SU1552154A1 - Многозвенный импульсный стабилизатор посто нного напр жени - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электротехнике и может быть использовано при создании стабилизированных источников напр жени  посто нного тока. Целью изобретени   вл етс  расширение функциональных возможностей и повышение качества выходного напр жени . Цель достигаетс  за счет обеспечени  возможности питани  силовых  чеек 1 от гальванически несв занных источников и выполнени  таким образом стабилизатором функции сумматора мощности, а также за счет исключени  срабатывани  компаратора 10 до полного разр да дроссел  8 силовой  чейки 1 в нагрузку 3 и нарушени  пор дка и равномерности работы силовых  чеек 1 во времени. Оптроны 22 и 23 гальванически разв зывают силовые  чейки 1 от общего дл  них задающего генератора /ЗГ/ 21. Гашение синхроимпульсов с выхода ЗГ 21 производитс  триггером 26 по сигналу от одного из оптронов 23. Логический элемент ИЛИ 24 обеспечивает включенное состо ние ключа 15, невозможность срабатывани  компаратора 10 во врем  импульса с выхода широтно-импульсного модул тора 9 и во врем  разр да дроссел  8 на нагрузку 3 до полного его окончани . При этом ключ 18 размыкает входную цепь оптрона 23, не позвол   ему погасить "чужой" синхроимпульс от ЗГ. 21 Таким образом полностью исключаетс  возможность ложных срабатываний компаратора 10. 1 ил.

Description

Изобретение относитс  к электротехнике и может быть использовано при создании стабилизированных источников напр жени  посто нного тока.

Цель изобретени  - расширение функ циональных возможностей многозвенного импульсного стабилизатора за счет обеспечени  возможности питани  силовых  чеек от гальванически несв занных источников, а также повышение качества выходного напр жени  за счет исключени  ложных срабатываний компаратора до полного разр да дроссел  силовой  чейки в нагрузку и нарушени  пор дка и равномерности работы силовых  чеек во времени

На чертеже представлена структурна  схема многозвенного импульсного стабилизатора посто нного напр жени .

Стабилизатор содержит N силовых

 чеек 1, выходом подключенных к общему сглаживающему фильтру 2, и выходному выводу, к которому подключена нагрузка 3, усилитель 4 обратной св зи, входами соединенный с выходным выводом и нагрузкой 3, а также источнико 5 опорного напр жени . Кажда  силова   чейка состоит из однотактного преобразовател , включенного между ее входом и выходом и образованного силовым ключом 6, силовым диодом 7 и многообмоточным дросселем 8, широтно-импульсного модул тора 9„ выходом соединен- ного с управл ющим входом силового ключа 6, а управл ющим входом - с вы- ходом усилител  4 обратной св зи, компаратора 10, выход которого соединен с синхронизирующим входом широтно-импульсного модул тора 9, а один

„

5

0

с

из входов - с параллельно включенными первым конденсатором 11 и первым резистором 12, первого диода 13, соединенного с обмоткой дроссел  8, второго диода 14, первого ключа 15, выход которого соединен с первым конденсатором 11 и первым резистором 12, второго конденсатора 16 и второго резистора 17, соединенных с другим входом компаратора 10, второго 18, источника вспомогательного напр жени  U6cn, используемого дл  питани  элементов силовой  чейки 1 и образованного третьим диодом 19 и третьим конденсатором 20, выходом соединенного с входом первого ключа 15. Задающий генератор 21  вл етс  общим дл  всех силовых  чеек. Кроме того, кажда  силова   чейка 1 содержит первый и второй оптроны 22 и 23, выходные выходы первого оптрона 22 соединены с выхо- дом источника вспомогательного напр жени  UBctl , образованного третьим диодом 19 и третьим конденсатором 20, и входом компаратора 10, к которому подключены конденсатор 16 и резистор 17, логический элемент ИЛИ 24, первый вход которого соединен через первый диод 13 с обмоткой,дроссел  8, второй вход логического элемента ИЛИ 24 соединен с выходом широтно-импульсного модуг; л тора 9, пр мой выход логического элемента ИЛИ 24 соединен с управл ющим входом первого логического элемента ИЛИ 24 соединен с управл ющим входом первого ключа 15, а его инверсный выход соединен через элемент 25 задержки с управл ющим входом второго ключа 18, включенного между вход515

ным выводом второго онтрона 23 и первым выводом второго диода 14, вторым выходом соединенного с общей точкой обмотки дроссел  8 и первого диода 13. Триггер 26  вл етс  общим дл  всех силовых лчеек 1, выход его соединен с входами первых оптронов 22 каждой силовой  чейки 1, установочный вход О - с выходами вторых опт- ронов 23 каждой силовой  чейки 1, а установочный вход 1 - с выходом за.- дающего генератора 21,

Многозвенный импульсный стабилизатор посто нного напр жени  работает следующим образом.

По,сле подачи напр жений питани  на силовые  чейки, а также на задающий генератор 21 и триггер 26, который установитс  в состо ние 1 сигналами задающего генератора 21, зажгутс  светодиоды первых оптронов 22 и на втором конденсаторе 16 каждой силовой  чейки 1 по витс  сигнал и сработает один или несколько из компараторов 10, те, у которых неизбежный разброс параметров обеспечит наименьший уровень срабатывани . Выходной сигнал компаратора 10 запускает широтно-им- пульсньш модул тор 9, который гене- рирует импульс, включающий силовой ключ 6, при этом дроссель 8 начинает накопление энергии, а на его обмотке по вл етс  сигнал, который через ВТОРОЙ ДИОД 14 И ОТКРЫТЫЙ ВТОРОЙ

ключ 18 зажигает второй оптрон 23 и устанавливает триггер 26 в состо ние О, при этом первые оптроны 22 гаснут , а вторые конденсаторы 16 разр жаютс  через вторые резисторы 17. Одновременно сигнал с выхода широтно- импульсного модул тора 9, проход  через логический элемент ИЛИ 24 на его выходы и затем на первый ключ 15, а также через элемент 25 задержки на второй ключ 18, выключает последний и обеспечивает через включенный первый ключ 15 зар д первого конденсатора 11 до напр жени  UBcn вспомогательного источника питани , которое в мр- мент пуска беретс  от какого-либо внешнего источника, так как это традиционно делаетс  в устройствах подобного типа. Высокое напр жение на первом конденсаторе 11 и соответствующем входе компаратора 10 поднимает порог его срабатывани  и делает нечувствительным к следующим импульсам синхронизации с выхода задающего

546

генератора 21, которые привод т к повторению процесса и включению других силовых  чеек 1, По окончании импульса , генерируемого широтно-импульс- ным модул тором 9, в одной из силовых  чеек 1 силовой ключ 6 выключаетс  и начинаетс  разр д дроссел  8 через силовой диод 7 на сглаживающий фильтр 2 и нагрузку 3. Выходное напр жение сравниваетс  усилителем 4 обратной св зи с опорным напр жением источника 5 и сигнал рассогласовани  поступает на управл ющие входы широтйо-импульс- ных модул торов 9, управл   их работой . В момент разр да дроссел  8 по вл етс  напр жение на выходе источника вспомогательного напр жени  на третьем диоде 19 и третьем конденса- оре 20, а также через первый диод 13 сигнал с обмотки дроссел  поступает на логический элемент 24, обеспечива  поддержание высокого напр жени  на первом конденсаторе 11 и не7 чувствительность компаратора 10 к чужим синхроимпульсам, а также выключенное состо ние второго ключа 18, это гарантирует, что силова   чейка 1, не закончивша  полный такт работы, включающий в себ  зар д и разр д дроссел  8, не погасит синхроимпульсы на выходе триггера 26 и не нарушит работу всего стабилизатора. По окончании разр дки дроссел  8 напр жение на его обмотках упадет до нул , ключ 15 выключитс , а ключ 18 включитс , при этом  чейка 1 вновь может прин ть и погасить синхроимпульс с выхода триггера 26. Первый конденсатор 11 начинает разр жатьс  через первый резистор 12, а напр жение на нем падает. При достижении равенства этого напр жени  с напр жением синхроимпульса на втором конденсаторе 16 компаратор 10 сработает и вновь запустит силовую  чейку 1. Очевидно , что у нескольких силовых  чеек 1, отработавших предыдущий такт и готовых к следующему, включитс  та, котора  имеет меньшее напр жение на первом конденсаторе И, т.е..та, котора  дольше всех находитс  в со- ( сто нии готовности. Благодар  тому, что длительность- такта зависит как от разброса параметров элементов  чейки, так и от величины выходного напр жени  в момент разр да дроссел  $, то при пуске, когда выходное напр жение измен етс , усиливаетс  дифферент

Ч1ИЯ  чеек 1 , что облегчает и ускор ет процесс установлени  пор дка работы силовых  чеек 1. Кроме того, н стаби- .Тшзаторе сост зательность между  чейками 1 имеет место только дл  тех из |шх, которые полностью отработали предыдущий такт и готовы к следующему, а в известном стабилизаторе между теми  чейками, в которых окончилс  Импульс гаиротно-импульсного модул тора . Поэтому в предлагаемом устройстве Сост заетс  меньше  чеек, чем в известном и, следовательно, улучщают- с  услови  дл  определени , кака  из чеек должна сработать первой, и уменьшаетс  веро тность одновременного срабатывани  двух. Важно и то, что все сост зующиес   чейки 1 готовы к работе и нарушение пор дка работы между ними не приводит к об- лщему сбою всего стабилизатора, что .может иметь место в известном устрой- 1стве, Эти обсто тельства повышают качество выходного напр жени ,, посколь- ку исключаютс  сбои, а следовательно, и возмущени  выходногс напр жени  Ее ли, все же, произойдет нарушение пор дка работы  чеек 1, то это никак не

5

5

0

р д дросселей на нагрузку и не готовы к очередному запуску

Технико-экономическа  эффективность от внедрени  многозвенного импульсного стабилизатора посто нного напр жени  заключаетс  в том, что сумматоры электрической мощности, построенные на его основе, обладают более высокими удельными характеристиками по сравне«- нию с работающими на общую нагрузку раздельными импульсными стабилизаторами , питающимис  от разных первичных источников. Повышение удельных характеристик обусловлено многофазным характером работы устройства, позвол ющим резко снизить вес и габариты сглаживающего фильтра. Количественно это повышение составл ет до 30% на вторичный источник питани  мощностью 200 Вт с четырьм   чейками, работающий от двух первичных независимых сетей о При большей мощности и большем числе первичных источников электроэнергии выигрыш еще более возрастает.

Кроме этого, стабилизатор может быть использован дл  создани  вторичных источников питани  при последовательном соединении силовых  чеек, что

отразитс  на выходном напр жении, по- о бывает необходимо, если первичный нескольку условие один синхроимпульс - одно срабатывание одной силовой  чейки не будет нарушен.

При отказе отдельной силовой  чейки 1 исчезнет напр жение на обмотке дроссел  8 этой  чейки и исчезнет сигнал, проход щий через второй диод 14, второй ключ 18 и второй оптрон 23 и гас щий синхроимпульс на выходе

35

точник имеет высокое напр жение. В этом случае выигрыш достигаетс  за счет возможности применени  низко - вольтной элементной базы с соответственно большим быстродействием, что позвол ет подн ть частоту коммутации и снизить вес и габариты силовых реактивных элементов.

Исключение возможности сбо  в равномерности работы.силовых  чеек и соответственно возмущений выходного напр жени  позвол ют сн ть со сглаживающего фильтра функцию подавлени  таких возмущений и повысить надежность 45 питаемой аппаратуры Особенно актуально это при питании цифровых устройств с импульсным характером потреблени  тока, что может  витьс  причиной сбо  пор дка работы силовых  четриггера 26. Этот импульс достанетс  другой силовой  чейке 1, тоже готовой к работе с Равномерность работы исправных  чеек 1 сохранитс , но сократитс  длительность бестоковой паузы , когда  чейка 1 ждет очередного синхроимпульса, и увеличитс  частота ее переключений.

Таким образом, в стабилизаторе

всегда сохран етс  равномерность рабо-.,, ек в известном стабилизаторе, - кототы исправных силовых  чеек 1, но при этом не требуетс  гальваническа  св зь  чеек I между собой и их можно ч питать от разных первичных источников Е , Стабилизатор в этом случае выполн ет функцию сумматора мощности. Кроме того, исключаетс  возможность повторного , ложного запуска тех силовых  чеек, которые еще не закончили разрый вызовет и сбой питаемой аппаратуры , а также при работе в услови х сильных возмущений в первичной сети, например, в энергосистемах автономных объектов о

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Многозвенный импульсный стабилизатор посто нного напр жени , содербывает необходимо, если первичный не

   точник имеет высокое напр жение. В этом случае выигрыш достигаетс  за счет возможности применени  низко - вольтной элементной базы с соответственно большим быстродействием, что позвол ет подн ть частоту коммутации и снизить вес и габариты силовых реактивных элементов.

   Исключение возможности сбо  в равномерности работы.силовых  чеек и соответственно возмущений выходного напр жени  позвол ют сн ть со сглаживающего фильтра функцию подавлени  таких возмущений и повысить надежность питаемой аппаратуры Особенно актуально это при питании цифровых устройств с импульсным характером потреблени  тока, что может  витьс  причиной сбо  пор дка работы силовых  че

   рый вызовет и сбой питаемой аппаратуры , а также при работе в услови х сильных возмущений в первичной сети, например, в энергосистемах автономных объектов о

   Формула изобретени 

   Многозвенный импульсный стабилизатор посто нного напр жени , содер915

   жащий N силовых  чеек, выходом под ключенных к общему сглаживающему фильтру и выходному выводу, усилитель обратной св гзи, входами соединенный с выходными выводом и источником опор ного напр жени , задающий генератор, первые конденсатор и резистор, причем кажда  силова   чейка состоит из однократного преобразовател , вклю- ченного между ее входом и выходом и включающего в себ  силовой ключ, силовой диод и дроссель, широтно-им- пульсного модул тора, управл ющий вход которого соединен с выходом уси- лител  обратной св зи, а выход - с управл ющим входом силового ключа, компаратора, выход которого соединен с синхронизирующим входом широтно-им- пульсного модул тора, а первый вход - с параллельно включенными вторыми конденсатором и резистором, первого диода, первым выводом соединенного с Обмоткой дроссел , второго диода, первого ключа, выход которого соеди- йен с вторым входом компаратора, источника вспомогательного напр жени , о тличающийс  тем, что, с целью расширени  функциональных возможностей за счет обеспечени  возмож- ности питани  силовых  чеек от гальванически несв занных источников, а также повышени  качества выходного напр жени  за счет исключени  ложных срабатываний компараторов и нарушени  пор дка и равномерности работы

   5410

   вых  чеек во времени в него введен триггер, а кажда  силова   чейка снабжена первым и вторым оптронами, вторым ключом, элементом задержки и логическим элементов ИЛИ, кроме то- го, источник вспомогательного иапр жени  выходом подключен к входу первого ключа, а входом - к обмотке дроссел , причем выходные выводы первого оптрона соединены с выходом источника вспомогательного напр жени  и первым входом компаратора, первый вход логического элемента ИЛИ соединен с вторым выводом первого диода, второй вход - с выходом широтно-им- пульсного модул тора, пр мой выход - с управл ющим входом первого ключа, а инверсный выход через элемент задержки - с управл ющим входом второг ключа, силовые выводы которого подключены к входному выводу втррого оптрона и к первому выводу второго диода, второй вывод которого соединен с общей точкой дроссел  и первого диода при этом первые конденсатор и резистор введены в каждую силовую  чейку, соединены параллельно и подключены к второму входу компаратора , выход триггера соединен с входом первого оптрона каждой силовой  чейки, установочный вход О - с выходом рторого оптрона каждой силовой  чейки, а установочный вход I - с выходом задающего генератора.