Многоканальный источник стабилизированного напряжения Советский патент 1993 года по МПК H02M3/337 

Предлагаемое изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам для преобразования постоянного напряжения в постоянные напряжения различных величин, и может применяться во вторичных источниках электропитания узлов автоматики, вычислительной техники,средств связи, систем охранной сигнализации и т.д., где требуется гальваническая развязка по питанию.

Целью предлагаемого изобретения является повышение стабильности и надежности (при расширении функциональных возможностей за счет формирования нескольких стабилизированных выходных напряжений).

На фиг, 1 представлена функциональная схема предлагаемого многоканального источника стабилизированного напряжения; на ф1 ;г. 2 - вариант схемы параметрического стабилизатора напряжения; на фиг. 3 принципиальная электрическая схема узла формирования многоканального источника стабилизированного напряжения (включающего в себя задающий генератор, одновибратор, триггер-делитель на два, формирователи, элементы И и мощные инверторы); на фиг. 4 - вариант принн,1лпиаль- ной электрической схемы блок, обратной связи; на фиг. 5 - временные диаграммы, поясняющие работу многоканального источника стабилизированного напряжения.

Многоканальный источник стабилизированного напряжения содержит защитный диод 1, входной сглаживающий фильтр 2, параметрический стабилизатор напряжения 3, задающий генератор 4, одновмбратор 5, триггер-делитель на два 6, два элемента

L

1r-J

/ 7 и 7 , мощный инвертор 8, трансформатор управления 9, блок обратной связи (БОС) 10, сглаживающий фильтр 11, двухтак- тный каскад 12 силовых транзисторов, силовой трансформатор 13, двухполупериодный выпрямитель 14 со средней точкой, мостовой импульсный выпрямитель 15, однопо- лярный выходной фил.ьтр 16 и двухполярный выходной фильтр 17.

Защитный диод 1, вход которого является входом источника, подсоединен выходом через входной сглаживающий фильтр 2 ко входу сглаживающего фильтра 11 и ко входу НсЭраметрического стабилизатора напряжения 3 выход которого соединен с выходами литзнил задающего генератора 4, одновиб- piT:cpa 5., триггера 6, элементов И 71 и 7 , мощных инверторов 81 и 82 и БОС 10.

Выход задающего генератора 4 соединен с лчфопмзиионным входом одновибра- горз ъ подключенного первым выходом ко уходу триггера-делителя на два 6 и вторым выходом - к пеовым входам обоих элемен1О

тов } Г и У-. Триггер-делитель на два 6 подсоединен i iHвереным и прямым выхода- (... ко вторым входам, соответственно, пер- bOfo 7 и второго 72 элементов И, выходы которых подсоединены, соответственно, че- РОО первый В1 и второй 8 мощные инверторы ;; соответствующим выводам первичной обмотки трансформатора управления 9, подключенного выходной обмоткой ко вхо- дгм (бйззм транзисторов) двухтактного кас- кддз 12 силовых транзисторов, выход которого:соединен с входной обмоткой силового трансформатора 13, подключенной средней томной к выходу сглаживающего ф ;-тоэ 11. Первая выходная обмотка сило- Б..;Ю трансформатора 13 подключена через последовательно соединенные двухполупе- Р юдный выпрямитель 14 со средней точкой и два однополярных выходных фильтра 16 i; 16 ко входу БОС10, Вторая выходная об- ;лоткз силового трансформатора 13 (з общем случае таких обмоток может быть N) подключена к выходному каналу двухполяр- ного напряжения, состоящему из последовательно соединенных мостового импульсного выпрямителя 15 и выходных LC-фильтров 171 и 172. Выход БОС10 соединен с управляющим (частотнозада.ющим) входом одновмбратора 5.

Параметрический стабилизатор напряжения 3 содержит (фиг. 2) источник тока 18, опорный элемент 19 в виде стабилитрона и составной регулируемый транзистор 20, подключенный к выходу источника тока 18. Вход источника тока 18 является входом параметрического стабилизатора напряжения J, выходом которого является выход составного регулируемого транзистора 20.

На фиг. 3 представлен вариант принципиальной электрической схемы узла форми- рования, состоящего из задающего генератора 4, одновибратора 5, триггера-делителя на два б, формирователя импульсов в виде трех инверторов Тч; Т2 и Тз (на фиг. 3 цифровыми позициями не обозначены), два элемента И 7 и 7 и два мощных инвертора 81 и 82,

Блок обратной связи (БОС) 10 содержит (фиг. 4) последовательно соединенные усилитель тока 121, транзисторную оптопару 5 22,фильтрнижнихчастот(ФНЧ)23иР-МОП транзистор 24 в режиме регулируемого сопротивления. Вход усилится л тока 21 является входом БОС 10, выходом которого является выход Р-МОП транзистора 24. 0 На фиг. 5 представлены временные диаграммы сигналов на выходе блоков многоканального источника стабилизированного напряжения для случаев минимального входного напряжения UBx мин и максималь- 5 ного входного напряжения UBx макс. На фиг. 5 приняты следующие обозначения:

поз. 25 - выходное напряжение задающего генератора 4;

поз. 26 - выходное напряжение одно- 0 вибратора 5;

поз. 27 - напряжение на выходных обмотках трансформатора управления 9;

поз. 28 - напряжение на выходах двухтактного каскада 12 силовых транзисторов; 5 поз. 29 - выходное напряжение двухпо- лупериодного выпрямителя 14 со средней точкой;

поз. 30 - выходное напряжение однопо- лярного выходного LC-фильтра 16 (на фиг. 5 0 заштриховано);

UBX мин минимальное входное напряжение;

UBX макс - максимальное входное напряжение;

5 Ueuxl однополярное выходное напряжение;

Тг - период задающего генератора 4;

to в - длительность импульсов одновиб- ратора 5;

0 tn длительность импульсов преобразования;

UB нас - напряжение между базой и эмиттером силового транзистора в режиме насыщения;

5 Укэ нас - напряжение между коллектором и эмиттером силового транзистора в режиме насыщения.

Многоканальный источник стабилизированного напряжения работает следующим образом. Входное напряжение через

последовательно соединенные защитный диод 1 и входной сглаживающий LC-фильтр поступает на вход параметрического стабилизатора напряжения 3, питающего задающий генератор 4, одновибратор 5. триггер-делитель на два 6, оба элемента И7 и 7, оба мощных инвертора 8 и 8 и БОС 10.

Задающий генератор 4 вырабатывает непрерывную последовательность импуль- сов (фиг. 5, поз. 25) частотой fr 25 кГц ±10%. Каждый импульс с выхода задающего генератора 4 передним фронтом запускает одновибра юр 5. длительность импульса на выходе которого (фиг. 5. поз,26) зависит от напряжения из выходе блока обратной связи 10, но не превышает допустимой величины (to в Т г).

Импульсы с выхода одновибрзтора 5 поступают на вход триггера-делителя на два 6, распределяющего их по тактам. Импульсы с инверсного и прямого выходов триггера-делителя на два 6 поступают на одни выходы элементов И 7 и 7, импульсы с выходов которых инвертируются в мощных инверторах 81 м 8 ч поступают на входную обмотку трансформатора управления 9, которая подключается в заданной последова- телыности к шинам + ипит.стзб. и - ипит.стаб. (фиг. 5, поз, 27) и, таким обра- зом, управляет с помощью транзисторов двухтактного каскада 12 входной обмоткой силового трансформатора 13 (фиг, 5, поз. 2 8).

С выходных обмоток силового транс- форматора 13 напряжение выпрямляется в выпрямителях 14 и 15 (фиг. 5. поз.29) у фильтруется с помощью фильтров 161. 16Л. 171 и М1 (фиг, 5, поз,30). Напряжение с выхода второго выходного фильтра 16 поступает на вход БОС 10, в котором осуществляется его усиление в усилителе 21 и фильтрация в ФНЧ 23. Напряжение с выхода ФНЧ 23 осуществляется управление Р-МОП транзистором 24, включенным параллельно рези- стору времязадающей RC-цепи одновибратора 5 (фиг. 3). при этом осуществляется управление длительности выходного импульса одновибратора 5.

Чем больше напряжение на входе блока 10 обратной связи, тем больше сигнал на его выходе, тем больше длительность импульса на выходе одновибратора 5 и тем меньше длительность импульса управления на выходе трансформатора управления 9.

Амплитуда и длительность импульса преоб- разов ания на выходных обмотках силового трансформатора 13 линейно зависит от входного напряжения, причем, чем больше входное напряжение, тем больше амплитуда и меньше длительность импульса преобразования, при этом напряжение на нагрузке остается постоянным.

С увеличением входного напряжения происходит, с одной стороны, увеличение потерь на коммутацию двухтактного каскада 12 силовых транзисторов, а. с другой сторон ы, также увеличение длительности паузы tn, то есть отключенного состояния двухтактного каскада 12 силовых транзисторов, что способствует термостзбилыности выходных параметров источника стабилизированного напряжения. Величина и стабильность в ы х о д н о г о на п р я ; е и и я обеспечивается м а с ш та б и р о в з н и е м: напряжения отрицательной обратной СВРЗП на выходе блока 10, то есть выбором рабочей точки Р-МОП транзистора 24 (фиг. 4), работающего в режиме регулирования сопротивления, включаемого параллельно резистору времязадающей RC-цепи одновибратора 5. Использование предлагаемого изобретения позволяет повысить стабильность выходного напряжения и надежность питания за счет следующих особенностей предлагаемого технического решения:

-питание основных формирующих блоков устройства (блоки 4-8) осуществляется стабильным напряжением с выхода параметрического стабилизатора напряжения 3;

-используется один одновибратор 5 в прототипе два однсвибрзторз для Формирования импульсов управления, что обеспечивает полную симметричность выходного двухполярного напряжения;

-управление длительностью одновибратора 5 по напряжению с выхода одного выходного канала с максимальным потреблением обеспечивает стабильность напряжения всех выходных каналов (при неизменной их нагрузке):

-исключено протекание сквозных токов:

-используется режим рассасывания носителей и запирания силовых транзисторов отрицател ьным нэп ряжен ие, ;/;с к л ючается возможность возникновения ЭДС самоиндукции во входной обмотке трансформатора управления;

-возможность изготовления электронного узла в виде интегральной микросхемы и значительного снижения з этом случае его массогабзритных параметров.

На предприятии-заявителе изготовлено 15 опытных образцов источника питания, испытания которого показали, что нестабильность выходного напряжения по первому выходному каналу (с которого снимается сигнал обратной связи) ие превышает

.r(),03% ( ±3 мВ) и по остальным выходным каналам +0,06% (+4,5 мВ).

Внедрение предлагаемого изобретения планируется на предприятии-заявителе в 1992-1993 гг.

Формула изобретен и я 1. Многоканальный источник стабили- зироязнного напряжения, содержащий входной сглах чивающий фильтр, два элемента И. зздаюший генератор, триггер-делитель иэ два, одновибратор, двухтактный КЗСКРД силовых транзисторов, силовой 7 ранг.фооматор. М выходных каналов, каждый из которых состоит из последовательно создннепных г поямителя и выходного Фильтр), блок обратной связи и защитный диод, вход которого является входом источ- . гюдсо диненньмл выходом к о ход у годного сглаживающего фппьтоа. выходы /;;/; ::т о го кпокздз силовых транзисто- с . --::.:1 i-. с начальным и коночным вы:К:Д ;- И : iX.O :..Jl i О б М О Т К. И СИЛОВОГО

. V- iTcrjr, выходные обмотки которо- i о о. ;../,. :: г: hbi-x COOT зетству 0щу;м выходным . :-.;-...: :-;. ,-ых-.д фильтра леорого из которых ;;о.а-;оеджи;- х r.-ходу блока обратной связи, м :.-.тх ОД -:;-:::;нно } выходом к упоявляюшему од: 0 : лбри горп. о т л и ч п ю 1Д и и с я , , с ;,оль:С г;ов-у;.1:ения стзО /.льнослл к няйежкости (npi/i р -:Сш шении функциональ- нь-х DOSMOxiiOGTen за счет гЬормиропания ж окольк;г sbixoznibix нтпря : з:-:ий), о него :;У :се-:ы сглглх агнощий фильтр, два мощных лм;н:ртйрз, трзнсформатср управления

и параметрический стабилизатор напряжения, подключенный входом к выходу входного сглаживающего Фильтра и к входу сглаживающего фильтра и выходом - к пыводам питания однопибратора, обоих элементов И, триггера-делителя на даа, обоих мощных инверторов, блока обратной связи и задающего генератора, выход которого соединен с. информационным входом одмовибратора, подключенного инверсным выходом к. одним сходам обоих элементов И и прямым выходом - к счетному входу триггера-делителя на два, инверсный п прямой выходы которого соединены с другими зходамп соответстпенно первого к второго зле- нентов И.- подключенных выходами к входам соответственно первого и птооого мощных инвертеров, выходы которых соз- динень с пьжодзми входной обмотки трансФормотооз управления, подключенного выходной обмоткой к входам двухтактного каскада силовых транзисторов, а выход сглйживающего фильтра соединен со средним вьгводом входной обмотки силового

трансформатора.

2. Источник напряжения по п. 1, о т л и- ч а ю щ и и с я тем. что, ; нем блок обратной связи содержит последзизтольно соединенные усилитель тока, трзпсл-к.то-риую оптопару, фильтр и ихних частотп

Р-МОП-тра зистор к режиме регулирования сопротивления, ыход которого являет

Использование: преобразование постоянного напряжения в постоянные напряжения. Сущность изобретения: источник напряжения содержит два элемента И (7), задающий генератор (А), триггер-делитель на два (6), одновибратор (5), двухтактный каскад силовых транзисторов (12), силовой трансформатор (13), N выходных каналов, каждый из которых состоит из последовательно соединенных выпрямителя и выходного фильтра, блок обратной связи (10) и защитный диод (Ч). Введены сглаживающий фильтр (2), два мощных инвертора (8), трансформатор управления (9) и параметрический стабилизатор напряжения (3), что повышает стабильность выходного напряжения и надежность источника питания. 1 з.п.ф-лы, 5 ил.

-::&...

I;

„.Ли-„„

/#7

i s; -i----i f-;..™i г i „:::. r, f j-«- - it«--v«

..-r«-.-..-J.,.., (1.) . ,-.j.) V;-V,,/L,.,j..-.-.-.r.L..Ji««

I Ы И I I i i

{//.4 11 |.,e j

, j Г i ji - u--J i 1 „ ;.- . i

J //У //- y

W0 Ijfiiiiffuralli

I .„ „„.}..; fy., if.„. J j j ,4... J .

S i Г т:;г;1.« ./гг-ч. -д, ,v, ;- - ,/,

w .

.- i. ... ,w .. - ,.(,. pv..« .. .-,,; - ffffA ,;,, у

Mfe b

25

О UBS. алии.

JpUpJp ILJ JILI t

its. нес 2

„J 3&.аГг..

lУЗХ.К€.

Г П™ Г°

кп7ЦЦкжЦ- -fcacrsfL.-LC &SK|&зсл« „Лс2 Л „

la

.

Г| П

$&Ј...

| Й« гл-г-,А

. -

77/7

М

Ks&nzf

t, Ј

Фи&5