Многоканальный стабилизированный источник питания

 

1. МНОГОКАНАЛЬНЫЙ СТАБИ.ПИЗИРОВАННЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ, содержащий низкочастотный выпрямитель, входом соединенный с входными клеммами , а выходом - с входом блока стабилизации напряжений, состоящего из N(,3...) регулирующих ключей , источника опорного напряжения, выходом соединенного с одним из входов компаратора, блок из N трансформаторов , первичные входы которых соединены с N выходами блока стабилизации напряжений и с выходом низкочастотного выпрямителя, вторичные обмотки подключены к входам N блоков высокочастотных выпрямителей с накопительными элементами, выходы которых подключены к соответствующим выходным клеммам, высокочастотный генератор опроса, выходом соединенный с входом формирователя, тактовых импульсов и кольцевого распределителя , выход которого соединен с N управляющими входами коммутатора , о т л и ч а ю щ. и и с я тем, что, с целью повьщ1ения эффективности стабилизации При увеличении числа каналов без повьшения частоты стабилизации , в него введены блок распределення строба, элемент задержки, блок преобразования числа импульсов во временной интервал и маломощный источник питания, при этом контактирующие входы блока преобразования числа импульсов во временной интер-.вал соединены с входами формирователя тактовых импульсов, выполненного в виде делителя частоты, а входы строба и опроса соединены с выходами блока распределения строба и выходами кольцевого распределителя соответственно,входы блока распределения CTpo6iB соединены с выходами кольцевого распределителя и элемента задержки, вход элемента задержки соединен с входом кольцевого распределителя , парные выходы по числу выходных каналов блока преобразования числа импульсов во временной интервал соединены с управляющими входами регулирующих ключей, выходы ГО которых попарно объединены и соединео ны с выходами блока стабилизации ел СО 00 напряжений, а входы по полярно.сти объединены и соединены с его входами , вход маломощного источника подключен к входным клеммам, а выходы присоединены к шинам питания высокочастотного генератора опроса кольцевого распределителя, коммутатора, компаратора, источника опорного напряжения , блока распределения строба , блока преобразования числа импульсов во временной интервал, формирователя тактовых импульсов, а выходы высокочастотных выпрямителей с накопителями через коммутатор соединены с вторым входом компа

зщ С 05 F 1/56

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3636132/24-07 (22) 22, 08 . 83 (46) 15. 12.84. Бюл. Ф 46 (72) А.Ф. Рыббчкин, Е.В. Шустерман и А.В. Егоров (71) Курский завод "Счетмаш" (53) 621.316.722.1(088.8) (56) 1. Ромаш Э.M. Транзисторные преобразователи в устройствах питания радиоэлектронной, аппаратуры.

М., "Энергия", 1975, с. 109, рис.32.

2. Авторское свидетельство СССР

9 1030778, кл. G 05 F 1/56, 1982. (54) (57) 1 . МНОГОКАНАЛЬНЫЙ СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ, содержащий низкочастотный выпрямитель, входом соединенный с входными клеммами, а выходом — с входом блока стабилизации напряжений, состояшего из Й (гав=2,3.. .) регулирующих ключей, источника опорного напряжения, выходом соединенного с одним из входов компаратора, блок из М трансформаторов, первичные входы которых соединены с N выходами блока стабилизации напряжений и с выходом низкочастотного выпрямителя, вторичные обмотки подключены к входам N блоков высокочастотных выпрямителей с накопительными элементами, выходы которых подключены к соответствующим выходным клеммам, высокочастотный генератор опроса, выходом соединенный с входом формирователя, тактовых импульсов и кольцевого распределителя, выход которого соединен с N управляющими входами коммутатора, о т л и ч а ю ш и и с я тем, что, с целью повышения эффективности стабилизации при увеличении числа каналов без повышения частоты стабилизации, в него введены блок распределения строба, элемент задержки, блок преобразования числа импульсов во временной интервал и маломощный источник питания, при этом контактирующие входы блока преобразования числа импульсов во временной интер-:. вал соединены с входами формирователя тактовых импульсов, выполненного в виде делителя частоты, а входы строба и опроса соединены с выходами блока распределения строба и выходами кольцевого распределителя соответственно, входы блока распределения стробв соединены с выходами кольцевого распределителя и элемента задержки, вход элемента задержки соединен с входом кольцевого распре- делителя, парные выходы по числу выходных каналов блока преобразования числа импульсов во временной интервал соединены с управляющими входами регулирующих ключей, выходы которых попарно объединены и соединены с выходами блока стабилизации напряжений, а входы по полярности объединены и соединены с его входами, вход маломощного источника подключен к входным клеммам, а выходы присоединены к шинам питания высокочастотного генератора опроса кольцевого распределителя, коммутатора, компаратора, источника опорного напряжения, блока распределения строба, блока преобразования числа импульсов во временной интервал, формирователя тактовых импульсов, а выходы высокочастотных выпрямителей с накопителями через коммутатор соединены с вторым входом компа1129593 стабилизации напряратора .блока .жения.

2. Источник питания по п. 1, отличающийся тем, что блок преобразования числа импульсов во временной интервал состоит из блока выделения лереднего фронта импульса и узлов по числу каналов источника, каждый из которых состоит из двух одинаковых половин, включающих по четыре двухвходовых элемента И одному реверсивному счетчику и многовходовому элементу И-НЕ, причем тактирующие противоположнополярные входы половин объединены и подсоединены к тактирующим входам блока преобразования числа импульсов во временной интервал, входы строба и опроса половин объединены и соединены с входами строба и опроса блока преобразования числа импульсов во временной интервал, тактирующий первый вход узла соединен с первым входом первого элемента И с входом схемы выделения переднего фронта импульса, второй вход строба узла соединен с вторым входом первого элемента И, выход которого соединен со счетным входом на вычитание реверсивного счетчика, четвертый противоположной полярности тактирующий вход узла соединен с первым входом второго элемента И, а второй вход этого элемента соединен с выходом третьего элемента И, первый из входов которого соединен с третьим входом опроса узла, а второй вход — с выходам многовходового элемента И-НЕ> входы которого соединены с выходами реверсивного счетчика, установочный вход счетчика соединен с выходом блока выделения переднего фронта импульса счетный вход на сложение соединен с выходом второго элемента И, первый вход четвертого эг мента И соединен с выходом элемента

И-HE„ а второй вход — с одним из входов элемента И-НЕ, и четвертым входом узла, а выход четвертого элемента И соединен с выходом половины узла, выход которого соединен с одним из выходов блока преобразования числа импульсов во временной интервал.

Изобретение относится.к электротехнике и может быть использовано в устройствах электропитания узлов автоматики, вычислительной и измери-..: тельной техники и средств связи. 5

Известны. многоканальные.стабилизаторы напряжения, содержащие регулирующий транзисторный инвертор, стабилизация выходных напряжений в котором осуществляется путем воздей- 1О ствия на инвертор с одного из выходов стабилизатора (1).

Недбстатки известного устройствзсравнительно низкая динамическая и статическая стабильность. 15

Наиболее близким по технической сущности является многоканальный стабилизированный источник питания, содержащий низкочастотный выпрямитель, входом соединенный с входными щ клеммами, а выходом - с входом блока стабилизации напряжений, состоящего из N(N=2,3,...) регулирующих

2 ключей, источника опорного напряжения, выходом соединенного с одним из входов компаратора, блок из М трансформаторов, первичные входы которых соединены с и выходами блока стабилизации напряжений и с выходом низкочастотного выпрямителя, вторичные обмотки подключены к вхо1 дам М блоков высокочастотных выпрямителей с накопителями, выходы которых йодключены к соответствующим выходным клеммам, высокочастотный генератор опроса, выходом соединенный с входом формирователя тактовых импульсов и кольцевого распределителя, выход которого соединен с управляющими входами коммутатора (2).

Недостаток данного источника питания заключается в ухудшении его динамических свойств и эффективности стабилизации при значительном увеличении числа каналов, так как возрастает время, в течение кото129593 4

5 !

20

30

50

3 3 рого в канале отсутствует слежение за выходным напряжением. Для повышения эффективности стабилизации и динамических характеристик таких источников питания необходимо повышать частоту импульсного стабилизатора вы ше оптимальной, что приводит к повышению излучаемьгл помех,. увеличению динамических тепловых потерь на силовых ключевых элементах .

Цель изобретения — повышение эффективности стабилизации при значительном увеличении ч: сла каналов без повышения частоты стабилизации.

Поставленная цель достигается тем, что в многоканальный стабилизированный источник питания, содержащий низкочастотный выпрямитель, входом соединенный с входными клеммами, а выходом — с входом блока стабилизации напряжений, состоящего из

М(й=2,3,...) регулирующих ключей, источника опорного напряжения, выходом соединенного с одним из входов компаратора, блок из М трансформаторов, первичные входы которых соединены с N выходами блока стабилиза, ции напряжений и с выходом низкочас тотного выпрямителя, вторичные об.мотки подключены к входам Н блоков высокочастотных выпрямителей и с накопителями, выходы которых подключены к соответствующим выходным клеммам, высокочастотный генератор опроса, выходом соединенный с входами формирователя тактовых импульсов и кольцевого распределителя, выход которого соединен с N управляющими входами коммутатора введены блок распределения строба, элемент задержки, блок преобразования числа импульсов во временной интервал и маломощный источник питания, при этом контактирующие входы блока преобразования числа импульсов во временной интервал соедине.ны с входами формирователя тактовых импульсов, выполненного s виде делителя частоты, а входы строба и.опроса соединены с выходами блока распределения строба и выходами кольцевого распределителя соответственно, входы блока распределения строба соединены с выходами кольцевого распределителя и элемента задержки, вход элемента задержки соединен с входом кольцевого распределителя, парные выходы по числу выходных каналов блока нреобразования числа импульсов во временной интервал соединены с управляющими входами регулирующих ключей, выходы которых попарно объединены и соединены с выходами блока стабилизации напряжений, а выходы по полярности объединены и соединены с его входами, вход маломощного источника питания подключен к входным клеммам, а выходы присоединены к шинам питания высокочастотного Feнератора опроса кольцевога распределителя, коммутатора, компаратора, источника опорного напряжения, блока распределения строба, блока преобразования числа импульсов в временной интервал, формирователя тактовых импульсов. а выходы высокочастотных выпрямителей с накопителями через коммутатор соединены с вторым входом компаратора блока стабилизации напряжений.

Кроме того, блок преобразования числа импульсов во временной интервал состоит из блока выделения переднего фронта импульса и узлов по числу каналов источника, каждый из которых состоит из двух одинаковых половин, каждая из которых включает по четыре двухвходовых элемента И, одному реверсивному счетчику и многовходовому элементу И-НЕ, причем тактирующие противоголожно-полярные ,входы половин объединены и подсоединены к тактирующим входам блока преобразования числа импульсов во временной интервал, входы строба и опроса половин объединены и соединены с входами строба и опроса блока преобразования числа импульсов во ,временной интервал, тактирующий первый вход узла соединен с первым входом первого элемента И и с входом блока выделения переднего фронта импульса, второй вход строба узла соединен с вторым входом первого элемента И, выход которого соединен со счетным входом на вычитание реверсивного счетчика, четвертый противоположной полярности тактирующий вход узла соединен с первым входом второго элемента И, а второй вход этого элемента соедине с выходом третьего элемента И, первь и из входов которого соединен с третьим входом опро" са узла, а второй вход — с выходом многовходового элемента И-НЕ, входы которого соединены с выходами реверсивного счетчика, установочный

29593 б источник 10 опорного напряжения, -кочастотный генератор 14 опроса, 5 элемент 15 задержки, блок 16 преобразования числа импульсов во временной интервал, который включает в себя узлы по числу каналов, каждый узел состоит из двух одинаковых половин

17-1 и 17-2, каждая из половин состоит из четырех элементов И 18-1, 19-1, 20-1. 23-1, многавходовога элемента И-НЕ 22-1, одного реверсив15 ного счетчика 21-1 блока 24-1 вы1 деления переднего фронта импульса, 21 — первый вход стробэ, 22 — второй вход строба, 2 n — вход строба, 31 первый вход опроса, 32 — второй вход опроса, 3 и — вход опроса.

Источник питания работает следующим образом.

При отключенном напряжении сети на выходе низкочастотного выпрямителя 1 отсутствует напряжение. На выходе маломощного источника 2 питания напряжение отсутствует, высокочастотный генератор 14 опроса обесточен, схема блока. 16 преобразо30 вания импульсов во временной интервал обесточена, на выходе блока 3 стабилизации напряжение отсутствует, оде на выходе элемента 23-2; ивыходное напряжение на стабилизаторе 3 на одном канале; к — напряже- И ние на выходе высокочастотного выпрямителя.

Импульсы опроса пронумерованы до

3 (случай 3 канала). Также на фиг.3 показано„ как число импульсов опроса 40 в 1-ый полупериод переводится в длительность импульса во второй полупериод и, наоборот, число импуль сов опроса во 2-ой -полупериод переводится в длительность импульса в 4

1-й полупериод. Чем выше частота опроса, тем точней широтно-импульсная модуляция.

Многоканальный стабилизированный источник питания содержит (фиг. 1) И низкочастотный выпрямитель 1, маломощный источник 2 питания, блок 3 стабилизации напряжения, блок 4 регулирующих ключей, блок 5 высокочастотных импульсных трансформаторов, блок 6 высокочастотных выпрямителей с накопителями, блок 7 нагрузок, коммутатор 8, компаратор 9, Э 11 вход счетчика соединен с выходом блока выделения переднего фронта импульса, счетный вход на сложение соединен с выходом второго элемента И, первый вход четвертого элемента И соединен с выходом элемента -HE а второй вход — с одним из входом элемента И-НЕ и четвертым входом узла, а выход четвертого элемента И соединен с выходом половины узла, выход которого соединен с одним из выходов блока преобразования числа импульсов во временной интервал.

На фиг. 1 приведена структурная схема предлагаемого источника пита- ния; на фиг. 2 - схема одного из узлов преобразователя числа импульсов во временной интервал; на фиг.3графики, поясняющие работу, где м— импульсы на выходе высокочастотного генератора опроса 14; б, e — - то же, на выходе формирователя 12 тактирующих импульсов; ъ- то же, на выхоve первого контакта кольцевого распределителя 13; В- то же,на выходе блока 11 распределения строба, 1-й полупериод, элемент 11-1; е — отрабатываемая длительность во втором полупериоде на выходе элемента 23-1; х — импульсы на выходе блока 1 1 распределения строба,,2-ой полупериод, элемент 11-1; з- отрабатываемая длительность в первом полупериблок 11 распределения строба, формирователь 12 тактовых импульсов, кольцевой распределитель 13, высона выходах блока 5 импульсных трансформаторов, блока 6 высокочастотных выпрямителей с накопителями и на блоке 7 нагрузок напряжение отстутст. вует, кольцевой распределитель 13, формирователь 12 тактовых импульсов, компаратор 9, источник 10 опорного напряжения, коммутатор 8, блок

9 распределения строба и элемент 15 задержки обесточены, регулирующие ключи 4 не задействованы.

При включении напряжения сети на выходе маломощного источника 2 пи- тания появляется напряжение, которое запитывает компаратор 8, коммутатор

8, источник 10 опорного напряжения, блок 11 распределения строба, формирователь 12 тактовых импульсов, кольцевой распределитель 13, блок 16 преобразования числа импульсов во временной интервал, высокочастотный генератор 14 опроса, который начинает генерировать высокую частоту опроса. В этот момент с выхода низкочастотного выпрямителя 1 разнополярное напряжение поступает на объединенные положительные и от129593 8

20

30

40

50

7 1 рицательные входы блока 4 регулирующих ключей. Импульсы с генератора

14 опроса поступают на входы: формирователя 12 тактовых импульсов, в качестве которого используется делитель частоты, который служит для получения частоты стабилизации, кольцевого распределителя 13, элемента

15 задержки. С разнополярных выходов формирователя 1 тактовых импульсов поступает пониженная частота на первый и четвертый входы блока 16 преобразования числа импульсов во временной интервал. Импульсы с генератора 14 опроса поступают на объединенные входы элементов И блока 11 распределения строба через элемент 15. задержки. Вторые входы элементов И блока 11 распределения строба объединены и на них поступает низкий или высокий уровень с компаратора 9, В момент включения блока питания возвращающее напряже-. ние на канальных выходах еще недостаточно для срабатывания компаратора, т.е. имеется условие Ц„„ С Ц,„ „ . С выходов кольцевого распределителя 13 на управляющие входы коммутатора 8 поступают импульсы опроса высокой частоты, значительно превышающей тактовую частоту блока 3 стабилизации. Импульсы опроса в момент включения начинают с произвольного канала. На один полупериод частоты блока 3 стабилизации приходится несколько опросов, чем выше частота генератора 14 опроса, тем чаще будет опрашиваться канал, тем точнее стабилизация. Канальные напряжения поступают через коммутаtop 8 на вход компаратора 9, где сравниваются с источником 10 onopgaro напряжения. Работа компаратора организована так, что при условии 1чп,.аь < о„ р„ на выходе компаратора устанавливается высокий уровень, и поэтому в момент включения при на-. личии положительного единичного импульса опроса и положительного задержанного импульса строба обеспечено прохождение импульса строба через элемент И блока распределения строба, который позволяет распределить стробы строго в свои каналы, не пропуская в соседний канал. Импульс строба, прошедший через элемент И 10-1, поступает на 21 вход блока 16 преобразования числа импульсов во временной интервал. В тот же самый момент времени импульс опроса с 1-го выхода кольцевого распределителя 13 поступает íà 31 вход блока преобразования числа импульсов во временной интервал. Импульсы строба и опроса имеют высокие уровни.

Если на первый вход узла преобразования числа импульсов во времен. ной интервал 17-1 поступает высокий уровень, блок 24-1 выделения переднего фронта импульса обеспечивает установку реверсивного счетчика в начало отсчета., элемент

И 19-1 открывается высоким уровнем, что обеспечит прохождение положительного единичного импульса строба на счетный вычитающий вход, за вре" мя полупериода, определяющего частоту блока стабилизации, будет проходить несколько импульсов строба.

Максимальное число этих импульсов определяться длительностью импульса блока стабилизации. Количеством импульсов строба определяется еще в каком положении в момент опроса находился компаратор 9. В первый полупериод реверсивный счетчик 21-1 накапливает информацйо о необходимой длительности импульса воздействия не регулирующий ключ 4-4м, а во второй полупериод поступивший низкий уровень на элемент И 19-1 закрывает

его и открывается высоким уровнем элемент И 20-1, элемент И 18-1 в этот момент открыт из-за наличия кода на реверсивном счетчике 21-1 и высокого уровня на выходе элемента

И-HE 22-1. Реверсивный счетчик 21-1 начинает считать в обратном порядке, пока не достигает до установочного кода. Как только установился устан вочный код, элемент И-НЕ 22-1 формирует низкий уровень, а это и определяет длительносгь импульса стабилизации, который поступает на регулирующий ключ 4-1 . По моменту включения питания из-за условия

О,„,® < Ц, > число импульсов строба максимально, поэтому первые импульсы стабилкзации имеют максимальную длительность. С выходов узлов попеременно поступают отпирающие импульсы на управляющие входы регулирующих разнополярных ключей. При условии, когда на канальном выходе достига-. ется напряжением „ в 0 „„, компаратор 9 переходит в низкий уровень, а это уже не позволяет полностью считать импульсы строба, и по1129593

10 этому во второй полупериод выдается уже импульс стабилйзации очень короткой длительности вплоть до длительности единичного опроса. Меняющееся по знаку широтно-модулированное напряжение поступает на трансформатор, а далее со вторичных обмоток - на высокочастотный выпрямитель с накопителями.

Таким образом, по сравнению с 10 известными в предлагаемом многока-: нальном стабилизированном источнике питания эффективность стабилизации при неизменной частоте стабилизатора не надает с увеличением числа ка- l5 налов. Динамичность стабилизации зависит от частоты стабилизации, которая конкретно задается, исходя из возможностей силовых элементов, регулирующих ключей, трансформаторов,20 высокочастотных выпрямителей. Быстродействие сравнивающих элементов и компаратора позволяет повышать частоту опроса .во много раз выше частоты стабилизации. Ошибка регулирующего воздействия из-за отставания на полупериод одинакова для всех каналов и не меняется при увеличении числа каналов, эта ошибка уменьшается с ростом частоты стабилизации. В блоке питания применяется широтно-импульсная модуляция дискретным методом, а это обеспечивает стабильность частоты на выходах трансформаторов каналов. Применение полностью цифровых элементов позволяет легко микроминиатюризировать, что ведет к упрощению схемы блока питания, уменьшению егс веса и стоимости.

1129593

1129593

1129593

1Риг Х

Составитель Е. Финогенов

Редактор М. Келемеш Техред С.Мигунова Корректор Е. Сирохман

Заказ 9452/38 . Тираж 841 Поднисное

ВНИИПИ Государственнога комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Рзушская наб., p. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4