Стабилизированный источник питания

 

Ю. И. Рыжов, Б.3. Курчик, Ю. В. Анастасьев и М.:А. Черфас =:д / (72) Авторы изобретения

Научно-производственное объединение "Ру и Ленинградский элвктротехнический институт связи им. проф. M.À.Áoí÷-Бруевича (71) Заявители (54) СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования при электроснабжении удаленных потребителей с изменяющимся сопротивлением нагрузки.

Известен стабилизированный источник питания, выполненный по классической схеме с бестрансформаторным входом, в которой предусмотрены последовательно включенные регулятор напряжения, преобразователь напряжения, выпрямитель и фильтр, а также канал обратной связи, состояний из

-усилителя постоянного тока, входы которого соединены с делителем выходного напряжения и блоком опорного напряжения, а выход - с управляю" щим входом регулятора напряжения t 13.

Недостаток известного устройства заключается в том, что при его применении осуществляется стабилизация только напряжения на нагрузке, а ток лишь ограничивается.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является стабилизированный источник питания, обеспечивающий стабилизацию как выходного напряжения, так и нагрузочного тока и содержащий, в частности, регулируемый преобразователь напряжения с выпрямителем, выход которого соединен с клеммами для подключения нагрузки через (С-фильтр и

1О линию связи с резистивным шунтом в одном из проводов, два делителя напряжения, включенные между потенциальными выводами шунта и блока опор" ного напряжения, два усилителя по35 стоянного тока, первые входы которых подключены к выходам делителей напряжения, а вторые — соответствен но к шине нулевого потенциала и выходной шине источника, компаратор, инвертирующий вход которого соединен с выходными цепями усилителейпостоянного тока, генератор пилообразного напряжения, первый выход ко3 1001 торо го подключен к неинвертирующему входу компаратора, формирователь импульсов управления, первый вход которого соединен с вторым выходом генератора пилообразного напряжения, а выход - с управляющим входом пре.образователя напряжения, функциональный логический узел, включенный между выходом компаратора и вторым входом формирователя импульсов управления, логический элемент И и триггер,. входящие в состав функционального логического узла P2).

В укаэанном устройстве стабилизация осуществляется по отклонению выходной величины. Однако при значительном удалении нагрузки от источника точность стабилизации резко снижается из-за недостоверного измерения напряжения на клеммах для подключения нагрузки. Известное устройство имеет еще один существенный недостаток, проявляющийся в многократном срабатывании компаратора из-за наличия во входных сигналах высокоча- >> стотных колебаний, вызванных коммутацией силовых элементов преобразователя, Отмеченное обстоятельство обусловливает увеличение динамических потерь в силовых транзисторах и снижение общей эксплуатационной надежности;; сто чни ка.

Це - ь изобретени я - повышени е точности стабилизации при наличии протяженной линии связи и надежности работы подобного устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в стабилизированный источник питания, содержащий регулируемый преобразс:ватель напряжения с выпрямио телем, выход которого соединен с клем,мами для подключения нагрузки через

1С-фильтр и линию связи с резистивным, шунтом в одном из проводов, два делителя напряжения, первый из которых включен между потенциальными выводами шунта и блока опорного напряжения, усилитель постоянного тока, вход которого подключен к выходу первого делителя напряжения, компаратор, М инвертирующий вход которого соединен с выходом усилителя постоянного тока, генератор пилообразного напряжения, первый выход которого подключен к неинвертирующему входу компаратора, формирователь импульсов управления, первый вход которого соединен с вторым выходом генератора пилообразно061- 4

ro напряжения, а выход -. с управляю. щим входом преобразователя напряжения, логический элемент И, триггер, введены сумматор и дополнительный компаратор, причем входы сумматора подключены к потенциальным выводам шунта и блока опорного напряжения, а выход - к инвертирующему входу дополнительного компаратора, неинвертирующий вход которого связан с первым выходом генератора пилообразного напряжения, второй делитель напряжения. включен на выходе преобразователя напряжения и своим выходом соединен с входом генератора пилообразного напряжения, входы логического элемента

И подключены к выходам обоих компараторов, а выход - к одному из входов триггера, другой вход триггера соединен с вторым выходом генератора пилообразного напряжения, а выход - с вторым входом формирователя импульсов управления.

На чертеже представлена функциональная схема предлагаемогр стабилизированного источника питания.

Устройство содержит полупроводниковый преобразователь 1 напряжения, в частном случае двухзвенный, с sbl прямителем. Выход последнего соединен с клеммами для подключения нагрузки 2 через LC-фильтр 3 и кабельную линию связи 4. В один из проводов линии 4 связи введен резистивный шунт 5.

В состав устройства входят два делителя 6 и 7 напряжения. Первый из них включен между потенциальными выводами шунта 5 и блока 8 опорного напряжения, а второй - на выходе преобразователя 1 напряжения. К выходу делителя 6 напряжения подключен вход усилителя 9 постоянного тока, а к выходу делителя 7 напряжения - вход генератора 10 пилообразного напряжения. В устройстве предусмотрен также сумматор 11, входы которого подключены к потенциальным выводам шунта 5 и блока 8 опорного напряжения. Выходы усилителя 9 постоянного тока и сумматора 11 соединены с инвертирующими входами компараторов (широтно-импульсных модуляторов) 12 и 13, неинвертирующие входы которых подключены к первому выходу генератора 10 пилообразного напряжения.

Управление преобразователем 1 напряжения осуществляется с помощью формирователя 14 импульсов управления, первый вход которого соединен

5 .,10010 с вторым выходом генератора 10 пилообразного напряжения, а второй вход" с выходом триггера 15. Один из входов триггера подключен к выходам компараторов 12 и 13 через логический элемент И 16, а другой вход соединен с вторым выходом генератора 1О пилообразного напряжения.

Работа устройства происходит следующим образом. 1Ю

Усилитель 9 постоянного тока уси" ливает сигнал рассогласования между напряжениями, снимаемыми с шунта 5 и делителя 6 напряжения. Усиленный сигнал поступает затеи на инвертиру- 15 ющий вход компаратора 12, в котором с помощью сигнала генератора 1О пилообразного напряжения, подводяще ocR к неинвертирующему входу, осуществляется преобразование напряжения во щ . временной интервал. Совокупность усилителя 9 постоянного тока и компаратора 12 составляет, таким образом, канал стабилизации тока, причем регулирование последнего производится 25 по отклонению выходной величины.

Сумматор 11 выполняет алгебраическое суммирование напряжения, снимаемого с шунта 5, с опорным напряжением блока 8. Выходной сигнал сумматора в

1! направляется далее на инвертирующий вход компаратора .13, где опять .же с помощью сигнала генератора 10 пилообразного напряжения, подводящегося к неинвертирующему входу, осу-;

° 35 ществляется формирование широтно-модулированных импульсов. Совокупностьсумматора 11 и компаратора 13 представляет собой канал стабилизации напряжения, которое в данном случае регулируется по возмущению.

Сигналы с выходов компараторов 12 и l3 поступают на входы логического элемента и l6, причем через него проходит лишь сигнал того компаратора, который в данный момент воспроизводит меньшую длительность импульса.

Формирователь 14 импульсов управления производит формирование, распределение и усиление импульсов, на"

50 правляющихся на вход силовои части преобразователя t.

Для исключения многократных срабатываний силовых ключей между формирователем 14 импульсов управления и логическим элементом И l6 включен триггер !5, срабатывающий только по первому перепаду выходного напряжения соответствующего компаратора. В

Дпя исключения зависимости напряжения на нагрузке 2 от входного напряжения и тока нагрузки должно выполняться равенство коэффициент деления делителя

7 напряжения, напряжение на входе фильтр ра 3, время включенного состояния ключа преобразователя 1 напряжения 1; постоянная времени времязадающей цепочки генератора 10 пилообразного напряжения, ЭДС блока опорного 8 напряб жения; ток нагрузки 2, сопротивление шунта 5. где. К ВЧ ф

Е

61 4 исходное состояние триггер 15 на каждом такте перебрасывается тактовыми импульсами, поступающими с выхода генератора 10 пилообразного напряжения.

В режиме стабилизации напряжения при отсутствии нагрузки ток через линию 4 связи не протекает и напряжение на клеммах для подключения нагрузки 2 равно выходному напряжению преобразователя 1. При появлении тока в нагрузке 2 напряжение на ней начинает отличаться от выходного. напряжения преобразователя 1 на величину падения напряжения на линии 4 связи и внутреннем сопротивлении фильтра 3. Для стабилизации напряжения на нагрузке 2 необходимо, следовательно, чтобы напряжение на выходе преобразователя 1 было больше, чем напряжение на. нагрузке 2 на величину указанного падения напряжения. В связи с этим управляющее напряжение, поступающее на вход компаратора 13, должно являться суммой опорного напряжения блока 8 и напряжения на шунте 5, учитывающего падение напряжебг ния, на линии 4 связи и внутреннем сопротивлении фильтра 3. Времязадающая цепочка генератора 10 пилообразного напряжения подключена через делитель

7 напряжения к выходу преобразователя 1 напряжения.. Это обеспечивает nqстоянство выходного напряжения при изменении напряжения на входе преобразователя 1.

7 10010

В свою очередь, напряжение на нагрузке 2 определяется равенством

"н=" с ьмф т н i, гДе 0„- напряжение на нагрузке 2, 5

Т .- период коммутации., R. - внутреннее сопротивление

1 источника питания, складывающееся иэ сопрфтивленяя фильtpa 3 и линии связи

С учетом выражений (1) и (2) можно в конечном счете показать, что для стабилизации напряжения на нагрузке 2 отношение сопротивлений

R„ и. R должно соответствовать

Rui T

"=г

При практическом использовании предлагаемого устройства, например м в геофизической аппаратуре, достигнутое повышение точности стабилизации и надежности работы источника обеспечивает рост. общей производительности труда эа счет увеличения И количества нагрузочных блоков, получающих питание одновременно по одной и той же двухпроводной линии связи.

Формула изобрфтения

Стабилизированный источник питания, содержащий регулируемый пре35 обраэователь напряжения с выпрямителем, выход которого соединен с клеммами для подключения нагрузки через LC-фильтр и линию связи с резистивным шунтом в одном иэ..ррово"

40 дов, два делителя напряжения, первый иэ которых включен между потен.циальными выводами шунта и блока опорного напряжения, усилитель постоянного тока, вход которого под61. & ключен к выходу первого делителя напряжения, компаратор, инвертирующий, вход которого соединен с выходом усилителя постоянного тока, генератор пилообразного напряжения, первый выход которого подключен к неинвертирующему входу компаратора, формирователь импульсов управления, первый вход которого соединен с вторым выходом генератора пилообразного напряжения, а выход - с управляющим входом преобразователя напряжения, логический элемент И, триггер, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности стабилизации при наличии протяженной линии связи и надежности работы, в него введены сумматор и дополнительный компаратор, лричем входы сумматора подключены к потенциальным выводам шунта и блока опорного напряжения, а выходк инвертирующему входу дополнительного компаратора, неинвертирующий вход которого связан с первым выходом генератора пилообразного напряжения, второй делитель напряжения включен на выходе преобразователя напряжения и своим выходом соединен с входом генератора пилообразного напряжения, входы логического элемента И подключены к выходам обоих компараторов, а выход - к одному из входов триггера, другой вход триггера соединен с BTopblM выходом генератора пилообразного напряжения, а выход - с вторым входом формирователя импульсов управления. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1, Авторское свидетельство CCCP

N 613310, кл. G 05 F 1/56, 1975 °

2. Верцберг Г., Кейв Д. Управление переключательными источниками питания с помощью БИС, "Электроника", 1977, < 7, с. 51-57.

1001061

Составитель Л.Морозов

Редактор Н.Гришанова Техред М. Гергель.

Корректор Н.Король филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 1394/54 Тираж 872 nîäïèñí0å

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, 3(-35, Раушская наб., д. 4/5