Многозвенный импульсный стабилизатор напряжения Советский патент 1983 года по МПК G05F1/56 

(54) МНОГОЗВЕННЫЙ ИМПУЛЬСНЬЛЙ СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение отнссиося к радио-. технике в приборостроению, а именно к вторичным источникам питания, и может быть использовано в источниках стабилизированного напряжения itocTOflHHoro тока.

Известен многозвенный импульсный стабилизатор напряжения, содержащий сяяовгав транзисторные ключи, дроссели и диоды. Каждое звено стабилизатора выполнено с ключевым транзисто- , база которого подключена к за- жиму источника управляющего напряжения, эмиттер - к общей шине, а коллектор через дроссель - к одному из зажимов сопротивления нагрузки и через переход катод-анод диода - к другому зажиму этого же сопротивления

Недостатком стабилизатора является неравномерность загрузки звеньев по току, обусловленная взаимным влиянием звеньев при работе на общую нагрузку и неизбежным различием в параметрах элементов и управляющих сигвалов. Этот недостаток, который проявляется уже при количестве звеньев, равном двум, и усиливается при увеличении звеньев, приводит к возрастанию пульсаций нап|ряжения на выходе стабилизатора, перегрузке отдельных

2

звеньев и возникновению аварийных ситуаций. Эксплуатационная надежность такого стабилизатора очень низка.

Известен также многозвенный импульсный стабилизатор напряжения, в общие цепи управления которого дополнительно введены два фазочувствительных детектора, входы которых подклю10чены к выходу стабилизатора/ а выходфя соединены с входами источника управляющих напряжений. Поскольку опорные напряжения фазочувствительных детекторов сдвинуты по фазе относительно дфуг друга на 90° и синхронизированы

15 УПВЭвляющими напряжениями, напряже-. ния, формируемые на выходах этих детекторов, пропорциональны ортогональны составляющим первой гармоники Напряжения пульсаций на выходе стабилизатора.

20 Эти напряжения воздействуют на фазовые сдвиги импульсов, управляющих ключами t2.

Использование фазочувствительных

25 детекторов может дать эффект лишь при двух или четырех звеньях, а в случае работы от первичного источника с большим уровнем собственных пуль - саций| например во вторичных ист.очниках питания с бестрансформаторным входом, симметрирование звеньев ке возможно. Кроме того, недостатком известного устройства является усложнение цепей управления из-за необходимости использования двух видов управления путем изменения длительности управ. ляющих импульсов широтно-импульсного модулятора. U путем изменения относи тельных фазовых сдвигов этих импульсов. Наиболее близким по технической сущности R предлагаемо.му является |у1ногофазный импульсный стабилизатор постоянного напряжения на высоковольт ных транзисторах, содержащий силовые части однотипных преобразовательных звеньев, датчики выходных токов зве- ньев, конденсатор, блокирукя11Ий выходные клеммы стабилизатора, и входящие в состав блока управления тиротно-импульсные модуляторы, общий для всех преобразовательных звеньев усилитель-формирователь сигнала рассо ласования выходного напряжения,источй опорного напряжения,сумматоры сигнало рассогласования. Силовая часть каждого звена содержит транзисторный ключ и замыкающий диод, соединенные последовательно с накопительным дросселем и конденсатором, блокирунзщим выходные .клеммы звена. Первая из этих клемм непосредственно соединена с клеммой Корпус на выходе стабилизатора и общей нагрузкой, а между второй клем мой и общей нагрузкой включен резистивиый датчик тока. Кроме того, вторая клемма соединена с соответствую; щим входом блока управления, который содержит отдельные для каждого звена усилители сигнала обратной связи по току и напряжению, широтно-импульсные модуляторы и элементы связи с базой транзисторного ключа силовой части. . Следовательно, цепи управления звеньев в значительной степени разделены. Поскольку каждый из сигналов обратной связи, поступающих, в блок управления, представляет сумму выход ного напряжения стабилизатора (на общей нагрузке) и напряжения, снимае мого с датчика тока звена, каждое звено стабилизатора,кроме общей обратной связи по напряжению, охвачено местной комбинированной отрицател ной обратной связью по напряжению и току 3}. Недостатком устройства является невысокая эксплуатационная надежност стабилизатора при работе в.режиме максимальной выходной мощности, так как местная обратная связь по току н обеспечивает высокого качества симметрирования загрузки звеньев. Объединение цепей фор)рован11Я сигналов обратной связи по току и напряжению затрудняет оптимальный выбор динамических параметров цепей. Кроме того, одновременное действие я одной полосе частот отрицательных обратных связей по напряжению Ипо току ухудшает стабилизацию выходного напряжения. Целью изобретения является повышение эксплуатационной надежности многозвенного импульсного стабили-, затора с многофазным режимом управления за счет высокого качества сим етрирования токов звеньев при любом лсоличестве их без ухудшения качества стабилизации выходного напряжения. Поставленная цель достигается тем, что в многозвенный импульсный стабилизатор напряжения, содержащий f парал...лельно включенных преобразовательных звеньев, каждое из которых включает в себя силовой блок с датчиком тока на выходе, причем управляющий вход каждого силового блока подключен к выходу соответствующего из N числа широтно-импульсных модуляторов, вход каждого из которых подключен к выходу соответствующего из М числа сумматоров сигналов рассогласования, первый вход каждого из которых подключен к выходу соответствующего датчика тока, а. второй вход Кс1ждого сумматора сигналов рассогласования подключен к выходу усилителяформирователя сигнала рассогласования выходного напряжения, первый вход которого подключен к выходным выводам стабилизатора, а второй входк выходу источника опорного напряжения, и конденсатор, подключенный к выходным выводам стабилизатора, введен блок симметрирования звеньев по среднему току, каждый из входов которого подключен к выходу соответствующего датчика тока,, а каждый из выходов - к первому входу соответствующего сумматора сигнала рассогласования. На фиг.1 представлена функциональная схема импульсного стабилизатора напряжения с четырьмя звеньями; на фиг.2 - схема блока симметрирования звеньев по среднему току. Импульсный, стабилизатор напряжения с четырьмя звеньями содержит силовые части 1-4, выходами соединенные соответственно с датчиками 5-8 токов звеньев. Конденсатор 9 блокирует выходные клеммы стабилизатора и входящие в блок 10 управления широтно-импульсные модуляторы 11-14, блок 15 симметрирования звеньев по среднему тоКу, усилитель-формирователь 16 сигнала рассогласования выходного напряжения, источник 17. опорного напряжения, сумматоры 18-21 сигналов рассогласования. Блок 15 симметрирования звеньев по среднему току содержит входные клеммы 22-25, выходные клеммы 26-29 усилители 30-33 сигналов рассогласования звеньев по среднему току и формирователь вспомогательного опор ного напряжения, пропорционального среднему выходному току стабилизатора, который состоит из резистивных сумматоров 34-38. Входы управления силовых частей 1-4 соединены с соответствующими вы ходами широтно-импульсных модуляторов 11-14, входы которых подключены соответственно к выходам сумматоров 18-21 сигнало 6 рассогласования. Уси литель-«формироватега 16 сигнала рассогласования выходного напряжения подключен первым входом к выходу-ста билизатора , вторым входом - к истрч-t нику 17 опорного напряжения, а выхот дом - к первым входам сумматоров IS 21 сигналов рассогласования. Входные клеммы 22-25 блока 15 симметрировани звеньев по среднему току подключены, к соответствукщим выходным клеммам. датчиков 5-8 токов звеньев, а выход ные 26-29 - к соответствующим вторьм входам сумматоров 18-21 сигналов рас согласования. Силовые части 1-4 питаются от одной первичной сети посто янного с напряжением Ug Четырехзвенный стабилизатор напряжения работает следующим образом. Транзисторные ключи силовых частей 1-4 управляются импульсами, поступающими на их базы с выходов широт но-импульсных модуляторов 11-14. Замыкание транзисторных к.точей разных звеньев происходит последовательно во времени со сдвигом на , где f - частота; N количество звеньев. Длительность замкнутого состояния Кс1ждого из них определяется величиной модулирующего сигнала на входе соответствующего широтно-импульсного модулятора. Выходное напряжение стабилизатора , с конденсатора 9 и напряжения с каждого из датчиков 5-8 выходных токов звеньев поступают В блок 10 управления раздельно. Нап ряжение U., подается на один из вхоЬов (например, на прямой вход) усили теля-формирОвателя 16, где осуществляется его сравнение с опорнь1М напряжением UOP,поданным на другой (нап ример, на инверсный) вход. Напряжения с датчиков 5-8 выходных токов подаются на входные клеммы 22-25 бло ка 15 симметрирования. С клемм 22-25 напряжения посту.пают на инверсные входы усилителей 30-33 сигналов рассогласования по среднему току и одновременно на резистивные сумматоры 34-37. На резис торе 38 формируется опорное напряжение, которое подается на прякые вход усилителей 30-33 рассогласования. В результате, на выходных клеммах 2629 блока 15 симметрирования образуются сигналы рассогласования между выходным током каждого изсоответствующих звеньев и средним выходным током .стабилизатора. Эти сигналы отличны от нуля только при.нсшичии разницы « между каким-либо выходным током отдельного звена и средним выходным током стабилизатора. В каждом из сумматоров 18-21 сигнал рассогласования выходного тока соответствующего звена суммируется с общим всех звеньев сигналом , рассогласования выходного напряжения ;стабилизатора. Сигналы с выхода сумТлаторов 18-21 используются в качестве входных модулирующих в ишротноимпульсных модуляторах 11-14. Если выходной ток какого-либо звена (например, первого) оказывается меньше, а токи других звеньев больше среднего тока стабилизатора, |то на выходной клемме 26 блока 15 .симметрирования образуется Т1оложите.льный сигнал рассогласования, а на выходных клеммах 27 29 -.отрицательные сигналы. В результате уровень модулирующего сигнала на входе широтно-импульсного модулятора 11 возрас :тает, а на входах широтно-импульсных модуляторов 12-14 уменьшается. Длительность управляющего импульса на базе транзисторного ключа преобразовательного звена 1 увеличивается, а на базах транзисторных ключей преобразовательных звеньев 2-4 уменьшается, что способствует выравниванию токов звеньев между собой. Следовательно, в предлагаемом ст билиза±оре цепи формирования сигналов рассогласования по току и напряжению разделены. Это облегчает опти- . мальный выбор коэффициентов передачи, частотных характеристик и элементов коррекции этих цепей, обеспечивающих устойчивость стабилизатора в динамическом режиме. Обратная связь по среднему току действует только при появлении различий в величинах токов звеньев, так как при их равенстве сигнгшы рассогласования по току равны нулю. Использование блока симметрирования в цепях управления многозвенным стабилизатором позволяет с высокой точностью выравнить токи нагрузки в отдельных звеньях стаби.пизатора.В результате повышается зксплуатационная надежность многозвенного стабилизатора без ухудшения качества стабилизации выход}ного напряжения. Формула изобретения Многозвенный импульсный ст абилизатор напряжения,содержащий N параллельяо включенных преобразовательных звеньев, кгикдое из которых включает в себя силовой блок о датчиком тока на выходе, причем управлякпшй вход калщого силового блока подключен к выходу соответствующего из N числа широтйо-импульсньвс модуляторов, вход каждого из которых подключен к выходу соответствуквдего из N числа сумматоров сигналов рассогласования, первый вход каждого из которых подключен к выходу соответствующего датчика тока, а второй вход Кс1ждого сумматора сигналов рассогласования подключен к выходу усилителя-формирователя сигнала рассогласования выходного напряжения, первый вход которого подключен к выходным выводам стабилизатора, а второй вход - к выходу источника опорного напряжения, и конденсатор, подключенный к выходиым выводам стабилизатора, о тличаюцийся тем, что, с целью повышения эксплуатационной надежности, введе блок симметриро аания звеньев по среднему току,кг1ждый из входов которого подключен к выходу cooTBeTCTBytcntero датчика тока, а каждый из выходов - к первому входу соответствующего сумматора CHIV рассогласования.

Источники ивф фмации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР I 327462, кл. а 05 F 1/56, 1968.

2.Авторское свидетельство СССР 542985, кл. G 05 F 1/56, 1975.

3.Электродная техника в автомати ке. Под ред. Ю.И.Конева, вып. 9. М.,

Советское радио

1977 с. 56.

If

19

и

и

П

а