SU1348801A1 - Многофазный импульсный стабилизатор посто нного напр жени - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к вторичным источникам питани  и может быть использовано в системах питани  апп рлтуры , требующ(М1 стабилизированного посто нного напр жени  с малым )оп.чем амплитуды пульсаций. Цель изоГфетени  - повьш1ение надежности п) ныходе ИИ стро  одной, двух или н тксльких к.пючепых преобразовательных  чеек и малом уровне амплитудных пульсаций . С этой целью в устройство пш де , логически) элемент НЕ 33, формирс ватель импульсов 43, генератор 45 и фазовый детектор 42. Пред- :ui i- HiKie техническое решение обеспечивает посто нную частоту переключении ключевь х перек.1 ючающих  чеек, НС чанис щую от числа исправных пе- pt к, 1ючак1щих  чеек. Это обеспечивает 1иггимлти,нь:е режимы работы элементов. При ;1тказе неисправна   чейка отклю- ЧЛ1 п  , л взамен подключаетс  следу- юшл  по счету  чейка. Период работы к.пк1чер1ых транзисторов 2 при отказе  чеики не измен етс  и равен периоду следовани  импульсов генератора синхронизирующих импульсов 41. 2 ил. (Л со 4 СХ) 00

Description

Изобретение относитс  к электротехнике , к устройствам стабилизации посто нного напр жени , и может быт использовано в системах питани  аппаратуры , требующей стабилизирован- ного посто нного напр жени  с малым уровнем амплитуды пульсаций.

Целью изобретени   во етс  повышение надежности при работе с одной или несколькими отказавшими преоб- разовательными  чейками при малом уровне пульсаций.

На фиг. 1 представлена электрическа  схема многофазного импульсного стабилизатора посто нного напр жени  дл  четырех силовых преобразовательных  чеек (ПЯ)J на фиг. 2 - временные диаграммы напр жений и токов.

Стабилизатор состоит из силовой части и блока управлени . Силова  часть стабилизатора выполнена в виде параллельно соединенных ключевых преобразовательных  чеек (ПЯ). Кажда  ПЯ состоит (на примере первой), из блока 1 ключевых транзисторов (2, 3, 4 - дл  второй, третьей, четвертой  чеек соответственно), линейного дроссел  5 (6, 7, 8), блока 9 (10, 11, 12) обратных диодов, предусили- тел  13 (14, 15, 16), источника 17 (18, 19, 20) вспомогательных напр жений , согласующего трансформатора 21 (22, 23, 24), датчика 25 (26, 27, 28) наличи  напр жени  на обмотке линейного дроссел  5 (6, 7, 8), содержащего (на фиг. 1 раскрыты датчики первой - 25 и второй - 26  чеек) двухполупериодный выпр митель 29 (30 - дл  датчика второй  чейки), стабилизатор 31 напр жени  (или 32), элемент НЕ 33 (или 34), элемент И 35 (36) линию 37 задержки (или 38) формирователь 39 коротких импульсов (или 40).

Блок управлени  состоит из генератора 41 синхронизирующих импульсов , фазового детектора 42, формировател  43 импульсов, элемента НЕ 44, генератора 45, управл емого напр жением , регистра-распределител  46, измерительного блока 47, блоков 48- 51 широтно-импульсных модул торов (дл  первой и последующих  чеек соответственно ) и элемента ИЛИ 52.

Силова  часть ключевой преобразо- ательной  чейки представл ет собой однотактный импульсный понижающий

стабилизатор посто нного напр жени  компенсационного типа. К обмотке линейного дроссел  каждой  чейки, например первой, подключен непосредственно или через согласующий трансформатор 21 выпр митель 29 со стабилизатором 31 (первый вход датчика 25). Выход стабилиза.тора 31 напр жени  через элемент НЕ 33 соединен с одним из входов - элемента И 35, второй вход которого через линию 37 задержки (второй вход датчика 25) соединен с первым выходом регистрараспределител  43. Выход элемента И 35 через формирователь 39 коротких импульсов (выход датчика 25) соединен с одним из входов элемента ИЛИ 52 блока управлени . Генератор

41 синхронизирующих импульсов соеди нен с первым входом фазового детектора 42, выход которого подключен к управл ющему входу генератора 45, управл емого напр жением. Выход генератора 45, управл емого напр жением, подсоединен к одному из входов элемента ИЛИ 52, выход которого подключен к синхронизирующему входу регистра-распределител  46. Выход регистрараспределител  46 соединен с входом элемента НЕ 44, другой выход которого подключен к выходу генератора 45, управл емого напр жением. Выход элемента не 44 соединен с информационным входом регистра-распределител  46 и входом формировател  43 импульсов , выход которого соединен с вторым входом фазового детектора 42.

Работа устройства рассматриваетс  при следующих режимах: запуске, работе стабилизатора с исправными  чейками , работе стабилизатора при отказе одной или нескольких  чеек.

При запуске устройство работает следующим образом.

В исходном состо нии ключевые транзисторы блоков 1-4 закрыты, ток через линейные дроссели 5-8 не протекает , напр жение на их обмотках отсутствует, напр жение на выходе

датчиков 25-28 (напр жение на входе

элемента ИЛИ 52) равно напр жению логического нул . Действительно, например дл  датчика 25, входное напр жение элемента НЕ 33 равно нулю. С 5 выхода элемента НЕ 33 на вход элемента И поступает напр жение с уровнем логической единицы. Так как на втором входе элемента И 35 напр жение

равно уровню логического нул , то напр жение на выходе элемента И 35, а значит, и на соответствующем входе схемы ИЛИ 52 также равно напр жению логического нул .

При подаче напр жени  на генератор 45, управл емый напр жением, последний начинает генерировать импульсы напр жени  пр моугольной формы , которые поступают через логический элемент ИЛИ на синхронизирующий вход регистра-распределител  46. Генератор 41 синхронизирующих импульсов формирует последовательность импульсов, частота следовани  которых оптимальна дл  силовых элементов преобразовательной  чейки. Предположим , что в исходном состо нии все триггеры регистра-распределител  46 наход тс  в нулевом состо нии. Следовательно, на информационный вход регистра-распределител  46 с выхода элемента НЕ 44 поступает напр жение логической единицы, котора  записыватьс  в каждый последующий триггер регистра-распределител  46 после каждого импульса на входе синхронизации . Так продолжаетс  до тех пор, пока не изменит своего состо ни  последний триггер регистра-распределител  46 (дл  схемы на фиг. 1 - после четвертого импульса). В этом случае на входе элемента НЕ 44 по вл етс  уровень напр жени  логической единицы, а на информационном входе регистра-распределител  - уровень логического нул . В дальнейщем процесс переключени  триггеров регистра распределител  46 аналогичен рассмотренному .

С выхода элемента НЕ 44 на вход формировател  43 импульсов поступает напр жение с частотой fw , определ емой количеством триггеров регистра- распределител  46 и частотой генератора 45, управл емого напр жением: :Е« г,/,н По положительному (отрицательному) перепаду логического уровн  в формирователе 43 формируютс  импульсы (короткие пр моугольные , пилообразные, треугольные - в зависимости от того, кака  схема фазового детектора выбрана) и подаютс  на второй вход фазового детектора 42. На первый вход фазового детектора 42 поступают импульсы с генератора 41 синхронизирующих импульсов. При равенстве частот (с

5

20

8801

точностью до фты) на обоих входах фазового детектора 42 на его выходе под/юрживаетс  посто нное напр жение,  вл ющеес  управл ющим дл  генератора , управл емого напр жением, что обеспечивает на выходе посто нную частоту импульсов. В противном случае (при неравенстве частот следоваJQ ни  импульсов на входах фазового детектора 42) напр жение на выходе фазового детектора измен етс  так, чтобы скомпенсировать фазовый сдвиг. Этот процесс продолжаетс  до уста15 новлени  частоты fr,,4 с точностью до фазы (здесь f - частота следовани  импульсов на выходе генератора 41 синхронизирующих импульсов ) ,

Импульс напр жени  с первого выхода регистра-распределител  45 одновременно поступает на широтно-им- пульсный модул тор 48 первой  чейки и на второй датчик 25 наличи  напр 2 , жени . Ключевые транзисторы блока 1 открываютс , на обмотке линейного дроссел  5 и на нагрузке по вл етс  напр жение. Напр жение, снимаемое с обмотки дроссел  5, выпр мл етс 

2Q выпр мителем 29, стабилизируетс  стабилизатором 31 и с уровнем логической единицы поступает на вход элемента НЕ 33. С выхода элемента НЕ 33 на вход элемента И 35 поступает напр жение с уровнем логического нул . Так как лини  37 задержки сдвигает во времени момент по влени  импульса регистра, поступающего на элемент И 35 с второго входа датчика 25, то напр жение с уровнем логической единицы поступает на второй вход элемента И 35 уже после того, как на первом входе элемента И 35 по витс  напр жение логического нул . Лини  37 задержки, таким образом, обеспечивает на выходе элеме})та И 35 напр жение логического нул  в течение времени переходного процесса при первом включении ключевых транзисторов, преп тству  ложному срабатыванию схемы.

С задержкой на один период частоты генератора, управл емого напр жением , открываютс  ключевые транзисторы блока 2 второй преобразовательной  чейки, затем с таким же временным сдвигом по отношению один к другому - транзисторы гретым и четвертой преобразовательных  чеек.

35

40

45

50

55

5

Запирание ключевых транзисторов блоков осуществл етс  широтно-импул ными модул торами 48-51. Этот проце вызывает изменение пол рности напр жени  на обмотке линейного дроссел  однако изменени  сигнала на выходе датчиков 25-28 наличи  напр жени  не происходит (из-за двухполупериод ного выпр млени ), и при условии непрерывности токов линейного дроссел на выходе соответствующего датчика наличи  напр жени  в течение всего времени исправной работы  чейки обепечиваетс  напр жение с уровнем лог ческого нул .

Временные диаграммы напр жений и токов при исправных  чейках и устновившемс  режиме работы представлены на фиг. 2.

Отказ  чейки, например при коротком замыкании на выходе ПЯ, вызывае срабатывание средств защиты (плавки предохранителей и т.д.) и отключени поврежденной  чейки. При отказе тип обрыв преобразовательна   чейка также отключаетс .

При отказе одной или нескольких преобразовательных  чеек устройство работает следующим образом.

Предположим, что произошел отказ второй  чейки. Тогда на обмотке линейного дроссел  6 напр жение отсутствует . Напр жение на выходе элемента НЕ 34 равно напр жению логической единицы в течение всего времени работы устройства с отказавшей  чейкой. Импульс напр жени  с выхода регистра-распределител  46 поступает на вход широтно-импульсного модул тора 49 и через линию задержки - на вход элемента И 36. На выходе элемента И 36 по вл етс  напр жение с уровнем логической единицы, существующее в течение всего времени импульса регистра-распределител  46. Напр жение с выхода элемента И 35 поступает на вход формировател  40 коротких импульсов. Импульс с выхода формировател  40 поступает через элемент ИЛИ 52 на синхронизирующий вход регистра-распределител  46 Внеочередной синхронизирующий импуль измен ет состо ние регистра-распределител  46, и на выходе третьего триггера регистра по вл етс  импульс напр жени , который открывает ключевые транзисторы блока 3 третьей  чейки.

6

Таким образом, вместо отказавшей второй  чейки подключаЕетс  треть , следующа  по счету  чейка. Врем  задержки подключени  третьей  чейки определ етс  параметрами лиНии 38 задержки, элементов И 36, ИЛИ 49 и формировател  40 импульсов. Следующий , очередной импульс генератора, управл емого напр жением, переводит регистр в новое состо ние. По вл етс  импульс напр жени  на широтно-им- пульсном модул торе 28 четвертой  чейки, а затем - первой. В дальнейшем процесс повтор етс . При равенстве частот следовани  импульсов генератора 41 синхронизирующих импульсов последнего триггера регистра- распределител  46 с точностью до фазы в момент, предшествующий отказу,

5

0

5

0

5

0

после по влени  отказа импульс на выходе последнего разр да регистра- распределител  46, а значит, а на входе фазового детектора 42 по витс  с опережением и в дальнейшем частота следовани  импульсов на втором входе фазового детектора 42 будет вьше частоты генератора 41 синхронизирующих импульсов. Следовательно, на выходе фазового детектора 42 напр жение будет мен тьс  так, чтобы частота следовани  импульсов на выходе генератора, управл емого напр жением, удовлетвор ла соотношению ft,v,u :(п-1), а частота логических перепадов на выходе последнего триггера регистра-распределител  46 с точностью до фазы равн лась частота генератора синхронизирующих импульсов.

Таким образом, период работы ключевых транзисторов при отказе одной  чейки не измен етс  и равен Т/| , где - период следовани  импульсов генератора 41 синхронизирующих импульсов .

Использование предлагаемого устройства позволит по сравнению с прототипом повысить надежность за счет оптимальных режимов ЭРЭ при посто нной частоте переключени  ключевых переключающих  чеек.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Многофазный импульсный стабилизатор посто нного напр жени , содержащий силовую часть, выполненную в виде параллельно соединенных ключевых

   7i

   преобразовательных  чеек, кажда  из которых состоит из блока ключевых транзисторов, блока обратных диодов, линейного дроссел , широтно-импульс- ного Модул тора, датчика наличи  напр жени , согласующего трансформатора , источника вспомогательных напр жений и предусилител , блок управлени , состо щий из регистра- распределител , логического элемента ИЛИ, генератора синхронизирующих импульсов и измерительного блока, причем источник вспомогательных напр жений подключен входами к входным клеммам, а выходом - к первому входу предусилител , подключенного вторым входом к выходу широтно-импульсного модул тора, а выходом - к входу управлени  блока ключевых транзисторов включенного силовыми выводами последовательно с обмоткой линейного дрос сел  между первой входной и выходной клеммами, блок обратных диодов включен между второй входной клеммой и точкой соединени  силового вывода блока ключевых транзисторов с обмоткой линейного дроссел , датчик наличи  напр жени  первым входом подключен через согласующий трансформатор к выводам линейного дроссел , а вторым входом - к первому входу широтно-импульсного модул тора, втод If i п п п п ммймиишж

   48801

   рые входы широтно-импульсных модул торов  чеек подключены к выходу измерительного блока, подключенного входами к выходным клеммам, регистр- распределитель подключен выходами к первым входам широтно-импульсных преобразователей  чеек, первым вхо- ; дом - к выходу логического элемента

   Q ИЛИ, подключенного входами к выходам датчиков наличи  напр жени   чеек, генератор синхронизирующих импульсов входами подключен к входным клеммам, отличающийс  тем, что,

   1g с целью повышени  надежности при работе с одной или несколькими отказавшими преобразовательными  чейками и при малом уровне пульсаций, в него введены логический элемент НЕ, фор- 20 мирователь импульсов, фазовый детектор и генератор, причем логический элемент НЕ входом подключен к информационному входу регистра-распределител , а выходом - к второму входу

   25 регистра-распределител  и входу формировател  импульсов, подключенного выходом к первому входу фазового детектора, подключенного вторым входом к выходу генератора синхронизиgg рующих импульсов, а выходом - к входу генератора, подключенного выходом к одному из входов логического элемента ИЛИ.

   rjtl

   Jltl

   4J ,Д

   |1ПГППП1ППП1ППП1ППП1ПП .

   Ш

   г .

   тг

   ВНИИПИ Заказ 5189/47

   Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектна , 4

   Тираж 862 Подписное