Многозвенный импульсный стабилизатор

 

МНОГОЗВЕННЫЙ ИМПУЛЬСНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР, содержащий N силовых ячеек, входом подключенных к входному выводу, а вьпсодом - к общему сглаживающему фильтру и выходному выводу, усилитель обратной связи, входами соединенный с выходным выводом и источником опорного напряжения, задающий генератор, каждая силовая ячейка состоит из включенных последова тельно между входом и выходом силового ключа и первого диода, общая точка которых через дроссель соединена с общим вьшодом, широтно-импульсного модулятора, управляющий вход которого соединен с выходом усилителя обратной связи, выход - с управляющим входом силового ключа, отличающийся тем, что, с целью упрощения стабилизатора, повышения надежности его и расширения функциональных возможностей, он снабжен об1цим конденсатором и общим резистором , в каждую силовую ячейку введены компаратор, выход которого соединен с синхронизирующим входом широтно-импульсного модулятора, дифференцирующая цепь, соединенная одним выводом с выходом компаратора, ключ, управляющий вход которого соединен с другим выводом дифференцирующей цепи, а выход - с первым входом компаратора, второй диод, соединенный с точкой соединения силового ключа и дросселя, первый резистор , соединенный одним концом с вторым диодом, ограничитель напряжения, соединенный с другим выводом перво (Л го резистора, третий диод, подключенный к точке соединения первого резистора и ограничителя напряжения, конденсатор и второй резистор, подключенные к третьему диоду и второму входу компаратора, четвертый диод, включенный между третьим диодом , вторым входом компаратора и ел ел входом ключа, причем все первые входы компараторов всех силовых ячеек объединены и подключены к общему оо со конденсатору и через общий резистор к выходу задающего генератора.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

4(531 С 05 Р 1/56

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3692536/24-07 (22) 16.01.84 (46) 23,05.85. Бюл. У 19 (72) М.Н.Аравии (53) 621.316.722.1(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Ф 868726, кл. G 05 F 1/56, 1981.

2, Авторское свидетельство СССР

N - 935914, кл. С 05 F 1/56, 1982. (54)(57) МНОГОЗВЕННЫЙ ИМПУЛЬСНЪ|Й

СТАБИЛИЗАТОР, содержащий М силовых ячеек, входом подключенных к входному выводу, а выходом — к общему сглаживающему фильтру н выходному выводу, усилитель обратной связи, входами соединенный с выходным выводом и источником опорного напряжения, задающий генератор, каждая силовая ячейка состоит иэ включенных последовательно между входом и выходом силоsoro ключа и первого диода, общая точка которых через дроссель соединена с общим выводом, широтно-импульсного модулятора, управляющий вход которого соединен с выходом усилителя обратной связи, выход — с управляющим входом силового ключа, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью упрощения стабилизатора, повышения надежности его и расширения

„„SU„„1157533 А функциональных воэможностей, он снабжен общим конденсатором и общим резистором, в каждую силовую ячейку введены компаратор, выход которого соединен с синхронизирующим входом широтно-импульсного модулятора, дифференцирующая цепь, соединенная одним выводом с выходом компаратора, ключ, управляющий вход которого соединен с другим выводом дифференцирующей цепи, а выход — с первым входом компаратора, второй диод, соединенный с точкой соединения силового ключа и дросселя, первый резистор, соединенный одним концом с вторым диодом, ограничитель напряжения, соединенный с другим выводом первого резистора, третий диод, подключенный к точке соединения первого резистора и ограничителя напряжения, конденсатор и второй резистор, подключенные к третьему диоду и второ-. му входу компаратора, четвертый диод, включенный между третьим диодом, вторым входом компаратора и входом ключа, причем все первые входы компараторов всех силовых ячеек объединены и подключены к общему конденсатору и через общий резистор к выходу задающего генератора.

3 115

Изобретение относится к электротехнике и-может быть применено при создании стабилизированных источников напряжения постоянного тока.

Известен многофазный импульсный стабилизатор, содержащий У силовых ячеек, подключенных к общему источнику питания и включающих в себя силовой ключ, драссель, диод, соединенный с общим для всех силовых яче- 10 ек сглаживающим фильтром и нагрузкой, усилитель обратной связи и источник опорнога напряжения, широтна-импульсные модуляторы по числу силовых ячеек, выходы которых со- <5 единены с.управляющими входами силовых ключей задающий генератор Pl ).

Однако этот стабилизатор не обеспечивает одинакового временного сдвига между всеми силовыми ячейками, рб поскольку величина этого сдвига непостоянна и зависит как от параметров цепей широтно-импульсных модуляторов, так и от режима работы стаби лизатора. Следствием этого является у5 неполное устранение низкочастотных составляющих из спектра выходного тока, которое имеет места при полной симметрии фаэ работы силовых ячеек, что требует лучшей фильтрации выход- 3О ного напряжения и увеличения габаритов фильтров. Кроме того, стаби" лизатар имеет низкую надежность, поскольку при отказе одной иэ силовых ячеек останавливается и следую35 щая за ней.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является многозвенный импульсный стабилизатор, содержащий Н силовых ячеек„ входом 40 подключенных к входному выводу, а

4 — ° выходом — к общему сглаживающему фильтру и выходному выводу, усилитель обратной связи, входами соединенный с выходным выводам и источни" 45 кам опорного напряжения, задающий генератор, каждая силовая ячейка состоит из включенных послецогательно между входом и выходом силового ключа и первого диода„ общая точка 50

1 которых через дроссель соединена с общим выводом, широтно-импульсный модулятор, управляющий вход которого соединен с выходом усилителя обратной связи, а выход — с управляющим 55 входом силового ключа.

Такой стабилизатор обеспечивает ,равномерное распределение работы

7533 силовых .ячеек по времени, что обеспечивает минимальные пульсации выходного тока, а также сохраняет работоспособность при отказах отдельных силовых ячеек j2).

Однако известный стабилизатор имеет очень сложную систему управления, подавляющее большинство отказов элемен" тов которой не обнаруживаются и не парируются, что приводит либо к отказу всего стабилизатора, либо к появлению на выходе низкочастотных составляющих с частотой работы одной силовой ячейки. Кроме того, известный стабилизатор обладает ограниченными функциональнымк возможностями в части наращквания числа силовых ячеек, которому препятствует сложность, структурная неоднородность и большое число связей между частями распределителя, относящимися к разным силовым ячейкам. Таким образом, недостатками известного стабилизатора являются сложность, низкая надежность и ограниченные функцианальные Баэможностиа

Целью изобретения является упрощение, повышение надежности и расширение функциональных возможностей стабилизатора за счет простоты наращивания числа силовых ячеек, повьппения надежности вследствие уменьшения количества возможных отказов элементов, вызывающих полный отказ стабилизатора или повышение пульсаций.

Поставленная цель достигается тем, чта многозвенный импульсный стабилизатор, содержащий N силовых ячеек, входом подключенных к входному выводу, а выходом — к общему сглаживающему фильтру и выходному выводу, усилитель обратной связи„ входами соединенный с выходным выводом и источником опорного напряжения, задающий генератор, каждая силовая ячейка состоит из включенных последовательно между входом и выходом силового ключа и первого диода, общая точка которых через дроссель соединена с общим выводом широтно-импульсного модулятора, управляющий вход которого соединен с выходом усилителя обратной связи, выход - с управляющим входом силового ключа, снабжен общим конденсатором и общим резистором, в каждую силовую ячейку введены компара тор, выхсд которого соединен с сикхрониэнрующим входом широтно-импульсного модулятора, дифференцирующая

1157533 4 цепь, соединенная одним выводом с выходом компаратора, ключ, управляющий вход которого соединен с другим выводом дифференцирующей цепи, а выход — с первым входом компаратора 5 второй диод, соединенный с точкой соединения силового ключа и дросселя, перв»й резистор, соединенный одним концом с вторым диодом, ограничитель напряжения, соединенный с другим выводом первого резистора, третий диод, подключенный к точке соеаинения первого резистора и ограничителя напряжения, конденсатор и второй резистор, подключенные к третьему !5 диоду и второму входу компаратора, четвертый диод, включенный между третьим диодом, вторым входом компаратора и входом ключа, причем все первые входы компараторов всех си- 2р ловых ячеек объединены и подключены к общему конденсатору и через общий резистор к выходу задающего генератора, На чертеже приведена структурная 25 схема многозвенного импульсного стабилизатора.

Предложенный стабилизатор содержит N силовых ячеек 1, подключенных к входному выводу и включающих в себя силовой ключ 2, дроссель 3, первый диод 4, соединенный с силовым ключом 2 и дросселем 3, а также с общим для всех силовых ячеек 1 сглаживающим фильтром 5 и выходным 35 выводом 6, усилитель 7 обратной связи, входами соединенный с сглаживаю.— щим фильтром 5 и выходным выводом, а также с источником 8 опорного напряжения, широтно-импульсный моду- 40 лятор 9, управляющий вход которого подключен к выходу усилителя 7 обратной связи, а выход — к управляющему входу силового . ключа 2, задающий генератор 10, общий для всех 45 силовых ячеек 1. Кроме того, каждая силовая ячейка 1 содержит компаратор ll выход которого соединен с синхронизирующим входом широтно-импульсного модулятора, дифференцирую- 5О щую цепь 12, соединенную одним выводом с выходом компаратора ll, ключ 13, управляющий вход которого соединен с другим выводом дифференцирующей цепи 12, а выход — с первым входом компаратора, второй диод 14, соединенный с точкой соединения силового ключа 2 и дросселя 3, первый резистор 15, соединенный одним выводом с вторым диодом 14, ограничитель 16 напряжения, соединенный с другим вывс. дом первого резистора 15, третий диод !7,,подключенный к точке соединения первого резистора 15 и ограничителя 16 напряжения, конденсатор 18 и второй резистор 19, подключенные к третьему диоду 17 и второму входу компаратора 11, четвертый диод 20, включенный между третьим диодом 17, конденсатором 18, вторым резистором 19, вторым входом компаратора ll и входом ключа 13, причем все первые входы компараторов 11 всех силовых ячеек 1 объединены и подключены к общему конденсатору 21

1 и через общий резистр 22 к выходу задающего генератора 10.

Многоэвенный импульсный стабилизатор работает следующим образом.

При подаче напряжения питания начинает работать задающий генератор 10, и поскольку конденсаторы 18 всех силовых ячеек 1 разряжены, обрабатывают одновременно все силовые ячейки 1, На выход устройства начинает поступать энергия, конденсаторы 18 заряжаются до напряжения ограничения ограничителя 16 напряжения через второй и третий диоды 14 и 17, резистор 15 и включенный силовый ключ 2 от источника питания.

Напряжение. ограничения питания выбирается таким, чтобы было несколько больше максимальной амплитуды импульсов синхронизации на общем конденсаторе 21» что исключит возможность повторного срабатывания компараторов 11 и ложного: запуска широтно-импульсных модуляторов, по окончании первого импульса с выхода которых силовые

:;ключи 2 закрываются и начинается разряд конденсаторов 18 на резистор 19.

Напряжение на вторых входах компараторов 11 уменьшается, увеличивая чувствительность компараторов. По приходе очередного импульса с выхода задающего генератора 10, который, проходя через интегрирующую цепь иэ общего резистора 22 и общего конденсатора 21, приобретает пологий передний фронт, Первым срабатывает компаратор той силовой ячейки, напряжение на конденсаторе 18 которой имеет минимальную величину. Сработавший компаратор 11 запускает соответствующий широтно-импульсный модулятор, 1157533 который в свою очередь открывает си- ловой ключ 2,. При этом одновременно фронт выходного сигнала компаратора ll, проходя через дифференцирующую цепь, превращается в короткий 5 импульс, на некоторое время открывающий ключ 13, который гасит синхроимпульс. Остальные силовые ячейки не срабатывают, так как имеют большое напряжение на конденсаторе 18, и по- 10 скольку импульс гасится, то он ие достигает уровня их срабатывания.

В сработавшей силовой ячейке кон денсатор 18 вновь заряжается до напряжения ограничения, в то время 15 .как на остальных оно остается прежним, поэтому в следующий такт срабатывает следующая ячейка, имеющая шинимальное напряжение на конденсаторе 18. Таким образом, все ячейки 20 работают по одиночке, строго поочередно. Энергия, передаваемая через силовые ключи 2, дросселя 3 и диоды 4 в виде импульсов тока, которые сглаживаются фильтром 5, посту- 25 пает на выходные выводы 6, при этом напряжение на нагрузке измеряется усилителем 7 обратной связи, путем сравнения с опорным напряжением источника 8, выходной сигнал его управляет режимом работы широтно-импульсного модулятора 9, поддерживая выходное напряжение постоянным.

При отказе одной иэ силовых ячеек напряжение на дросселе пропадает, что приводит к полному разряду кон» деисатора 18 этой ячейки, и диод 20 получает возможность, шунтируя вход ключа 13, препятствовать его открытию и гашению им синхроимпульса. Поэтому синхроимпульс получает возможность расти дальше до того момента, когда он сравняется с напряжением в конденсаторе 18, минимальном иэ оставшихся исправных силовых ячеек. Эта ячейка срабатывает, заменив отказавшую, далее процесс продолжается аналогично описанному, Технико-экономическая эффективность многозвенного импульсного стабилизатора заключается s том, что он значительно проще, что позволяет выиграть в габаритах и соответственно в стоимости стабилиэатора. Одновременно возрастает надежность, причем не только от уменьшения числа элементов, но и от устранения связей, в разрыв которых включаются силовые ячейки и обрыв которых ведет к полному отказу. Надежность устройства выше еще и потому, что оно обладает яебольшнм числом элементов, отказ которых ведет к полному отказу устройства. Кроме того, устройство об.— ладает также и расширенными функциональными возможностями за счет того, что все ячейки совершенно идентичны друг другу и допускают очень простое обьединение в многозвенный импульсный стабилизатор с любым числом ячеек, возможность такого изменения числа ячеек и является новой функцией.

Весьма существенно также и то, что подключать и отключать новые ячейки можно даже в процессе работы, это особенно ценно для тех устройств, которые должны длительное время работать без перерыва и обслуживание которых должно производиться без выключения.

1!57533! 1

I!

Редактор Н.Лазаренко

Заказ 3371/47

Составитель А. Колоколкин

Техред Ж.Кастелевич Корректор О.Билак

Тираж 863 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

ll3035, Иосква Ж-35 Раушская наб. 4/5

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