Многофазный импульсный стабилизатор Советский патент 1982 года по МПК G05F1/56 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при проектировании источников электропитания электротехнической и радиоэлектронной аппаратуры различного назначения.

Известен многозвенный (многофазный) и.шyльcный стабилизатор напряжения, в котором используется несколь.ко регулирующих транзисторов, работающих параллельно на общую нагрузку. Каждый регулирующий транзистор имеет свои силовые элементы:, дроссель фильтра и обратный диод. Коммутация транзисторов в этой схеме производится со сдвигом по фазе, что обеспечивает улучшение основных характеристик стабилизатора: уменьшение величины пульсаций выходного .напряжения, снижение объема и массы фильтра и т.д.

Недостатком этого стабилизатора является критичность к разбросу параметров элементов и к их температурным изменениям, что приводит к неравномерному распределению тока нагрузки между параллельно работающими регулирующими транзисторами и к увеличению пульсаций выходного напряжения.

Наиболее близким техническим решением является многозвенный импульсный стабилизатор напряжения, содержащий п силовых ячеек, из них одну ведущую и п -1 ведомых силовых ячеек параллельно подключенных к выходным выводам стабилизатора через резисторные датчики тока нагрузки и источники питания. Каждая силовая ячейка содержит регулирующий элемент, включенный между входом и выходом силовой ячейки, усилитель постоянного тока, выходная цепь связана с управляющим входом регулирующего элемента, и источник опорного напряжения. Каждая из ведомых .силовых ячеек содержит усилитель ошибки тока, один вход которого подключен к точке соединения резисторного датчика тока и регулирующего элемента этой же силовой ячейки, а другой вход усилителя ошибки тока подключен к точке соединения резисторного датчика тока и регулирующего элемента ведущей силовой ячейки. Выход каждого усилителя ошибки тока подключен через потенциометр к минусовой клемме источника опорного напряжения, плюсовая клемма которого подключена к одному из выходных выводов

стабилизатора, средний вывод потенциометра подключен к одному из ЕХОдов усилителя постоянного тока, второй вход которого подключен к минусовой клемме источника опорного напряжения.

Недостатками данного техническог решения являются его сложность и пониженная надежность вследствие того, что каждый канал многофазного импульсного стабилизатора (ведущий и ведомый) содержит широтно-импульсный модулятор, в состав которого входит большое количество элементов усилитель постоянного тока, усилитель ошибки тока, потенциометр и т.д.

Цель изобретения - упрощение и повышение надежности многофазного импульсного стабилизатора.

Поставленная цель достигается тем, что в многофазный импульсный стабилизатор напряжения, содержащий п силовых ячеек, из них одну ведущую и п-1 ведомых силовых ячеек, параллельно подключенных к выходнЕлм выводам стабилизатора, через резисторные датчики тока и источники питания, п-1 резисторных делителей напряжения, подключенных к датчикам .тока соответствующих ведомых силовых ячеек, источник опорного напряжения выходом- подключенный к входу узла сравнения, другой вход которого подключен к одному из выходных выводов стабилизатора, а выход к усилителю постоянного тока,в1ь1ход которого подключен к одному из входов широтно-импульсного модулятора, выходом подключенного к управляющему входу ведущей силовой ячейки, . многофазный задающий генератор, одним из выходов подключенный к другому входу широтно-импульсного модулятора, введены и -1 двухвходовых компараторов сигналов, один вход которых соединен с выходом введенного интегрирующего звена, подключенного к датчику тока нагрузки ведущей силовой ячейки, другой вход каждого компаратора соединен со средней точкой соответствующего резисторного делителя напряжения, подключенного к датчику тока нагрузку каждой ведомой силовой ячейки, а выход каждого компаратора подключен к одному из входов п -1 введенных триггеров, другой вход каждого триггера соединен с соответствующим выходом многофазного задающего генератора, а выход каждого триггера подключен к управляющему входу соответствующей ведомой силовой ячейки.

На чертеже приведена схема многофазного импульсного стабилизатора (преобразователя напряжения.

Стабилизатор содержит г источников 1 питания, подключенных к одному из выводов нагрузки 2, ведущую 3, и п -1 ведомых 4 силовых ячеек ,, параллельно подключенных к другому выводу нагрузки 2 соответственно через резисторные датчики 5 и 6 тока. Стабилизатор содержит также узел 7 сравнения, один вход которого подключен к нагрузке 2, другой вход узла 7 сравнения соединен с источ0ником 8 опорного напряжения, усилитель 9 постоянного тока, вход которого подключен к выходу узла 7 сравнения, и широтно-импульсный модулятор 10, один вход которого подклю5чен к выходу усилителя 9 постоянного тока, другой вход соединен с выходом многофазного задающего генератора 11, а выход широтно-импульсного модулятора подключен к управляющему входу ве0дущей силовой ячейки 3. Кроме того, стабилизатор содержит п -1 двухвходовых компараторов 12 сигналов, один вход которых соединен с выходом интегрирующего звена, состоящего из

5 резистора 13 и конденсатора 14 и подключенного к датчику 5 тока нагрузки ведущей силовой ячейки 3, другой вход каждого компаратора 12 соединен со средней точкой резисторного дели0теля 15 напряжения, подключенного к датчику 6 тока нагрузки каждой ведомой силовой ячейки 4, выход каждого компаратора 12 подключен.к одному из входов п-1 триггеров 16

5 с двумя входами, другой вход каждого триггера 16 соединен с выходом многофазного задающего генератора 11, а выход каждого триггера 16 подключен к управляющему входу соответствующей ведомой силовой ячейки 4.

0

В качестве силовой ячейки могут быть использованы силовая часть импульсного стабилизатора напряжения любого типа, содержащая регулирующий элемент на транзисторах, дроссель

5 и конденсатор фильтра и обратный диод или регулируемый конвертор любого типа, содержащий ключевые транзисторы, трансформатор, выпрямитель и фильтр, и другие виды силовых час0тей преобразователей напряжения с регулирующим элементом на транзисторах, работающих в режиме переключений.

Многофазный импульсный стабилизатор напряжения работает следующим об5разом.

В установившемся режиме выходное напряжение стабилизатора поступает на узел 7 сравнения, сравнивается с опорным напряжением, поступающим

0 с выхода источника 8 опорного напряжения, и сигнал рассогласования, усиленный усилителем 9 постоянного тока, подается на вход широтно-импульсного модулятора 10, на другой вход которого подается синхронизирующие импульсы

5 с выхода многофазного задающего гене ратора 11. Широтчо-импульсный модуля тор 10 формирует управляющие импульсы коэффициент заполнения импульсного напряжения которых устанавливается такой величины, чтобы поддерживалось неизменным выходное напряжение стабилизатора. Эти импульсы с выхода ши рот но-импуль с ного модулятора 10 подаются на управляющий вход ведущей силовой ячейки 3. Сдвинутые по фазе синхронизирующие импульсы с выхода многофазного задающего генератора 11 подаются на один из входов триггеров 16, выход которых соединен с управляю щим входом ведомых силовых ячеек 4. При подаче синхронизирующих импульсов триггер 16 переключается в одно из устойчивых состояний, при котором на его выходе присутствуют управляющие импульсы, подаваемые на управляю щий вход ведомой силовой ячейки 4. Коэффициент заполнения этих импульсов определяется величиной тока, про текающего по резисторному датчику 6 тока нагрузки ведомой ячейки 4, т.е. нагрузки ведомой ячейки 4. Когда амплитуда импульсов напряжения, пропорционального току нагрузки ведомой ячейки 4, снимаемого со средней точки резисторного делителя 15 напряжения, становится равной постоянному напряжению, полученному с выхода интегрирующего звена - с конденсатора 14, компаратор 12 переключается в другое устойчивое состояние и на его выходе появляются импульсы, которые переключают триггер 16 в другое ус тойчивое состояние, и управляющие импульсы на его выходе становятся равным нулю. Сдвиг по фазе синхронизирующих импульсов, подаваемых на один из входов триггеров 16, обеспечивает соответствующий сдвиг по фазе управляющих импульсов, подаваемых на вход ведущей 3 и ведомых 4 силовы ячеек. При изменении по какой-либо причине тока нагрузки ведущей ячейки 3 изменяется величина постоянного напряжения, подаваемого на вход компараторов 12 с выхода интегрирующего звена. Это приводит к соответствующе му изменению коэффициента заполнения импульсного напряжения, подаваемого на управляющий вход ведомых силовых ячеек 4, таким образом, чтобы устранить отклонение тока нагрузки каждой ведомой ячейки 4 от тока нагрузки ведущей ячейки 3. Таким образом, ток нагрузки ведомых силовых ячеек 4 всегда устанавливается равным току нагрузки ведущей силовой ячейки 3. Резисторные делители 15 напояжения поедназначены пля первоначальной установки тока нагрузки каждой ведомой ячейки ранн№/1 току нагрузки ведущей ячейки. Использование изобретения позволяет упростить многофазный импульсный стабилизатор напряжения с выравниванием тока нагрузки всех фазовых каналов и повысить его надежность. Это достигается за счет того, что в предложенном стабилизаторе содержится всего один узел 7 сравнения, один усилитель 9 постоянного тока и один щиротно-импульсный модулятор 10, тогда как в известном стабилизаторе эти узлы и другие дополнительные элементы оЪдержатся в каждом фазовом канале. Основными техническими преимущест вами предлагаемого изобретения по сравнению с базовым объектом - многофазным импульсным стабилизатором 27В 200А являются снижение количества элементов на 10-15% и увеличение времени наработки на один отказ на 8-10%, а также снижение объема и мае ы стабилизатора на 10-15%, что достигается за счет выравнивания тока нагрузки силовых ячеек и уменьшения, вследствие этого величины пульсаций, выходного напряжения стабилизатора и снижение объема и массы сгл,, живающего фильтра. Формула изобретения. Многофазный импульсный стабилизатор, содержащий п силовых ячеек, из них одну ведущую и п-1 ведомых силовых ячеек, параллельно подключенных к выходным выводам стабилизатора через резисторные датчики тока и источники питания, п-1 резисторных делителей напряжения, подключенных к датчикам тока соответствующих ведомых силовых ячеек, источник опорного напряжения, выходом подключенный к входу узла сравнения, другой.вход которого подключен к одному из выходных выводов стабилизатора, а выход к усилителю постоянного тока, выход которого подключен к одному из входов широтно-импульсного модулятора, выходом подключенного к управляющему входу ведущей силовой ячейки, многофазный задающий генератор, одним из выходов подключенный к другому входу широтно-импульсного модулятора, о тличающийся тем, что, с целью упрощения и повышения надежности, в него введены п -1 двухвходовых компараторов сигналов, один вход которых соединен с выходом введенного интегрирующего звена, подключенного к датчику тока нагрузки ведущей силовой ячейки, другой вход каждого компаратора соединен со средней точкой соответствукяцего резисторного делителя напряжения, подключенного к датчику тока нагрузки каждой ведомой силовой ячейки, а выход каждого компаратора подключен к одному из входов

.ft-l введенных триггеров, другой вхрд каждого триггера соединен с соответствующим выходом многофазного задающего генератора, а выход каждого триггера подключен к управляющему входу соответствующей ведомой силовой ячейки.

.- v

i . «