Многозвенный стабилизатор напряжения Советский патент 1982 года по МПК G05F1/58 

Изобретение относится к эпектротехнике и может найти применение в радиоэпектронной, приборсстроитепьной отрасли промышпенности в попупроводниковых стабипизаторах импупьсного действия, работа ющих при больших токах нагрузки. Известен многозвенный ртабипизатор напряжения, в котором параплепьно включен ряд регулирующих транзисторов, каж- дый из которых имеет свой дроссель и обратный диод, коммутация транзисторов производится с некоторым сдвигом по фазе 11). Недостатком этого многозвенного стабилизатора напряжения является критичность к технологическому разбросу параметров элементов и их температурным изменениям, что приводит к неравномерному распределению токов между параппельно работающими регулирующими транзисто рами, к увеличению пульсаций выходного напряжения. Кроме того, здесь не обеспечена работоспособность многозвенного стабилизатора при подключении его фаз к нескольким источникам питания с различными уровнями напряжений, не обеспечена регулировка выходного напряжения jia- раллельно включенных ячеек без Дополнительных построечных операций, а также критичен к перегрузке по мощности ипи короткому замыканию в цепи нагрузки. Известна схема многозвенного стабилизатора напряжения, содержащая параллельно подключенные через резистивные датчики тока силовые ячейки, каждая из которых содержит усилитель ощибки тока, регулирующий транзистор 23. Недостатком данного технического решения является низкая надежность бошьщого количества силовых ячеек, выход любой из которых приводит к нарушению работоспособности многозвенного стабилизатора напряжения, кроме того, ощиб- ка контура регулирования тока суммируется с ощибкой контура регулирования напряжения, что увеличивает нестабильность 395 напряжения на нагрузке, уменьшает точяость выравнивания тока паралпепьно работающих силовых ячеек и не обеспечивает регулировку выходного напряжения без дополнительных подстроечных операций и защиту от перегрузки по току нагрузки или короткого замыкания в цепи нагрузки. Ыаибопее близким техническим рещением к предлагаемому является многозвенный стабилизатор напряжения, содержащий п силовых ячеек, из них одну ведущую и п -1 ведомых, параллельно подкточенных к выходным выводам через резистивные датчики тока, каждая из которых содержит регулирующий эпемент, включенный между входом и выходом силовой , усилитель постоянногб тока выходная цель которого связана с управяяющим входом регугшрующего .элемента через широтно-импульсный модулятор, а один из входов связан со средней точкой потенциометра установки выходного напряжения стабилизатора, источники питания по числу силовых ячеек, многофазный генератор, каждый из выходов которого соединен с соответствующим щиротно-имиульсным модулятором каждой сиповой ячейки, а каждая из ведомых силовых ячеек содержит дополнительно усилитель ошибки тока и ИСТОЧИР& опорного напряжения,, причем один из выходов усилителя сигнала ощибки тока каждой из ведомых сиповых ячеек подключен к точке соединения резисторного датчика тока и фильтра этой же силовой ячейки, другой вход усилителя ошибки тока подкnibчен к точке соединения резисторного датчика тока и фильтра ведущей си повой ячейки, выход усилителя ошибки тока подключен через потенциометр к отрицательному выводу источника опорного напряжеШ1Я, положительный вывод которого подклзочен к одному из выходных выводов стабилизатора, средний вывод потенциометра подключен к одному из входов усилителя постоянного тока, второй вход которого подключен к отрицательному выводу источника опорного напряжения i3l. Недостатком данного технического ре- щения является низкая надежность при коротком замыкании в цепи нагрузки. Цепь изобретения - повыщение надежности При коротком замыкании в цепи нагрузки. Указанная цель достигается тем, что в многозвенный стабилизатор напряжения введен пороговый блок, инвертирующий вход порогового элемента которого через 8,4 конденсатор подключен к общей точке соединения вывода дпя подкпючения на - грузки и резисторных датчиков тока сиповых ячеек, а через паралпепьно соединенные диод и резистор к общей точке соединения резистора , другой вывод которого подкпючбн к резисторному датчику тока ведущей силовой ячейки и параппепьной цепочки из резистора и диода, другой вывод которой подключен к общей точке соединения резистора, другой вывод которого подключен к выходу порогового элемента и последовательно соединенных стабилитронов, другой вывод которых под- кпючен к общей точке соединения, вывода подкшочения нагрузки и резисторных датчиков тока сиповых ячеек, параплепьно упомянутым стабилитронам подключен потенциометр установки максимально-до- 20 пустимого тока нагрузки, средний вывод оторого через резистор подключен к ненвертирующему входу порогового элеента, выход которого подключен чеез диод к средней точке потенциометра становки выходного напряжения стаби--. изатора. На чертеже представлена фуикциональная схема многозвенного стабилизатора напряжения, Стабилизатор состоит из п источников 1 питания, нагрузки 2, многофазного генератора 3 с п выходами 4, п -силовых ячеек, из них одной ведущей силовой ячейки 5, п -1 ведомых силовых ячеек 6, как ведущая, так и ведомые силовые ячейки содержат усилитель 7 постоянного тока, щиротно-импульсиый модуляр 8, регулирующий транзистор 9, фильтр 1О, резйсторный датчик 11 тока, резисторы 12 и 13. Кроме того, ведущая силовая ячейка содержит делитель выходного напряжения, состоящий из резисторов 14, 15 и потенциометра регулировки выходного напряжения 16, а каждая ведомая силовая ячейка содержит дополнительно усилитель 17 ошибки тока, резисторы 1820, конденсатор 21, потенциометр 22 установки тока, кроме того, стабилизатор содержит источники опорного напряжения; первый 23 и второй 24, которые обеспечиваются стабипитронами 25, 26 и резистором 27; пороговый блок 28, который состоит из порогового элемента 29, резисторов ЗО-34, потенциометра 35 установки максимально-допустимого тока нагрузки, диодов 36-38, стабилитронов 39, 40, конденсатора 41.

Источники 1 и нагрузка 2 имеют одну общую шину, другая шина источников 1 питания подключена к нагрузке через силовые ячейки 5, 6, в каждой силовой ячейке выход усилителя 7 постоянного то ка подключен к широтно-импупьсному модулятору 8, на второй вход которого пода ется сигнал синхронизации с иного фазного задающего генератора 3, выходные сигналы 4 которого имеют сдвиг по фазе. Выход широтно-импупьсного модулятора 8 соединен с регулирующим транзистором, который через фильтр 10 и резисторный датчик 11 тока подключен к на17рузке..

Один из входов усилителя 7 постоянного тока ведущей силовой ячейки 5 подключен к минусовой клемме второго источника 24 опорного напряжения через резистор 13, а другой вход через резистор 12 подключен к средней точке потенциометра 16 регулировки выходного напряжения. Пороговый элемент 29 порогового блока 28 неинвертируюшим входом подключен череэ резистор 30 к средней точки,

потенциометра 35 установки максимальнонд,опустимого тока нагрузки, инвертирующим входом подключен через конденсатор 41 к выводу для подключения нагрузки 2, а через последовательно соединенные параллельную цепочку из резистора 31, диода 38 и резистора 32 к резисторному датчику 11 тока, выход порогового элемента 29 через диод 37 подключен к средней точке потенциометра 16 регулировки выходного напряжения стабилизатора, а через резистор 34 и стабилизаторы 39, 4О к выводу для подключения нагрузки 2,

Многозвенный стабилизатор работает

следующим образом.

В установившемся режиме многофазный генератор 3 подает с выходов 4 управляющие сдвинутые по фазе напряжения на щйротно-импульсные модуляторы 8 силовых ячеек 5, 6, что позволяет производить коммутацию регулирующих транзисторов не одновременно, а с некоторым требуемым сдвигом по фазе.

При изменении тока ведущей силовой ячейки 5 по каким-либо причинам изменяется напряжение на резисторном датчике 1.1 тока, что приводит к появлению на входах усилителей 17 ошибки тока всех ведомых силовых ячеек 6 сигнала ошибки (разности тока ведущего канапе и тока каждого канала начиная со второ- го по п -и), который после усиления подается через потенциометр 22 установки тока на вход усилителя 7 постоянного тока каждой ведомой силовой ячейки. Выходной сигнал этого усилителя 7 вызывает изменение коэффициента заполнения импульсов широтно-импульсного модулятора 8 таким образом, чтобы ликвидировать отклонение тока- в ведущей силовой ячейке 5 и тока в ведомых силовых ячейках 6. Так, например, при увеличении (уменьшении) тока в ведущей силовой .ячейке при постоянном выходном напряже НИИ ток в ведомых силовых ячейках 6 также будет увеличиваться (уменьшаться)..

Таким образом, каждая ведомая силовая ячейка всегда стремится повторить величину тока, протекаемого в ведущей силовой ячейке 5. Потенцометром 22 установки тока ведомой силовой ячейки 6 можно устанавливать как равным току ведущей силовой ячейки 5, ток и в любых требуемых пропорциях. При вьфавнивании токов в силовых ячейках 5 и 6 сигналы на входе усилителей 17 отклонения тока стремятся к нулю, сводя к нулю и их воздействия на режим работы силовых Ячеек.

В случае изменения напряжения на нагрузке 2 появляется сигнал ошибки на входе усилителя 7 постоянного тока ведущей силовой ячейки 5. Сигнал ошибки, усиленный усилителем 7, воздействует на широтно-импульсный модулятор 8, изменения его коэффициент заполнения таким образом, чтобы ликвидировать изменение напряжения на нагрузке, при -этом ведомые силовые ячейки 6 будут работать аналогично описанному.Подключение делителя напряжения, состоящего из резисторов 14, 15 и потенциометре. 16, непосредственно к клеммам нагрузки 2 обеспечивает получение на нагрузке напряжения с любой заданной точностью.

В случае выхода из строя любой ведомой силовой ячейки многозвенный стабилизатор сохраняет работоспособность, при этом величина- тока, которую должна была отдавать в общую нагрузку вышедщая из строя силовая ячейка, поровну распределяется на работоспособные силовые ячейки.

Автономность контуров регулирования тока и напряжения обеспечивает получение гообой заданной точки стабилизации выходного напряжения и точности выравнивания токов параллельно работающих источников питания как с одинаковыми выходными напряжениями, так и с от пинающимися. Частным случаем является работа многозвенного стабилизатора напряжения от одного источника. При нормальной работе стабилизатора, когда ток нагрузки не пре вышает максимально-допустимого, на который спроектирован стабилизатор напряжения, напряжение на инвертирующем входе порогового элемента 29, определяемое Делителем из резисторов 32, 33, меньше напрял ения на неинвертирующем входе порогового элемента 29, определяемого установкой среднего вывода потенциометра 35, Уровень напряжения на выходе порогового элемента 29 при этом высокий, Диод 37 закрыт и пороговый бпок 28 на работу стабилизатора влияния не оказывает. При превыщении тока нагрузки максимально-допустимого значения, на которое спроектирован стабилизатор и пи определен ным Другими эксплуатационными требованиями, напряжение на датчике 11 тока ве домой силовой ячейки увеличится, увеличится и напряжения на инвертирующем входе порогового элемента 29, которое превысит напряжение на неинвертирующем входе. Это приводит к появлению на выходе порогового элемента 29 низкого уровня напряжения, который с одной стороны обеспечивает через диод 37 низк85Й уровень напряженияна входе усилителя постоянного тока ведущей силовой 1гчейки 5, с другой стороны обеспечивает низкий уровень напряжения через потенциометр 35 на неинвертирующем входе порогового элемента 29. Обеспечение низкого уровня напряжения на входе усилителя 7 постоянного тока, связанного через резистор 12 со средней точкой потенциометра 16 и черев диод 37 с выходом поргового элемента 29, позволяет через широтно-импульсный модулятор 8 полностью закрыть регулирующий элемент 9 ведущей силовой ячейки. Это приводит к пропаданию напряжения на резисторном датчике 11 тока ведущей силовой ячейки, регулирующие элементы 9 ведомых силовых ячеек 6 при этом также закрываются и ток нагрузки 2 становится равным нулю. Однако пропадание тока и напряжения на резисторном датчике 11 тока ведущей силовой ячейки не приводит к изменению состояния на выходе noporoBOi o элемента 29 (низкого уровня напряжения), так как напряжение на инвертирующем входе порогового элемента 29 (из--за невозможности мгновенного изменения напряжения на конденсаторе 41) выше напряжения на ноинвертирующем входе порогового элемента 29. При этом конденсатор 41 перезаряжается через резистор 31, диод 36, стремясь к- напряжению, определяемому напряжением стабилизации стабилитрона 39 и прямым падет1ем напряжения стабилитрона 40. .Через интервал времени, пропорциональный произведению величины конденсатора 41 и резистора 31, напряжение на инвертирующем входе порог-ового элемента 29 Достигает значения, меньшего напряжения на неинвертируюЕ1ем входе, определяемого поторщиометром 35. Это приводит к переключению порогового элемента 29 и появлению на его выходе высокого уровня- напряжения. Диод 37 закрывается и пороговый элемент 29 не оказывает влияние на усилитель 7 постоянного тока, что обеспечивает включение многозвенного стабилизатора напряжения. При этом если перегрузка или короткое замыкание в цепи нат рузки ликвидированы, то стабилизатор обеспечивает необходимые параметры на выходе, если же перегрузка по току нагрузки не ликвидирована, то пороговый блок 28. отключит многозвенный стабилизатор напряжения аналогично описанному i Таким образм, пороговый блок 28 при перегрузке или коротком замыкании в цепи нагрузки многозвенного стабилизатора напряжения периодически дает команду на включение. Периодичность включения пропорциональна вегшчинам конденсатора 41 и резистора 31. Проведенные исследования показапи, что предлагаемый многозвенный стабилизатор напряжения обладает по сравнению с существующими, следующими преим гществами: повышает надежность стабилизатора при перегрузке, или коротком замыкании в цепи нагрузки эксплуатируемого многозвенного импульсного стабилизатора; повышает технологичность при настройке многозвенного стабильного напряжения. Формула изобретения Многозвенный стабилизатор напряжения, содержащий п силовых ячеек, из них одну ведущую и п -1 .ведомых, параппельно подключенных к выходным выводам через резисторные датчики тока, каждая из которых содержит ре1 лирующий элемент, включенный между входом и выходом си повой ячейки, усипитепь постоянного тока, выходная цепь которого связана с управляющим входом регулирующего эпемента через широтно-импупьсный модулятор, а один из входов связан со средней точкой потенциометра установки выходного напряжения стабилизатора, источники питания по числу сиповых ячеек, многофазный генератор, каждый из выходов которого соединен с соответствующим широтно-импупьсным модулятором каждой силовой ячейки, а каждая из ведомых силовых ячеек содержит дополнительно усилитель ошибки тока и источник опорного напряжения, причем один из вхо- довусилителя ошибки гока каждой из ведомых силовых ячеек подключен к точке соединения резисторного датчика тока и фильтра этой же силовой ячейки, другой вход усилителя ощибки тока подключен к точке соединения резисторного датчика тока и фильтра ведущей силовой ячейки, вход усилителя ошибки тока подключен через потенциометр к отрицательному выводу ис точника опорного напряжения, положительный вывод которого подключен к одному из выходных выводов стабилизатора, средний вывод потенциометра подключен к одному из входов усилителя постоянного тока, второй вход которого подключен к отрицательному выводу источника опорного напряжения, от личающийся тем, что, с целью повышения надежности при коротком замыкании в цепи нагрузки, введен пороговый блок, инвертирующий

вход порогового элемента которого через конденсатор подключен к общей точке соединения вывода для подключения нагрузки и резисторных датчиков тока сиповых ячеек, а через параллельно соединенные диод и резистор к общей точке соединения резистора, другой вывод которого подключен к резисторному датчику тока ведущей силовой ячейки и параллель- .но цепочки из резистора и диода, другой вывод которой подключен к общей точке соединения резистора, другой выход которого подключен к выходу порогового элемента; и последовательно соединеннь1Х стстабилитронов, другой вывод которых подключен к общей точке соединения вывоДа для подключения нагрузки и резисторных датчиков тока сиповых ячеек, паралпепъно упомянутым стабилитронам подключен потенциометр установки максимально-допустимого тока нагрузки, средний вывод которого через резистор подключен к не- инвертирующему входу порогового элемента, выход которого подключен через дих)Д к средней точке потенциометра устЯновКн выходного напряжения стабилизатора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 327462, кл. G О5 F 1/56, 197О.

2.Авторское свидетельство СССР № 451987, кп. Q 05 F 1/56, 1974.

3.Авторское свидетельство СССР по заявке N° 2742111/24-О7, 28.О3.79.