CS199857B1

CS199857B1 - Switching regulated power supply with several output voltages

Info

Publication number: CS199857B1
Application number: CS773776A
Authority: CS
Inventors: Tobias Baran; Peter Kovacik
Original assignee: Tobias Baran; Peter Kovacik
Priority date: 1976-11-30
Filing date: 1976-11-30
Publication date: 1980-08-29

Description

Vynález sa týká spínačového měniča s viaoerými výstupnými napatiami a možnostou oboch polarit a galvanického oddelenia pre stabilizované zdroje jednosměrného napatia. Je schopný pracovat s viaoerými primárnými zdrojmi energie. Znižuje počet výkonových a riadiaoieh obvodov na jeden bez ohíadu na počet a typ výstupov. Umožňuje realizáciu vysokonapaťových výstupov.The invention relates to a switch converter with multiple output voltages and the possibility of both polarities and galvanic isolation for stabilized DC power supplies. It is able to work with multiple primary energy sources. It reduces the number of power and control circuits per circuit regardless of the number and type of outputs. It enables realization of high voltage outputs.

Doterajšie riešenia používajú v případe potřeby viacerých stabilizovaných napatí viac meničov, alebo transformátorový měnič s viaoerými napatiami. Tieto zpósoby sú nevýhodné. Vačší počet meničov vyžaduje mnoho riadiaoieh a výkonových obvodov, a tým rastů náklady a rozměry zariadenia. Transformátorový měnič vyžaduje predstabilizáciu a zaťažené výstupy, aby sa eliminoval vplyv rozptylových indukčnoetí každého individuálneho výstupu, alebo dodatočnú stabilizáoiu, čo opáť zvyšuje náklady a rozměry zariadenia. Okrem toho je menej vhodný pre případ veíkého kolísania primárného zdroja energie. Rožne jednoduché přídavné etalizátory, využívajúce zenerové diody, umožňujú vytvořit vačší počet výstupných napatí, ale na úkor účinnosti, a preto sú vhodné len pre malovýkonové aplikácie. Neriešia problém roznej polarity a galvanické oddelenie výstupov. Podobné nevýhody majú aj sériové stabilizátory. Impulzné sériové stabilizátory možu zlepšit problém účinnosti, ale zložitá sústava, množstvo impulzov, sposobuje problémy so spoíahlivým odstránením vzájomného ovplyvnovania, odrušením a vytvára předpoklady pre nepříjemné zvukové efekty. Okrem vačšieho počtu výstu199 857Existing solutions use multiple converters, or multi-voltage transformer converters, if required. These methods are disadvantageous. Increasing the number of inverters requires many controllers and power circuits, thereby increasing the cost and dimensions of the device. The transformer converter requires pre-stabilization and load outputs to eliminate the effect of stray inductances of each individual output, or additional stabilization, which in turn increases the cost and dimensions of the device. In addition, it is less suitable for the case of large fluctuations in the primary energy source. A variety of simple additional etalizers utilizing zener diodes make it possible to generate a greater number of output voltages but at the expense of efficiency and are therefore only suitable for low power applications. They do not solve the problem of different polarity and galvanic separation of outputs. Serial stabilizers have similar disadvantages. Impulse series stabilizers can improve the efficiency problem, but a complex system, a number of pulses, causes problems with reliably eliminating interference, suppressing interference, and creating prerequisites for unpleasant sound effects. Except for more outlets199 857

199 857 pov, vyekytujú sa požadavky aj na napájanie z viaoerých zdrojov, napr. zo slete a z rezervného akumulátora. Problémy vzniknú hlavně, ak je požladavka na galvanické oddelenle primárných zdrojov. Běžná riešenie vyžaduje použitie sledového transformátora, alebo dva kompletně vybavené meniče. Podobné sú problémy ak ide o stabilizáoiu vysokých napatí.199 857 pov, there are also requirements for power supply from multiple sources, eg. from the slide and the spare battery. Problems arise mainly when there is a requirement for galvanic isolation of primary sources. A conventional solution requires the use of a sequential transformer or two fully equipped converters. There are similar problems with regard to high voltage stabilization.

Uvedené nedostatky odstraňuje spínaóový stabilizovaný zdroj e viacerými výstupnými napátiami, s možnosťou obooh polarit a galvanického oddelenia podía vynálezu, ktorého podstata spočívá v tom, že primárný zdroj energie je cez impulzný spínač, na ktorý je zapojený riadloí obvod, připojený na niektorú pracovnú odbočku, alebo na galvanicky oddělené prlmímé vinutie Indukčnej cievky s viacerými odbočkami, připadne galvanicky oddělenými vinutiaml, na ktoré sú připojené cez usmerňovacie diody výstupy a filtraonými kondenzátormi, pričom aspoň jeden výstup, medzi ktorý a zem je připojený pomocný zaťažovací odpor je přepojený cez diodu a pomocný kondenzátor na vlastnú alebo inú odbočku s rovnakou polaritou a dioda Je oez nulovaciu diodu připojená na zem.These drawbacks are eliminated by a switching stabilized power supply with multiple output voltages, with the possibility of polarity reversal and galvanic isolation according to the invention, which consists in that the primary power source is connected to a work branch via a pulse switch connected to a control circuit; for galvanically separated direct winding of a multiple-coil induction coil, or galvanically isolated windings, to which are connected via rectifier diodes outputs and filter capacitors, at least one output between which and the ground the auxiliary load resistor is connected via diode and auxiliary capacitor on own or another branch with the same polarity and diode It is connected to ground by means of a reset diode.

Pokrok epínačového stabilizovaného zdroja podía vynálezu spočívá v tom, že stačí jeden měnič na získanie všetkyoh napatí, bez ohíadu na veíkoeť, polaritu napatí alebo galvanické oddelenle. Zmenšia ea nároky na množstvo použitýoh súčiastok, nastavovacích prvkov at<í, Kladné sa to prejaví v znížení rozmerov, váhy a nákladov na zariadenie. Stúpns prshíadnost a spoíahlivost. Měnič može pracovat a veíkým rozkolísáním napatia primárného napájaoisho zdroja, v případe potřeby a vhodného dimenzovania aj o radová hodnotu. Preto nie je potřebná predstabilizáoia primárného napájacieho zdroja. Dioda z výstupu připojená cez kondenzátor na vlastnú, alebo inú odbočku rovnakej polarity a nulovaoia dioda připadne pomocná indukčná cievka eliminujú vplyv rozptylovej indokčnosti a zároveň zmenšuje napáťová namáhanie a prepínacie ztráty impulzného epínača.Vo výsledku eú všetky napatia stabilizovaná a to tak, že z ktorého výstupu je odoberaný signál pre ovládánie riadiaoehO obvodu je stabilizovaný najpresnčjšle a ostáné napatia sledujú toto napatie s malými rozdielmi, ktoré sú dané zaťažovaoími charakteristikami diod a zbytkami na odpore vinutí, ktoré eú pri vyšších pracovnýoh frekvenolach veími malé. Relativná jednoduchost zmenšuje problémy e odrušením a parazitnými vplyvmi. V případe použitia viacerýoh primárných napájecích zdrojov, može byť využitá indukčnosť súčasne pre viaceré impulzné spínače, s možnosťou galvanického oddelenia primárných zdrojov. Spínačový měnič može byť použitý aj pre vysokonapaťové zdroje.The advancement of the switch stabilized power supply according to the invention is that one converter is sufficient to obtain all the voltages, regardless of the magnitude, the polarity of the voltages or the galvanic isolation. It will reduce the demands on the amount of components, adjusting elements and so on. Positive results in reduced dimensions, weight and equipment costs. Increase transparency and reliability. The inverter can be operated and the voltage of the primary power supply can fluctuate greatly, if necessary and by the appropriate dimensioning, by an ordinal value. Therefore, it is not necessary to pre-stabilize the primary power supply. A diode from the output connected via a capacitor to its own or another branch of the same polarity and resetting the diode or auxiliary inductor eliminates the effect of stray inductance while reducing the voltage stress and switching losses of the pulse switch. The result is that all voltages are stabilized. The control signal is taken out most accurately and the remaining voltages follow this voltage with small differences due to the diode load characteristics and the winding resistances, which are very small at higher operating frequencies. Relative simplicity reduces problems by suppression and parasitic effects. In the case of using multiple primary power supplies, inductance can be used simultaneously for several pulse switches, with the possibility of galvanic separation of primary sources. The switch converter can also be used for high-voltage power supplies.

Na připojených obrázkoch eú znázorněné sposoby zapojenia epínačového meniča. Obr. 1 znázorňuje spínačový měnič s viacerými výetupmi pri použiti pracovnýoh alebo vlastných odbočiek pre pripojenie impulzného spínača. čiarkovane sú znázorněné áalšie možné eventuality. Obr. 2 znázorňuje pripojenie Impulzného spínače na galvanicky oddělené primárné vinutie.The connection modes of the switchover converter are shown in the attached figures. Fig. 1 shows a multi-junction switch converter using operating or self-tapping connections to connect a pulse switch. other possible eventualities are shown in dashed lines. Fig. 2 shows the connection of a pulse switch to a galvanically isolated primary winding.

Spínačový stabilizovaný zdroj podía vynálezu pozostává z primárného zdroja energie 1, na ktorý je oez impulzový spínač 2 zapojený riadiaci obvod J, spojený s nlektorou pracovnou odbočkou £, 2· á ^a/ alebo s galvanicky oddáleným primárným vinutím 2 indukčnej cievky 8. Indukčná cievka 8 je opatřená viacerými odbočkami 2> 2» připadne galvanicky oddělenými vinutiaml 22« ktorých eú oez usmerňovacie diody 11, 12, 22· připojené výBtupy 14.The switch stabilized power supply according to the invention consists of a primary power source 1, to which a control circuit J is connected to the pulse switch 2, connected to a work branch 6, 7a ^and / or a galvanically spaced primary winding 2 of the induction coil 8. it is provided with a plurality of taps 2 ', optionally with galvanically separated windings 22 '

199 857199 857

12, Aá» AI ^a filtračnými kondenzátormi 17. ,18, lg, 26. Přitom aspoň jeden výstup 15. medzi ktorý a zem je zapojený pomocný zaťažovací odpor 20, je připojený cez diodu 21 a pomocný kondenzátor 22 na vlastnú odbočku 2» alebo na inú odbočku jj, β rovnakou polaritou. Dioda 21 ja cez nulovaciu diodu 23 připojená na zem. Impulzný spínač 2 može byť realizovaný například pomocou tranzistorov alebo tyristorov nútene komutovaných. Riadiaci obvod 2 može byť s výhodou vytvořený pomooou multivibrátora, ktorý má striedu a/ alebo frekvenciu ovplyvňovanú veíkosťou výstupného stabilizovaného napatia na jednom z výstupov 14 a veíkosťou napatia primárného zdroja impulzov sa takto šírkovo alebo frekvenčně alebo kombinované moduluje a slúži na ovládanie vlastného impulzného epínača 2.12, Â »AI ^and filter capacitors 17, 18, lg, 26. In this case, at least one exit 15, between which a country is involved in an auxiliary load resistor 20 is connected via a diode 21 and the auxiliary capacitor 22 on their turn 2» or another branch jj, β with the same polarity. The diode 21 is connected to ground through a reset diode 23. The pulse switch 2 can be realized, for example, by means of transistors or forced-switched thyristors. The control circuit 2 can advantageously be formed by means of a multivibrator having a frequency and / or frequency influenced by the size of the output stabilized voltage at one of the outputs 14 and modulated by the width or frequency or combined voltage of the primary pulse source to control its own pulse switch. .

Zapnutím impulzného spínače 2 sa připojí indukčná cievka 8 na primárný zdroj energie J. (obr. 1). Výhodné je využiť na pripoJenie niektorú pracovnú odbočku jj, alebo je možné použiť i zvláštnó odbočky 6, připadne přídavné vinutie 10, aby sa získalo lepšie prisposobenie k primárnému zdrojů, alebo galvanicky oddělené primárné vinutie χ (obr. 2). Prúd v obvode indukčnej cievky 8 narastá a nazhromažóuje sa v nej energia. Rozopnutím impulzného spínača 2 sa indukuje na indukčnej cievke 8 napatie opačnéj polarity a diody 11, 12.By switching on the pulse switch 2, the induction coil 8 is connected to the primary energy source J. (Fig. 1). It is advantageous to use a working tap 11 for connection, or it is also possible to use separate taps 6, optionally an additional winding 10 in order to obtain a better adaptation to the primary sources, or a galvanically separated primary winding χ (Fig. 2). The current in the circuit of the induction coil 8 increases and energy is accumulated therein. Opening the pulse switch 2 induces a voltage of opposite polarity and diode 11, 12 on the induction coil 8.

13. 25 prepúéťajú prúd na výstupy 14. 15. 16, 27. kde sa nabíjajú filtračné kondenzátory13. 25 transfer current to the outputs 14. 15. 16, 27. where the filter capacitors are charged

AI. is, 12. 26. Vzájomný poměr indukovaných napatí je daný pomerom závitov a poměr výstupných napatí je rovnaký nezávisle na zaťažení jednotlivých výstupov 14. 15. 16, 27. Preto stačí na reguláoiu všetkých napatí jeden riadiaci obvod 2* pričom berie informáciu o odchýlkd z íubovoíného výstupu 14. 15. 16, 27. v praktiokom provedení z tohoto výstupu, na ktorom požadujeme najprísnejšiu stabilizáciu. Rozdiel napatia vznikne iba vplyvom zaťažovacíoh charakterietík usmerňuvacích diod 13. 11. 12, 25 a úbytkom napatia na odpore vinutí, ktorý je pri vyšších praeovných frekvenciáoh veími malý. Vplyvom prekmitov zapříčiněných rozptylovými indukčnosťami docházelo by k značnému kolísaniu napatí . u odíahčených výetupov. Tomuto zabraňuje pomocný kondenzátor 22, ktorý sa počas rozopnutia impulzného spínača 2 nabíja cez nulovaciu diodu 23. Pri rozopnutí impulzného spínača 2 odovzdá nazhromaždenú energiu cez diodu 21 na výstup ljj, ktorý musí byť vo všetkých praeovných režimoch aspoň čiastočne zaťažený, alebo má připojený pomocný zaťažovací odpor 20. Vybitie pomocného kondenzátora 22 spomalí narastanie hrany impulzu a pri vhodnej velkosti superponovaný prekmit nemože dosiahnuť na ostatných odbočkách takú hodnotu, že cez diody 11. 13. 25 pretečie prúd až v ustálenom stave impulzu, kde sú dané napatia pomerom k závitom. Zároveň sa zmenší prekmit na impulznom spínači 2 a zmenší prepínacie straty, najma ak je připojená na primárný zdroj odbočka 2· mápripojený pomocný kondenzátor 22. Sústava na zabránenie prekmitu može byť v zásadě připojená na íubovoíný výstup a íubovoínú odbočku rovnakej polarity, připadne realizovaná na galvanicky oddělených vinutiach 10, alebo na primárnom vinutí χ apod. Pri správnej konštrukcií indukčnej cievky 8 sú rozptylové indukčnosti malé a nároky na pomocný kondenzátor 22 a energetická poměry s ním súvisiace sú tiež malé. V případe potřeby sa može energetická bilancia vylepšiť pomocnou indukěnou cievkou 24. ktorá súčasne zmenšuje spínacie straty impulzného spínača 2. Pomocná indukčnosť može byť spoločná pre viaceré obvody, připadne viaceró paralerne pracujúce meniče.AI. is, 12. 26. The ratio of induced voltages is given by the ratio of threads and the ratio of output voltages is the same regardless of the load of individual outputs 14. 15. 16, 27. Therefore, one control circuit 2 * is sufficient to regulate all voltages. Any output 14, 15, 16, 27 in a practical embodiment of this output, at which we require the most stringent stabilization. The voltage difference arises only due to the load characteristics of the rectifier diodes 13, 11, 12, 25 and the voltage drop on the winding resistance, which is very small at higher working frequencies. Due to the overshoot caused by the scattering inductances, there would be considerable voltage fluctuations. for lightened trips. This is prevented by the auxiliary capacitor 22, which is charged via the reset diode 23 during the opening of the pulse switch 2. When the pulse switch 2 is opened, it transfers the stored energy through the diode 21 to output 11j, which must be at least partially loaded in all working modes. The discharge of the auxiliary capacitor 22 slows the growth of the pulse edge and, at a suitable size, the superimposed overshoot cannot reach such a value on the other taps that the current flows through the diodes 11, 13, 25 only at steady state of pulse. At the same time, the overshoot on the pulse switch 2 is reduced and the switching losses are reduced, especially when the branch 2 is connected to the primary source. · The auxiliary capacitor 22 is connected to the overshoot prevention system. separate windings 10, or on the primary winding χ and the like. With proper construction of the induction coil 8, the scattering inductances are small and the demands on the auxiliary capacitor 22 and the energy conditions associated therewith are also small. If desired, the energy balance can be improved by an auxiliary inductor 24 which simultaneously reduces the switching losses of the pulse switch 2. The auxiliary inductance can be common to several circuits, or several inverters working in parallel.

Na zmenšenie spínacieho prúdu stačí namiesto pomocnej indukčnosti 2,4 zaradiť odpor.Instead of the auxiliary inductance 2.4, a resistor is sufficient to reduce the switching current.

199 857199 857

V případe potřeby móže ea použit viacero primárných zdrojov energie 1, připadne galvanicky oddělených a to tak, že sa zopakuje súetava impulznýoh epínačov 2 a riadiacich obvodov 2· Impulzné spínače 2 musia byť připojené oez oddelovaoie diody alebo kontakty, aby indukované napatia nesposobili jeho prieraz oez impendanoiu primárného zdroja.If necessary, several primary energy sources 1, possibly galvanically isolated, can be used by repeating the set of pulse switches 2 and control circuits 2 · Pulse switches 2 must be connected via diode isolation or contacts so that induced voltages do not cause a cut through impendanoia of the primary source.

Navrhovaný spínačový manič móže byť doplněný íaláími filtračnými členmi na výstupe, připadne aspoň na niektorom výstupe sériovým stabilizátorom, pričom úbytok napatia na ňom móže byť malý, protože pojde iba o jemnú stabilizáciu a filtráciu predstabilizovanáho napatia. Zvyáovanie výkonu nad hodnoty použitých spínačových prvkov je možná dosiahnuť paralérnym zapojením výstupov viacerých spínačových meničov. V tomto případe je výhodné, ak sú Impulzy meničov překládaná.The proposed switch maneuver may be supplemented by additional filter elements at the output, or at least some of the output by a series stabilizer, and the voltage drop therein may be small, since this will only be a fine stabilization and filtration of the pre-stabilized voltage. Increasing the power above the values of the switch elements used can be achieved by connecting the outputs of several switch converters in parallel. In this case, it is preferred that the Pulse Converters are interleaved.

Spínačový stabilizovaný zdroj s viacerými výstupmi napatiami možno použit na napájanie telekomunikačných, automatizačnýoh a elektronických zariadení, ktoré vyžadujú viaoeré napájaoie napatia. Zvláčť vhodná je aplikácia v případe požiadavky viacerých veími rozdielných výstupných napatí, ako napr. v osciloskopooh apod.A multi-voltage switch stabilized power supply can be used to power telecommunications, automation, and electronic devices that require multiple power supplies. Particularly suitable is the application in the case of the requirement of several very different output voltages, such as e.g. in oscilloscope, etc.

Claims

OBJECT OF THE INVENTION

Switching stabilized power supply with multiple output voltages, with the possibility of both polarities and galvanic isolation, characterized in that the primary power supply (1) is a pulse switch (2) to which the control circuit (3) is connected, connected to a work branch ( 4, 5, 6) and / or on the galvanically separated primary winding (7) of the induction coil (8), with several taps (5, 9), respectively galvanically separated windings (10), on which diodes (11, 12) are routed via rectifiers , 13, 25) connected outputs (14, 15, 16, 27), with filter capacitors (17, 18, 19, 26), at least one outlet (15) between which and the ground is connected an auxiliary load resistor (20) is connected via diode (21) and auxiliary capacitor (22) to its own branch (9) or to another branch (5), and with the same polarity and diode (21) is connected to ground through a reset diode (23).