SU650177A1 - Стабилизированный источник посто нного напр жени - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к области электротехнике и предназначено дл  использовани  во вторичных источниках электропитани  ЦВМ и электроавтоматики.

Известен стабилизированный источник напр жени , в котором входное напр жение распределено между последовательно включенными преобразовательными  чейками, соединенными через выпр митель и индуктивно-емкостной фильтр с выходными зажимами , причем все  чейки управл ютс  синхронно от устройства управлени  с широтно-импульсным модул тором 1.

Наиболее близким техническим решением к изобретению  вл етс  стабилизированный источник посто нного напр жени , содержащий соединенные последовательно и подключенные к выходным выводам ;V преобразовательных  чеек посто нного напр жени  в переменное, выход каждой из которых через соответствующий выпр митель подключен к параллельно соединенным выходным выводам, конденсатору фильтра и входу управл ющего блока, и М регулирующих элементов, вход, по меньшей мере, одного из которых соединен с выходом управл ющего блока 2.

Недостатками известного устройства  вл ютс  относительно большие габариты, недостаточно высокий КПД, больша  динамическа  нестабильность выходного напр жени  источника.

Целью изобретени   вл етс  уменьщение габаритов стабилизированного источника напр жени , повышение его КПД, уменьшение динамической нестабильности выходного напр жени .

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в стабилизированном источнике посто нного напр жени , содержащем соединенные последовательно и подключенные к выходным выводам jV иреобразовательных  чеек посто нного напр жени  в переменное, выход каждой из которых через соответствующий выпр митель подключен к параллельно соединенным выходным выводам, конденсатору фильтра п входу управл ющего блока, и М регулирующих элементов, вход, по меньшей мере, одного из которых соединен с выходом управл ющего блока, новым  вл етс  то, что выход каждого из регулирующих элементов подключен параллельно питающей цепи или выходной цепи соответствующей из указанных преобразовательных  чеек, а вход L из числа регулирующих элементов соединен с выходом дополнительно введенного управл ющего блока с L - позиционной релейной характеристики , входом соединенного с выходными выводами , прпчем общее количество регулирующих элементов М удовлетвор ет условию , а число регулирующих элементов L - условию , где М, N, L - целые положительные числа, кроме того, параметры L  чеек выбраны так, чтобы напр же- 5 ни  на них распредел лись в соотношении 1:2:4... На фиг. 1 приведена структурна  схема; фиг. 2 - принципиальна  схема некоторых основных узлов стабилизированного источ- ю ника посто нного напр жени . Стабилизированный источник напр жени  содержит нодключенные к входным выводам 1 и соединенные последовательно преобразовательиые  чейки 2-6, подклю- 15 ченные через выир мители 7 к выходным выводам 8 и конденсатору 9 фильтра. Ячейки 5, 6 шунтированы по входу регулирующими элементами 10, 11, управл емыми с помощыо дополнительно введенного управл ю- 20 ш.его блока 12. Ячейки 2, 3 шунтированы по выходу регулирующими элементами, в состав которых вход т дополнительные выпр мители 13 и ключевые элементы 14, 15, управл емые с помощью управл ющего 25 блока 16. Коммутаци   чеек 2, 3 осуществл етс  с помощью задающего генератора 17, который может быть .использован также и дл  коммутации  чеек 4-6. С помощью  чеек осуществл етс  преоб- 30 разование посто нного напр жени  в переменное пр моугольной формы и согласование его с требуемым уровнем выходного напр жени . В состав  чеек вход т транзисторы 18 и трансформатор 19, в частности, 35 включенные по мостовой схеме (фиг. 2). Диоды 20, 21  вл ютс  элементами одного из вынр мителей 7. Диоды 22 (и 21) относ тс  к одному из выпр мителей 13. Транзистор 23 выполн ет роль элементов 14 или 40 15. Элементы 10, 11 также могут быть выполнены в виде отдельного транзистора. В процессе работы источника, независимо от изменени  питающего напр жени , по- 45 даваемого на выводы 1, осуществл етс  непрерывное возбуждение транзисторов  чеек 2-6, дл  чего используютс  задающий генератор 17 или схемы самовозбуждени  (например, генераторы ,по схеме Ройера), 50 которые могут входить в состав  чеек 4-6. В результате посто нное питающее напр жение преобразуетс  в переменное пр моугольной формы, которое через трансформатор (имеетс  -в каждой из  чеек 2-6) и вы-55 пр митель 7 подаетс  на выходные выводы 8 источника. В режиме работы, когда элементы 10, II, 14, 15 наход тс  в отключенном состо нии, питающее напр жение распредел етс  меж-60 ду всеми  чейками 2-6. При этом, если коэффициенты трансформации всех трансформаторов  чеек выбрать одинаковыми, напр жение питани  будет равномерно распределено между всеми  чейками и соответ- 65 ственно ток нагрузки будет равномерно распределен между всеми выпр мител ми. Состо ние элементов 10, И, 14, 15 определ етс  выходными сигналами управл юЩих блоков 12, 16, из которых блок 12 осуществл ет слежение за величиной питающего напр жени , а блок 16 - за величиной выходного напр жени . Если из исходного состо ни , когда элементы 10, И, 14, 15 были в отключенном состо нии , напр жение на выводах 1 начнет уменьшатьс , одновременно будет уменьшатьс  и выходное напр жение источника. При некотором значении последнего, определ емом установкой блока 16, блок выдает сигнал на включение, например, элемента 14, который замкнет накоротко (через диоды выпр мител  13) обмотку трансформатора  чейки 2, в результате чего напр жение на ней уменьшитьс  практически д нул . Вследствие этого, питающее напр жение распределитс  только между оставшимис   чейками 3-6, напр жение на каждой из них станет больше, и следовательно, напр жение на выводах 8 вновь установитс  достаточно близким к номинальному значению . При дальнейшем уменьшении напр жепи  на выводах 1 по сигналам блоков 16, 12 будут поочередно замыкатьс  элементы 15, затем-10 и 11. В результате при минималь ;ом напр жении питани  последнее будет приложено только к  чейке 4, через которую (и через соответствующий выпр митель 7) напр жение будет передаватьс  в цепь нагрузки -на выводы 8. Элементы 14, 15 могут переводитьс  в замкнутое состо ние по соответствующим сигналам блока 16 также и ири увеличении тока нагрузки и неизменном напр жении иитани . В этом случае увеличение тока нагрузки вызывает соответствующее увеличение тока каждой  чейки и выпр мител  7, падение напр жени  на их внутреннем сопротивлении увеличиваетс  и соответственно уменьшаетс  напр жение на выводах 8, что вызывает переключение блока 16 и элементов 14, 15 и т. д. Конденсатор 9 служит дл  подавлени  высокочастотной импульсной составл ющей в выходном напр жении источника. В предложенном источнике точность стабилизации выходного напр жени  определ етс  отношением наименьшего из напр жении на входных выводах замыкаемых  чеек (2, 3, 5, 6) к напр жению питани  - на выводах 1. Дл  повышени  точности стабилизации необходимо увеличивать количество коммутируемых  чеек. Один и тот же диапазон регулировани  напр жени  может быть перекрыт минимальным количеством замыкаемых регулирующими элементами  чеек, если напр жение на каждой из последних выбрать исход  из соотношени 

1 : 2 ; 4 .... Напр жение на  чейках задаетс  путем соответствующего выбора соотношени  витков первичных обмоток трансформаторов  чеек.

Действительно, пусть напр жение на  чейке 2 выбрано, равным 3% от напр жени  на выводах 1, на  чейке 3-6%, на  чейке 5-12% и на  чейке 6-24%. При таком распределении напр жение на выводах 1 может измен тьс  на 40% (суммарное значение напр жений на всех  чейках), а напр жение на выводах 8 будет при этом измен тьс  не более, чем на 3%. Дл  достижени  того же эффекта при равномерном распределении напр жений на замыкаемых  чейках понадобилось бы не менее 14 штук последних.

Точность стабилизации напр жени  на выводах 8 можно существенно повысить, если один из регулируюших элементов (например , 14) выполнить работающим в линейном режиме. В этом случае целесообразно подключать такой элемент к  чейке с наименьшим напр жением на ее входных выводах, что позвол ет свести к минимуму потери мощности, а все прочие регулирующие элементы (в частности, 15) включать к входным выводам соответствующей  чейки (аналогично 10, И), что позвол ет упростить блок управлени . Линейный режим работы элемента 14 достигаетс  путем использовани  дл  его управлени  обычной схемы отрицательной обратной св зи, примен емой в линейных стабилизаторах напр жени  и подключаемой к выходным выводам 8.

В этом варианте широкий диапазон регулировани  (или «Груба  стабилизаци ) выходного напр жени  осуществл етс  с помощью ключевых элементов, которые работают описанным выше образом, а точна  стабилизаци , качество которой может быть получено не хуже, чем у линейного стабилизатора напр жени , осуществл етс  с помощью относительно маломощной цепи - с элементом 14.

В любом из рассмотренных вариантов стабилизированного источника достигаетс  динамическа  нестабильность его выходного напр жени  (при быстром изменении напр жени  питани  или тока нагрузки), практически равна  его статической нестабильности (при медленном изменении напр жени  или тока в тех же пределах). Это достигаетс  тем, что в данной схеме отсутствуют индуктивно-емкостные фильтры,  вл ющиес  основной причиной большой динамической нестабильности выходного напр жени  в указанном прототипе данного изобретени .

Поскольку в данном источнике отсутствует широтно-импульсна  модул ци  регулируемого напр жени , коммутационные потери мощности в нем относительно невелики - как известно, они определ ютс  относительной длительностью процесса переключени  и провод щего состо ни  коммутирующего элемента. Последнее в данном предложении максимально и равно длительности полупериода коммутации. Следовательно , КПД предложенного источника должен быть выще, чем прототипа.

Относительно малые иотери мощности и отсутствие энергоемкого ппдуктивно-емкостного фильтра позвол ет уменьшить габариты данного источника.

В практических схемах предложенного источника количество  чеек 2-6 могут быть увеличено или уменьшено. Ячейки могут быть реализованы на основе мостового транзисторного инвертора с трансформатором в диагонали (фиг. 2). В этом случае функции элементов 10, 11 могут выполн ть транзисторы моста 18 - если, например, путем особого построени  блока управлени  обеспечить одновременное открытое состо ние двух последовательно включенных транзисторов , то это будет эквивалентно замыканию всего места дополнительным ключевым элементом. При этом усложн етс  блок управлени , но упрощаетс  силова  часть источника.

Claims (2)

1.Стабилизированный источник посто нного напр жени , содержащий соединенные последовательно и подключенные к входным выводам Л преобразовательных  чеек посто нного напр жени  в переменное, выход каждой из которых через соответствующий выпр митель подключен к параллельно соединенным выходным выводам, конденсатору фильтра и входу управл ющего блока, и М регулирующих элементов, вход, по меньшей мере, одного из которых соединен с выходом управл ющего блока, отличающийс  тем, что, с целью повышени  КПД, уменьшени  габаритов источника и динамической нестабильности его выходного напр жени , выход каждого из регулирующих элементов подключен параллельно питающей цепи или выходной цепи, соответствующей из указанных преобразовательных  чеек , а вход L из числа регулирующих элементов соединен с выходом дополнительно введенного управл ющего блока с L-позиционной релейной характеристикой, входом соединенного с входными выводами, причем общее количество регулирующих элементов М удовлетвор ет условию , а число регулирующих элементов L - условию , где М, V, L - целые положительные числа.

2.Стабилизированный источник но п. 1, отличающийс  тем, что, с целью упрощени , параметры L  чеек выбраны так, чтобы напр жени  на них распредел лись в соотношении 1:2:4 ...

7

Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1. Патент США № 3409818, кл. 321-2, 1968.

8

2. Устройства вторичных источников электропитани  РЭА, МДНТП имени Ф.Э. Дзержинского , М., 1976, с. 56.

I -,., I -,,, К

2: 5