Многоканальная система питания с равномерным токораспределением Советский патент 1993 года по МПК H02M3/335 

г;

Ё

Использование: импульсные источники вторичного электропитания. Сущность изобретения: многоканальный источник представляет собой N параллельно работающих на общую нагрузку каналов, каждый из которых выполнен в виде двухтактного выпрямителя, подключенного по схеме со средней точкой к вторичным пояуобмоткам высокочастотного трансформатора через управляемые дроссели насыщения. Цепь отрицательной обратной связи через усилитель постоянного тока подключена к анодам размагничивающих диодов. Узел сравнения выполнен общим для всех каналов. Это позволяет обеспечить равномерную нагрузку каналов без организации специальных уравнительных связей, 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к импульсным источникам вторичного электропитания, и может быть использовано для литания устройств автоматики, вычислительной техники, связи и т.п., особенно при широком диапазоне изменения тока нагрузки.

При недостаточной установленной мощности отдельного источника используется параллельная работа нескольких таких источников на общую нагрузку.

Поскольку простое параллельное подключение N каналов на общую нагрузку при мощности нагрузки, превышающий мощность одного канала, недопустимо из-за неравномерного токораспределения по

каналам, все известные многоканальные системы питания с равномерным токораспре- делением включают достаточно сложные уравнительные связи, которые вследствие большого количества дополнительных элементов снижают эксплуатационную надежность системы питания.

Известна многоканальная система питания, содержащая ведущий стабилизированный канал с цепью отрицательной обратной связи по выходному напряжению и N ведомых стабилизированных каналов со своими цепями обратной связи, в каждой из которых имеется узел сравнения, подключенный оДним входом к датчику тока данного канала, а другим - к Датчику тока

Х|

О

VI XI

ю

Ю

СО

ведущего канала. Наличие таких сложных перекрестных связей позволяет добиться приемлемой равномерности токораспреде- ления между каналами,,

Можно указать целый, ряд многоканальных систем питания с разными вариантами организации уравнительных связей для обеспечения равномерности нагрузки каналов.. л

Прототипом может служить многоканальная система питания с равномерным токораспределением, содержащая N параллельно соединенных по выходу стабилизированных каналов постоянного тока, каждый из которых содержит отрицатель- .ную обратную связь по напряжению со своим узлом сравнения и цепь отрицательной обратной связи по току, включающий датчик тока нагрузки данного канала и узел сравнения, задающий вход которого через делитель на N связан с выходом датчика тока нагрузки всей системы.

Равномерность токорасп ре деления между каналами в этом устройстве достигается значительным усложнением схемы: введением датчиков нагрузки по числуканалов, N узлов сравнения и делителя на N,

Цель изобретения - максимальное упрощение уравнительных связей при одновременном обеспечении равномерного токораспрёделения параллельно работающих каналов. .

В предлагаемой многоканальной системе питания с равномерным токораспреде- лением, содержащей N параллельно соединенных по выходу стабилизированных каналов постоянного тока с отрицательной обратной связью, включающей узел сравнения, каждый канал выполнен а виде двухтактного выпрямителя, подключенного по схеме со средней точкой к вторичной обмотке высокочастотного трансформатора через управляемые дроссели насыщения, с двумя размагничивающими диодами, катоды которых подсоединены к общей точке диодов двухтактного выпрямителя и дросселей насыщения, а аноды соединены между собой и с выходом усилителя постоянного тока в цепи обратной связи, причём узел сравнения цепи обратной связи выполнен общим для всех каналов,

8 предлагаемой системе решена проблема параллельной работы каналов с равномернымтокораспределениеммаксимально простыми средствами: без организации уравнительных связей и уменьшением в N раз числа узлов сравнения. При параллельной работе таких каналов для обеспечения пульсации выходного напряжения на уровне тактовых в отдельном стабилизаторе и исключения режима автоколебаний необходима установка одного общего для всех каналов узла сравнения.

На чертеже приведена схема предло- женной многоканальной системы питания.

Система содержит первичный источник

I питания, представляющий собой высокочастотный инвертор напряжения, на выходе которого включена первичная обмотка 2 си0 левого трансформатора. Число вторичных обмоток трансформатора равно числу N каналов.-Вторичная обмотка трансформатора выполнена со средней точкой, образующей две полуобмотки 3, 4. В каждом канале к

5 полуобмоткам 3, 4 подсоединены управляемые дроссели 5, 6 насыщения и двухтактный выпрямитель на диодах 7, 8, выполненный по схеме со средней точкой. Размагничивающие диоды 9, 10 катодами подключены к

0 общей точке дросселей 5, 6 насыщения и диодов 7, 8, а анодами - к выходу усилителя

II постоянного тока в цепи отрицательной обратной связи. Средняя/точка полуобмо- тох 3, 4 трансформатора и общзяточка вы5 прямительных диодов 7, 8 подключены к выходному фильтру 12. Входы усилителей 11 постоянного тока всех каналов подключены к общему узлу 13 сравнения. Вход узла 13 сравнения связан с выходными клемма0 ми системы, к которым подключается нагрузка 14. Выходы выходных фильтров 12 соединены с выходными клеммами устройства. При необходимости увеличения мощности на нагрузке сверх мощности

5 первичного источника 1 возможно подключение нескольких групп параллельных каналов, каждая из которых подключена к своему первичному источнику.

Многоканальная система, питания рабо0 тает следующим образом,

В каждом канале стабилизация выходного напряжения осуществляется за счетсо- отеетствующ его изменения напряжения на выходе ШИМ на управляемых дросселях 5,

5 g насыщения. Магнитопроводы дросселей 5, 6 насыщения выполнены из магнитомяг- кого материала с прямоугольной петлей гистерезиса. В рабочий полупериод, когда it управляемому дросселю насыщения при0 ложен плюс напряжения вторичной об мотки 3 (4) трансформатора, происходит перемагничивание в режиме источники ЭДС от начального уровня индукции Вн до уровня индукции насыщения Bs согласно

5 закону UH 4fB9WS, где f - частота высокочастотного переменногонапряжения; W-чие- ло витков обмотки; S - активная площадь сердечника.

По обмотке управляемого дросселя нэсы- щения во время его перемагничивания протекает ток, величина которого определяется законом полного тока Y HI/W, где Н - ширина петли гистерезиса на данной частоте; I - средняя длина магнитопррвода дросселя насыщения.

При достижении насыщения величины тока в управляемом дросселе насыщения определяется сопротивлением нагрузки.

В это время к обмотке второго управляемого дросселя насыщения приложен минус питающего переменного напряжения, что соответствует управляющему полупериоду. В этот полупёриод происходит пере- магничивание магнитопровода в режиме источника тока от уровня индукции насыщения В до уровня индукции Bi, который определяется стабилизирующей обратной связью по выходному напряжению. В следующий полупериод, который для данного управляемого дросселя насыщения будет рабочим, перемагничивание магнитопровода начнется с уровня индукции Bi. Таким образом реализован ШИМ на управляемых дросселях насыщения с ППГ. Отработка изменения сетевого напряжения происходит непосредственно на управляемых дросселях насыщения путем сравнения напряжения вторичной обмотки трансформатора с напряжением насыщения дросселя.

При включении N стабилизаторов напряжения на общую нагрузку определяющим фактором равномерного распределения тока нагрузки между стабилизаторами напряжения и устойчивой работы такой системы является организация построения цепи обратной связи. При этом выходной сигнал цепи обратной связи, который воздействует на регулирующий элемент стабилизатора напряжения, должен обеспечить этот режим.

Отличительной особенностью стабилизатора напряжения на управляемых дросселях насыщения является то, что схема управления его, состоящая из узла рассогласования и усилителя постоянного тока, работает в линейном режиме. При этом выходной ток ее на частотах преобразования десятки-сотни килогерц составляет десятки миллиампер и коэффициент усиления ее на порядок ниже, чем у регулирующего элемента - управляемого дросселя насыщения.

При включении N таких стабилизаторов на общую нагрузку узел рассогласования выполняется общим для всех стабилизаторов напряжения. При этом во всей многоканальной системе будет существовать только один сигнал рассогласования, который поступает на входы N усилителей 11 постоянного тока. Поскольку стабилизаторы напряжения на управляемых дросселях насыщения выполнены по двухтактной схеме со средней точкой и управляющие полупериоды для управляемых дросселей насыщения при этом чередуются во времени, то 5 выходной сигнал усилителей постоянного тока будет непрерывным во времени. Кроме того, управляемые дроссели насыщения во время перемагничивания обладают эквивалентным сопротивлением R3 перемагничи0 вания, которое определяется как отношение напряжения насыщения магнитопровода дросселя насыщения к току его перемагничивания R 4fBsW S/Hf.

На частотах преобразования в десятки

5 килогерц величина R3 составляет несколько килоом. Поэтому в многоканальной системе питания, состоящей из стабилизаторов напряжения на управляемых дросселях 5, 6 насыщения, выходы усилителей 11 постоян0 ного тока всегда подключены к одинаковым сопротивлениям Ra. Разброс величины Яэ по каналам зависит только от ширины петли гистерезиса материала магнитопровода на данной частоте, коэффициента прямоуголъ5 ности и коэффициента заполнения стали, который определяет активную площадь сечения. Поскольку магнитопроводы дросселей насыщения после их изготовления проходят тестирование и сортировку по вы0 шеназванным параметрам, то подбор дросселей насыщения для стабилизаторов напряжения незатруднителен. В данной многоканальной системе электропитания ток управления равномерно распределяет5 ся между стабилизаторами напряжения, что приводит к одинаковому изменению глубины размагничивания магнитопроводов управляемых дросселей насыщения. Поскольку перемагничивание управляемых

0. дросселей насыщения разных стабилизаторов в рабочий период происходит от источника ЭДС одинаковой частоты и формы напряжения, то время перемагничивания всех дросселей насыщения от заполненного

5 уровня индукции В1 до уровня индукции насыщения Bs будет одинаковым. Это значит, что ток нагрузки будет протекать в течение одинаковой части рабочих полупериодов. Таким образом достигнуто равномерно то0 кораспределение.между N параллельно работающими стабилизаторами напряжения.

По сравнению с существующими многоканальными системами с равномерным то- 5 «©распределением в данной системе значительно упрощена схема управления, поскольку система не нуждается в токовых обратных связях, и узел сравнения, который является составной частью любого стабилизатора напряжения, выполняется общим

для всех параллельно работающих стабилизаторов напряжения.

Такое построение многоканальной системы .питания с равномерным токораспреФормула изобретения Многоканальная система питания с равномерным токораспределением, содержащая N параллельно соединенных по выходу стабилизированных каналов постоянного тока с отрицательной обратной связью, включающей узел сравнения, отличающаяся тем, что каждый канал выполнен в виде двухтактного выпрямителя, подключенного по схеме со средней точкой к вторичной обмот7

делением позволяет повысить КПД системы и качество выходного напряжения, а также надежность за счет упрощения схемы управления.

ке высокочастотного трансформатора через управляемые дроссели насыщения, с двумя размагничивающими диодами, катоды которых подсоединены к общей точке диодов двухтактного выпрямителя и дросселей насыщения, а аноды соединены между собой и с выходом усилителя постоянного тока в цепи обратной связи, причем узел сравнения цепи обратной связи выполнен общим для всех каналов.