Резервированный многофазный импульсный стабилизатор напряжения
РЕЗЕРВИРОВАННЫЙ МНОГОФАЗНЫЙ, ИМПУЛЬСНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ, Iсодержащий N фазовых каналов, каждый из которых включает регулирукяций транзистор, диод и дроссель, соединенные между собой и с выходным LC фильтром, N широтно-импульсных модуляторов, выходами подключенных к управляющим входам соответствующих регулирующих транзисторов фазовых каналов It первыми входами соединенных через блок обратной связи с выходными илводами стабилизатора, вторыми входами подключенных к соответствукяцим выходам управляемого кольцевого распределителя, тактовый вход которого соединен с первым выходом задающего генератора, первые управляющие входы каждсзго из N разрядов.управляемого кольцевого распределителя подключены к соответствующим выходам N блоков контроля исправности фазовых каналов, входы которых подключены к общей-точке соединения регулирующего транзистора, диода и дросселя соответствунвдих фазовых каналов, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности путем обеспечения оптимальной частоты-переключения регулирующих транзисторов фазовых каналов и повышения ресурса стабилизатора введены N формирователей одиночных импульсов и генератор случайных чисел, j а из общего числа N фазовых каналов (П п является рабочими, а N-n - резервныкщ , причем каждый выход генератора случайных чисел подключен к соответствующему второму управляющему ,входу каждого из N разрядов управля-- Р .емого кольцевого распределителя, второй выход задающего генератора подключен к входам формирователей одиночных импульсов, выходы которых подклш чены к управляюь им входам соответствующих регулирующих транзисторов фазовых кансшов.
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
IPI
РЕСПУБЛИН
ПЮ П1) А
3(59 С 05 F 1 58
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
k ABTOPCkOMV CBkllllBlbCTBV
ЩЯ ;Ярртц q
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗ06РЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3344465/24-07 (22) 05.10 ° 81 (46) 23.04.83. Бюл. 9 15 (72) Р. 3. Бураканов, М. Н. Аравии н Е. A. Брекоткин (53) 621.316.722(088.8) (56) 1. Нечипоренко В. И. Структурный анализ и методы построения на.дежных схем. "Советское радио", 1968, с. 109-116., 2. Авторское свидетельство СССР
:по заявке Р 2868447/24-07, кл. G 05 F 1/56, 1980. (54)(57) РЕЗЕРВИРОВАННЫЙ ИНОРОФАЗНИН
ИМПУЛЬСНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ
,содержащий М Фазовых каналов, каждый нэ которых включает регулирующий транзистор, диод и дроссель, соединенные между собой и с выходным
LC фильтром, М широтно-импульсных модуляторов, выходами подключенных к управляющим входам соответствукщих регулирующих транзисторов фазовых каналов, первыми входами соединенных через блок обратной связи с выходными выводами стабилизатора, вторыми входами подключенных к соответствующим выходам управляемого кольцевого распределителя, тактовый вход которого соединен с первым выходом задающего генератора, первые управляющне входы каждого из и разрядов.управляемого кольцевого распределителя подкпючены к соответствующим выходам и блоков контроля исправности фазовых каналов, входы которых подключены к общей точке соединения регулирующего транзистора, диода и дросселя соответствующих фазовых каналов, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности путем обеспечения оптимальной частоты. переключения регулирующих транзисторов фазовых каналов и повышения ресурса стабилизатора, введены и Формирователей одиночных импульсов и генератор случайных чисел, I а из общего числа N Фазовых каналов и является рабочими, а й-п - резервными, причем каждый выход генератора случайных чисел подключен к соот.ветствующему второму управляющему
;входу каждого иэ и разрядов управля- > .емого кольцевого распределителя, второй выход задающего генератора подключен к входам Формирователей одиноч ных импульсов, выходы которых подклю чены к управляющим входам соответствующих регулирующих транзисторов Фа.зовых канапов.
1013932
Изобретение относится к электротехнике, а также к радиотехнике и может быть использовано для создания резервированных вторичных источников питания с повышенным ресурсом.
Известно резервированное устрой,. ство, содержащее рабочие и резервные узлы, соединенные так, что в случае отказа рабочего узла вместо него автоматически включается резервный. Основным достоинством такого 10 устройства является повышение общей надежности и ресурса системы за счет сохранения ресурса резерва при условии, что резервная аппаратура до ее включения быпа обеспечена и рас- 15 ход ресурса начинается с момента включения в работу $1 3.
Однако в этом случае ожидаемый эффект, достигается в основном эе счет увеличения кратности резервирования, поэтому реализация данного способа при жестких требованиях к несо-габаритным показателям современных радиоэлектронных устройств, особенно н бортовом применении, ста- новится невозможной.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является резервированный многофазный импульсный стабилизатор, содержащий М фазовых каналов, ЗО каждый иэ которых включает регулирующий транзистор, диод и дроссель, соединенные между собой и выходным
LC фильтром, и широтно-импульсных модуляторов, выходами подключенных 35 к управляющим входам соответствующих регулирующих транзисторов фазовых каналов, первыми входами соединенны через блок обратной связи с выходными выводами стабилизатора, вторы- 4р ми входами подключенных к соответст-. вующим выходам управляемого кольцевого распределителя, тактовый вход которого соединен с выходом задающего генеРатора, упРавляющие входы каж- 45 дого иэ разрядон управляемого кольцевого распределителя подключены к соответствующим выходам блоков контроля исправности фазовых каналов, входы которых подключены к общей точке соединения регулирующего транзистора, диода и дросселя соответствующих фазовых каналов.
Такой стабилизатор позволяет создавать отказоустойчивые вторичные источники питания с высокими удельны- 55 ми характеристиками 2 ).
Недостатком известного стабилизатора является то, что его применение приводит к увеличению интенсивности отказов электрорадиоэлементов (ЭРЭ) бО при работе источника питания с отклю1 ченным фаэовым каналом при отказе его (одним или нескольким).
Увеличение интенсивности отказов
ЭРЭ обусловлено увеличением частоты б5 переключения регулирующих элементон в фазовых каналах от fz до f Увеличение частоты переключения вызывает увеличение динамических потерь мощности на регулирующем элементе (транзисторе) при условии, что частота f выбрана из условия обеспечения минимальных динамических потерь, а это принодит к возрастанию температуры корпуса транзистора и окружающей среды; а также увеличение числа циклов "включено-выключено" и увеличение электрической нагрузки ЭРЭ. К числу основных условий, влиt яющих на интенсивность отказов элементов, относятся электрические нагрузки, температура окружаюц1ей сре ды и число циклов "включено-Выключено" на 1 ч непрерывной работы., Кроме того, возможность изменения частоты пульсации в каждом фазовом канале при увеличении частоты переключения необходимо учитывать .при выборе фильтра, устанавливаемого в фазовом канале, а это связано с некоторым увеличением габарита и веса его. Известный импульсный стабилизатор напряжения рассчитывается так, что каждый иэ М фазовых каналов имее облегченный электрический режим, т.е. имеет резерв по электрической нагрузке и этот резерв расходуется по мере деградации схемы. Однако такое построение стабилизатора не позволяет создавать вторичные источники питания с повышенным ресурсом, 3 оскольку ресурс нсех фазовых канаон начинает расходоваться с момента включения н работу блока и интенсивность выработки возрастает при появлении неисправности каналов. Кроме того, всегда имеющаяся несимметрия в работе фазоных каналов при,водит к появлению в спектре выходного тока низкочастотных составляющих с частотой работы одного фазового канала, которые плохо фильтруются выходным LC фильтром, рассчитанным на подавление основной частоты пульсаций, равной частоте задающего генератора. Причем с ростом числа фазовых каналов разница н этих частотах увеличивается. Повышение надежности стабилизатора эа счет введе.ния избыточных фазовых каналов при водит, таким образом, к увеличению низкочастотных пульсаций на выходе. 1013932 Это является недостаткэм известного стабилизатора и ограничивает область его применения. Целью изобретения является повыше/ ние надежности путем обеспечения оптимальной частоты переключения регули-5 рующих элементов в фазовых каналах и возможности построения вторичных источников питания .с повышенным ресурсом. Цель достигается тем, что в ста- 10 билизатор, содержащий N Фазовых каналов, каждый из которых включает регулирующий транзистор, диод и дроссель, соединенные между собой и выходным LC фильтром, М широтно-импуль-15 сных модуляторов, выходами подключенных к уйравляющим входам соответствующих регулирующих транзисторов фазовых каналов, первыми входами соединенных через блок обратной свя. зи с выходными выводами стабилизатора, вторыми входами подключенных к соответствующим выходам управляемого кольцевого распределителя, тактовый вход которого соединен с первым вы- . ходом -задающего генератора, первые 2 управляющие входы каждого из и разрядов управляемого кольцевого распределителя подключены к соответствующим выходам и блоков контроля исправности фазовых каналов, входы которых подключены к общей точке соединения регулирующего транзистора, диода и дросселя соответствующих фазовых каналов, введены N формирователей одиночных импульсов и генера-Ç5 тор случайных чисел, а из общего числа N фазовых каналов n - является рабочими, а й-и - резервными, причем каждый выход генератора случайных чисел подключен к соответствующему 4Q второму управляющему входу каждого из М разрядов управляемого кольцевого распределителя, второй выход задающего генератора подключен к входам ФЬрмирователей одиночных импуль- 45 сов, выходы которых подключены к управляющим входам соответствующих регулирующих транзисторов фазовых каналов.. Введение новых элементов и связей позволяет поддерживать оптимальное значение частоты коммутации фазовых каналов за счет того, что каждый .раз при включении стабилизатора из всего множества и фазовых каналов 1случайным образом выбираются и последовательных-исправных фазовых ка : налов, при этом их число всегда поддерживается постоянным и равным и, что обеспечивает и постоянство частоты коммутации:и независимость ее 60 от числа избыточных фазовых каналов, что уменьшает низкочастотные пульса-,. ции на выходе, поскольку наличие избыточности не уменьшает частоту ..работы фазовых каналов. 65 На чертеже представлена блок-схе ма устройства. Стабилизатор содержит 1.1, 1.2, 1.3, ..., 1. N+n фазовых каналов, каждый из которых содержит регулирующий элемент 2, дроссель 3 и диод 4. Каждый из N регулирующих элементов 2 управляется с выхода одного из М широтно-импульсных модуляторов 5. Один из входов всех модуляторов 5 подключен к выходу усилителя обратной связи б, вход которого подключен к выходному зажиму 7 источника питания. Выходной конденсатор 8, нагрузка 9 и дроссель 10 также подключены к зажиму 7. Вторые входы широтно-им-. пульсных модуляторов 5 подключены к соответствующим выходам и разрядного управляемого:кольцевого распределителя 11, тактовый вход которого соединен с выходом задающего генератора 12. Блок контроля исправности 13, число входов и выходов которого :равно N. Выходы блока 13 соединены ic первыми управляющими входами соответствующих разрядов кольцевого распределителя 11, а на его вторые управляющие входы разрядов подаются сигналы с соответствующих выходов генератора случайных чисел.14. Второй выход задающего генератора 12 соединен через. формирователи одиночных импульсов 15 с входами регулирующих элементов 2. Стабилизатор работает следующим образом. При включении питания срабатывает генератор случайных чисел 14, который вырабатывает число в пределах М, которое определяет номер фазового канала, начиная- с которого в управляемом кольцевом распределителе 11 подготавливается включение фазовых каналов. Одновременно включается задающий ,генератор 12 и формирователи одиноч ных импульсов 15 вырабатывают импульсы небольшой длительности, которые поступают на входы регулирующих элементов 2. Длительность этих импульсов выбирается такой, чтобы фаэовые каналы передавали минимальную мощность при поступлении их на входы регулирующих элементов 2, Блок контроля 13 производит анализ поступивших на вход сигналов и вырабатывает сигнал управления соответствующими разрядами управляемого кольцевого распределителя 11. Если исправны все каналы, то на выходе и появляется управляющий сиг» нал с частотой f< /и, где f .— такто-вая частота с задающего генератора; „ /n — частота коммутации, выбранная из условия обеспечения минимальных динамических потерь на регулирующем транзисторе при переключениях. 1013932 ВНИИПИ Заказ 3017/57 Тираж 872 Подписное Филиал ППП "Патент", r. ужгород, ул. Проектная, 4 В дальнейшем второй выход эадающего генератора 12 блокируется и исправность рабочих каналов определяется при прохождении через фазовый канал управляющих импульсов с ШИИ. При отказе любого из и рабочих каналов блок контроля и управления 13 вырабатывает сигнал . блокировки 1 соответствующего разряда, следовательно, и соответствующего фазового канала, и s кольцевом распределите- 10 ле 11 осуществляется включение резервного канала, при этом число рабочих каналов всегда остается равным и. Таким образом, предлагаемый способ позволяет сохранить оптимальные 15 ,частоты коммутации регулирующих элементов в фазовых каналах и решить таким образом вопросы уменьшения интенсивности отказов ЭРЭ в фазовых каналах. Кроме того, предлагаемый способ позволяет разрабатывать источники питания повышенного ресурса за счет равномерной выработки всех Н фазовых каналов путем включения случайным об" разом п рабочих из всех имеющихся % фазовых каналов и уменьшить пульса ции на выходе. Экономический эффект от внедрения изобретения достигается за счет увеличения надежности и повьзаения ресурса, а также sa счет уменьшения выходных пульсаций и составляет примерно 80 руб. по сравнению с серийно выцус каеьмми блоками БП10-1, БП10-5.
