Резервированный стабилизированный источник напряжения Советский патент 1981 года по МПК G05F1/58 

(54) РЕЗЕРВИРОВАННЫЙ СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ ИСТОЧНИК НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к радиоэлек тронике и может использоваться в Качестве высоконадежного стабилизиро;ванного источника питания в различны устройствах автоматики и вычислитель ной техники. Известны стабилизированные источники питания постоянного напряжения, содержащие по крайней мере два стабилизатора напряжения, каждый из которых состоит из регулирующего элемента, включенного в одну из силовых шин, узла сравнения, входом подключенного К одному из выходных выводов а выходом - к управляющему входу регулирующего элемента, другим - с выходом коммтутирующего элемента, а выxoдo ; с управлякядим входом регулирующего элемента,.- причем в силовую шину каждого стабилизатора введен датчик тока Cll и Г2 .. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является разервированный етабилизированный источник напряжения, содержащий два однотипных импульсных стабилизатора, под ключенных своими выходами к выходным выводам, каждый из которых состоит из регулирующего и управляющего блоков, соединенных между собой своими входом и выходом соответственно, а питающий вход регулирующего блока соединен с входным выводом делителя напряжения, подключенного параллельно выходным выводам и выходом соединенного с входом управляющего блока, и выходного LCD-фильтра, включенного между питающим выходом регулирующего блока и выходным выводом, причем последовательно с диодом фильтра включена обмотка токоограничивающего дросселя, шунтированная обратным диодом ГзЦНедостатка известных устройств является наличие датчика тока, включенного в силовую цепь ведущего стабилизатора и датчика тока, включенного в силовую цепь ведомого стабилизатора, что приводит к снижению КПД стабилизатора и увеличению уровня минимально-необходимого напряжения на взсоде стабилизатора. Существенным недостатком устройства прототипа является отказ стабилизированного источника постоянного напряжения при единичном отказе любого элемента ведущего стабилизатора, так как ведомый стабилизатор не может воспринимать на себя функции веду-

йего из-за отсутствия в нем источника опорного напряжения.

Целью изобретения является повышение надежности резервированного стабилизированного источника напряжения.

Поставленная цель достигается тем, что в резервированный стаби; изированный источник напряжения введ дифференциальный усилитель с двумя вых6дг1ми, а в кажднй импульсный.. стабилизатор введены дополнительный делитель напряжения и детектор, при этом делитель напряжения подключен к соответствующей обмотке токоограничивсшмцего дросселя, выход дополнительного делителя соединен со входом соответствующего детектора, а выход детектора соединен из условия обеспечения перекрестной связи между импульсными стабилизаторами с одним из входов дифференциального усилителя, выход которого, инверсный по отношению к указанному входу, соединен с делителем напряжения противоположного импульсного стабилизатора.

На фиг. 1 показана блок-схема резервированного импульсного стабилизатора напряжения; на фиг.2.электрическая принципиальная схема стабилизатора, состоящего из двух одинаковых импульсных стабилизаторов, каждый из которых регшизован на базе интегральной микросхемы 142ЕП1 и представляет собой импульсный стабилизатор с двухпозиционным регулированием; на фиг. 3 - осциллограммы напряжений при равенстве токов, протекающих через регулирующие транзисторы-обоих стабилизаторов: . ,

Ur f(t) - осциллограмма напряжен на диоде 11 первого стабилизатора;

U:(j f (t) - осциллограмма напряжения на диоде 11 второго стабилизатора;

(t) - осциллограмма напряжения на диоде 6 первого стабилизатора;

U9if(t) - осциллограмма напряжения на диоде бпервого стабилизатора; -. .

) - осциллограмма тока, протекающего через регулирующий транзистор первого стабилизатора;

3Q f(t) - осциллограмма тока, протекающего через регулирующий .тразистор второго стабилизатора.

Резервированный стабилизированны источник напряжения (см. фиг. 1) содержит два.однотипных импульсных стабилизатора, каждый из которых содержит регулирующий блок 1,-входо . подключенный к выходу управляющего блока 2, вход которого соединен с выходом делителя 3 напряжения, вы;хо;51ной LCD-фильтр 4,причем последовательно с диодомфильтра включена

обмотка токоограничивающего-дросселя 5, шунтированная диодом б, дополнительный делитель 7 напряжения, входом подключенный к обмотке токоограничивающего дросселя, а выходом ко входу детектора 8, и общий для обоих импульсных стабилизаторов дифференцированный усилитель 9, первый вход которого соединен с выходом детектора 8 первого импульсного стабилизатора, а второй вход под ключей к выходу детектора 8 второго импульсного стабилизатора, первый выход (инверсный первому входу) дифференциального усилителя соединен с делителем 3 второго импульсного стабилизатора, а второй выход (инверс:ный второмувходу) с делителем 3 первого импульсного стабилизатора. Нагрузка 10 включена на выходе источника напряжения, кроме того выходной фильтр 4 содержит диод 11.

Схема резервированного импульсного стабилизатора работает следующим образом.

Если стабилизаторы настроены идеально на одинаковое выходное напряжение, ток нагрузки распределяется поровну между обоими стабилизаторами. Временной и температурный дрейф параметров элементов, входящих в состав каждого стабилизатора, при отсутствии схемы выравнивания токов приведет сначала к разбалансу выходных токов, а затем к запиранию транзистора регулирующего блока одного из стабилизаторов. Введение перекрестных отрицательных обратных связей с обмоток дросселей 5 через делители 7 напряжения; детекторы 8 площади импульсов, согласукяций усилител 9 с дифференциальным входом и выходом и делители 3 напряжения на вход стабилизаторов в широком диапазоне изменений параметрюв элементов стабилизатора, нагрузки и входного напряжения. Когда транзистс регулирующего блока 1 закрыт, через диод фильра 4 протекает ток, величина которого линейно уменьшается от начального 3 до конечного З. . При этом выходной ток стабилизатора

3-1 +3о

При отпирании транзистора регулирующего блока 1 в течение первого этапа рассасывания избыточного заряда неосновных носителей в базе диода фильтра 4, когда напряжение на диоде еще мало на дросселе 5 формируется прямоугольный импульс положительной полярности, амплитуда которого равна входному напряжению стабилизатора, а длительность пропорциональна выходному току стабилизатора

При оптимсшьном соотношении докоммутационного и послекоммутационного токов диода длительность импульса на дросселе 5

Т . и 3 Зр

и чувствительность этого параметра импульса к выходному току стабилизатора

2 Сн

бТы

зт 1J7..

где Т ц - время жизни неосновных носителей в насыщенной базе диода; Лп 23о-0 - докоммутационный прямой ток диода;

- оптимальный послекоммутационный средний ток рассасывания диода;

DO выходной ток стабилизатора.

Импульсы с дросселя 5, уменьшенные по амплитуде делителем 7, поступают на вход детектора 8, напряжение на выходе которого пропорционально амплитуде и длительности импульсов, а следовательно, выходному току стабилизатора. Синфазные изменения выходных токов вызывают синфазные изменения напряжений на входах усилителя 9, разбаланс выходных токов приводит к появлению на дифференциальном входе усилителя 9 .балансирующего сигнала, который через услитель 9 вызывает соответствующие изменения напряжений на входах упраляющих блоков 2 и скважности импульсов транзистора регулирующего блока 1 .

допустим, что.ток левого стабилизатора, изображенного на фиг. 1, меньше тока правого стабилизатора (при этом напряжение на выходе правого стабилизатора больше напряжени на выходе левого стабилизатора). Амплитуда и длительность импульсов На дросселе 5 левого стабилизатора меньше амплитуды и длительности импульсов на дросселе 5 правого стабилизатора. Напряжение на первом входе дифференциального усилителя, подключенного к детектору 8 левого стабилизатора, меньше напряжения на втором входе дифференциального ус.илителя, подключенного к детектору 8 правого стабилизатора,.причем с уменьшением тока левого стабилизатора напряжение на первом входе дефференциального усилителя уменьшается, а на втором входе остается неизменным. Ток на выходе дифференциального усилителя, инверс ом первому входу, уменьшается и напряжение на выходе правого стабилизатора также уменьшается. Таким образом, устройство работает как система автоматического регулирования с глубокой отрицательной обратной связью и позволяет обеспечить баланс токов при значительных измен ниях параметров элементов стабилизи-г тора.

Практическая схема.резервированного импульсного стабилизатора, представленная на фиг. 2, была испытана в условиях изменения температуры ок5 1,ужающей среды от -( до . Разбаланс тока в стабилизаторах не превышал 2% при напряжении на выходе стабилизатора, равном 16 В, входном

л напряжении 27 В, токе нагрузки от

0,5 до 2 А.

По сравнению с аналогами и прототипом в резервированном стабилизаторе, содержащем предлагаемое устройство, ошибка распределения тока в ста5 ;билизаторах при изменении пареииеторв, элементов на порядок меньше. Например при токе.нагрузки 1 А изменение номинала резистора (см. фиг. 2) на 10 Ом вызывает изменение тока в каждом.стабилизаторе на 1%, а в аналоге - на 10%, повы&ние температуры окружающей среды до +70°С вызывает изменение тока в каждом стабилизаторе соответственно:

J в предлагаемом устройстве - на 2,5%;

в аналоге и прототипе - на 40%. . Применение предлагаемого устройства позволяет существенным образом повысить -надежность резервированных

Q импульсных стабилизаторов постоянного тока за счет облегченного режима работы элементов стабилизатора. импульсных стабилизаторов упрощаются за счет исключения из сило. вой цепи датчиков тока в виде резисторов большой мощности (при больших токах нагрузки) импульсные резервированные стабилизаторы с предлагаекадм устройством имеют более высокий коэффициент полезного действия

0 и устойчиво работают в широком температурном диапазоне.

Формула изобретения

Резервированный стабилизированный источник напряжения, содержащий два однотипных импульсных стабилизатора, подключенных своими выходами к выходним выводам, каждыг из которых состоит из регулирующего и управляющего блоков, соединенных между собой своими входом и выходом соответственно, а питающий вход регулирующего блока соединен с входным выводом и

выходом соединенного с входом управляющего блока, и выходного LСО-фильтра, включенного между питающим.выходе регулирующего блока и выходным выводом, причем последовательно с

диодом фильтра включена обмотка токоограничивайщего дросселя, шунтированная обратным диодом, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения надежности, в него введен дифференциальный усилитель с двумя выходами, а в каждый импульсный стабилизатор введены дополнительный делитель напряжения, и детектор, при этом делитель напряжения подключен к соответствующей обмотке токоограничйвающёго дросселя, выход дополнительного делителя соединен с входом соответствующего детектора, а выход детектора соединен из условия обеспечения перекрестной связи между импульсными стабилизаторами с одним из входов дифференциального усилителя, выход которого инверсный по отношению к

указанному входу, соединен с делителем напряжения противоположного импульсного стабилизатора.

Источники информацииj принятые во внимание при экспертизе

2,Авторское

свидетельство СССР 05 F 1/58, 1976. 657424, кл. G

(прототип).

OW

%

0

Iff I y/

/7 /1