом.

Один из выходных каналов преобразователя используется в качестве измерительного. Он состоит из измерительной обмотки 22 трансформатора 3, включенной встречно относительно первичной обмотки 2, выпрямительного диода 24 и сглаживающего кон

денсатора 23, и имеет на выходе напряжение UflblX.

Для получения суммы входного и выходного напряжения обратной связи ис- 5 пользуется дополнительная обмотка 22 трансформатора 3, причем подключается она последовательно с измерительным источником выходного напряжения канала обратной связи согласно по отношению к

10 первичной обмотке 2 трансформатора 3 к аноду дополнительного диода 21.

В момент времени to компаратор 11 включается стробирующим импульсом Ur генератора 9 и напряжение обратной связи

15 с катода дополнительного диода 21 поступает на интегратор 19, состоящий из конденсатора 18, резистора 20 и ключа 17. Конденсатор начинает заряжаться, причем напряжение ии на нем пропорционально

20 среднему за время измерения напряжению суммы UBX+UBMX. В каждом периоде конденсатор 13 разряжается до нуля ключом 17 (см.диаграмму 28 фиг.2). Напряжение UH с конденсатора 18 подается на второй вход

25 компаратора 11, первый вход которого подключен к источнику опорного напряжения 12. В компараторе сравниваются напряжение UH конденсатора 18 и опорное напряжение Uo В момент времени ti, когда

30 напряжение ии конденсатора 18 достигнет уровня Uo, компаратор 11 выключается и вызывает запирание транзисторного ключа 5 через предварительный усилитель 13. В то же время кратковременно срабатывает

35 ключ 17 интегратора, на управляющий вход которого подается импульс идиф с выхода дифференцирующей цепочки 14 (см.диаграмму 27 фиг.2), причем вход дифференцирующей цепочки подключен к выходу

40 компаратора 11. Конденсатор 18 ключом 17 разряжается до нуля (см.диаграмму 28 фиг.2). 3 течение времени ti-u в транзисторном ключе 5 рассасываются заряды и он остается включенным. Конденсатор 18

45 интегратора начинает заряжаться. В момент времени t2 транзисторный ключ 5 раз- мыкается, изменяется полярность напряжения U2 в обмотках трансформатора, напряжение обратной связи становится от50 рицательным и дополнительный диод 21 запирается. При этом напряжение на конденсаторе 18 запоминается на достигнутом уровне. Тем самым учитывается время рассасывания зарядов в базе транзисторно55 го ключа 5, так как в следующем такте заряд конденсатора интегратора начинается не с нуля, а с величины запомненной добавки. При увеличении, например, напряжения питания Un , в момент времени 14 (уменьшается) напряжение обратной связи, пропорциональное изменению Uex+Unbix. что приводит к ускорен ному (замедлен ному) заряду конденсатора 18 интегратора (см.диаграм- му 27 фиг.2) и уменьшению (увеличению) длительности замкнутого состояния транзисторного ключа 5 (см.диаграмму 26 фиг.2). При этом напряжение выходных каналов преобразователя не изменяется (см.диаграмму 31 фиг.2), так как величина среднего значения напряжения, подведенного к первичной обмотке трансформатора не изменится.

Таким образом величина энергии, накопленной в сердечнике трансформатора во время включенного состояния транзисторного ключа, стабилизируется в каждом такте работы преобразователя в соответствии с выражением (2). Поэтому выходное напряжение источника питания практически инвариантно к изменениям входного напряжения. Задержка в измерении возмущающего воздействия (входного напряжения) и в выработке регулирующего сигнала (выходного сигнала компаратора) практически отсутствует и определяется лишь погрешностями элементов системы регулирования. Вследствие этого предлагаемый источник питания обладает максимальным быстродействием.

В качестве стробируемых компараторов могут быть использованы микросхемы серий 521 (К 521 СА1), 554 (К 554 СА1), 597 (К 597 СА1) и др. На фиг. 3 (а) приведена одна из схем реализации стробируемого компаратора 11 на интегральном таймере КР 1006 ВИ1. Достоинствами этого таймера являются однополярное питание и наличие низкоомного выхода, способного непосредственно управлять транзисторным ключом однотактного преобразователя,

На фиг.З (б) приведена одна из схем реализации ключа 17 интегратора, основанная на применении микросхем, изготовленных по КМОП-технологии, например серии 561 (К 651 КТЗ). Достоинством этих микросхем являются низкое потребление энергии и быстродействие, отвечающее требованиям стабилизации выходного напряжения источника питания.

Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с прототипом является более простым, т.к. для его реализации не

требуется узел сравнения напряжений и генератор пилообразного напряжения.

В отличие от прототипа, быстродействие системы регулирования в предлагаемом

устройстве выше и практически не зависит от постоянных времени выходных фильтров, так как интегратор системы управления измеряет среднее значение суммы входного и выходного напряжений в каждом периоде.

Это позволяет выбирать постоянные времени выходных фильтров только из условия обеспечения стабильности выходных напряжений по отношению к нагрузкам каждого из каналов, не накладывая на них

других ограничений.

Формула изобретения Многоканальный источник питания, содержащий однотактный обратноходовой

преобразователь, первичная обмотка трансформатора которого через транзисторный ключ подключена к выводам для подключения источника питания, вторичные обмотки через выпрямительные диоды

подключены к конденсаторам фильтров выходных каналов, а измерительная обмотка через диод подключена к конденсатору измерительного канала, первым выводом подключенного к общей шине, задающий

генератор, источник опорного напряжения, подключенный к первому входу компаратора, выход которого через предварительный усилитель подключен к управляющему переходу транзисторного ключа, отличающ и и с я тем, что, с целью упрощения и повышения быстродействия регулирования, введены интегратор, ключ, шунтирующий его накопительный элемент, дифференциальная цепь и дополнительный

диод, а в трансформатор введена дополнительная обмотка, включенная встречно по отношению к измерительной обмотке, причем первый вывод дополнительной обмотки подключен к второму выводу конденсатора

измерительного канала, а ее второй вывод через дополнительный диод подключен к интегратору, выход которого соединен с вторым входом компаратора, выход которого через дифференцирующую цепь подключен к управляющему входу ключа, выход задающего генератора соединен с входом стробирования компаратора.

Фиг 2

Г

Ujup

Изобретение относится к электротехнике и предназначено, в частности, для питания электронной аппаратуры. Цель изобретения - упрощение устройства и повышение его быстродействия. Поставленная цель достигается тем, что система управления по строена по принципу стабилизации величины среднего значения выходного напряжения в каждом периоде работы преобразователя. С этой целью в устройство, содержащее однотактный обратноходовой преобразователь 1, транзисторный ключ 5, предварительный усилитель 13, компаратор 11 и задающий генератор 9, введены дополнительная обмотка 22 трансформатора с выпрямительным диодом 21, интегратор 19, накопительный элемент которого зашун- тирован ключем 17,.и дифференцирующая цепочка 14, а компаратор снабжен строби- рующим входом 3 ил