Многоканальный стабилизированный источник вторичного электропитания

 

МНОГОКАНАЛЬНЫЙ СТАБШШЗИРОВАННЬЙ ИСТОЧНИК BTOPHMHOrq ЭЛЕКТРОПИТ ШИЯ , содержащий по крайней . мере две канальные ячейки, в каждой из которых регулирующий транзис гор базой соединен с выходом формирователя , трансформатор первым выводом первичной обмотки соединен с первой входной шиной, вторичная обмотка которого через выпрямитель.и фильтр соединена с выходными выводами для подключения нагрузки и первым входом компаратора, второй вход которого соединен с выводом для подклгрчения источника опорного сигнала и коммутатор с задающим г.енератором, отличающийся тем, что, с целью повьшения его КПД, надежности и расширения фзшкцнональных возмозкностей, в каждую из канальных ячеек введены конденсатор е двумя диодами, элемент И и узел синхронизации, а в коммутатор, введен коммутирующий транзистор, база которого через введенные последовательно соединенные Дополнительный формирователь с инвертором соединена с выходом задающего, генератора , а эмиттер - с первой входной шиной, в каждой из канальный ячеек выход компаратора соединен с первым входом элемента И, второй вход компаратора соединен с выходом для подключения узла включения - выключения выходного напряжения соответствунзщей канальной ячейки, выход , элемента И соединен с управляющим входом узла синхронизации, выход которого подключен к входу формирователя , коллектор регулирующего транзистора подключен к второй входной шине, а эмиттер через последовательно соединенные первый диод и конденсатор подключен к второму выводу первичной обмотки трансформато.г О) Од ра, кроме того в каждой из канальных ячеек второй диод соединен с о точкой соединения первого диода и 00 конденсатора и в прямом направлении О| подключен к коллектору коммутирующего транзистора коммутатора, а выход задающего генератора подключен к тактовым входам узлов синхронизации канальных ячеек.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (! 1) -4(5!) С 05 F 577

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВтаЕСИОМу свиДетЕЛ Вм

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3695697/24-07 (22) 19.01.84 (46) 07.07.85. Бюл, |(. 25 (72),В.И.Петухов, |0.С.Бараник и С.В.Шаблыгин (53) 621.316.727(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР, || 528556, кл. С 05 F 1/56, 1978.

2. Авторское свидетельство СССР

У .857951, кл. G 05 Г 1/56, 1981. (54) (57) МНОГОКАНА||ЬНЪЙ СТАБИЛИЗИРОВАННЪ|Й ИСТОЧНИК ВТОРИЧНОГС ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ, содержащий по крайней .мере две канальные ячейки, в каждой из которых регулирующий транзистор базой соединен с выходом формирователя, трансформатор первым выводом первичной обмотки соединен с первой входной шиной, вторичная обмотка которого через выпрямитель.и фильтр соединена с выходными выводами для

:подключения нагрузки и первым входом компаратсра, второй вход кото- рого соединен с выводом для подключения источника опорного сигнала и коммутатор с задающим генератором, отличающийся тем, что, . с целью повышения его КПД, надеж ности и расширения функциональных возможностей, в каждую из канальных ячеек введены конденсатор с двумя диодами, элемент И и узел синхронизации, а в коммутатор, введен коммутирующий транзистор, база которого через введенные последовательно соединенные дополнительный формирователь с инвертором соедиФ иена с выходом задающего генератора, а эмиФтер — с первой входной шиной, в каждой из канальных ячееквыход компаратора соединен с первым входом элемента И, второй вход компаратора соединен с выходом для подключения узла включения — выключения выходного напряжения соответствующей канальной ячейки, выход, Ь элемента И соединен с управляющим входом узла синхронизации, выход которого подключен к входу формирователя, коллектор регулирующего транзистора подключен к второй входной шине, а эмиттер через последовательно соединенные первый диод и конденсатор подключен к второму выводу первичной обмотки трансформато.ра, кроме того, в каждой из каналь ных ячеек второй диод соединен с точкой соединения первого диода и конденсатора и в прямом направлении 06 подключен к коллектору коммутирующе- ф го транзистора коммутатора, а выход задающего генератора подключен к тактовым входам узлов синхронизации канальных ячеек.

1166085

Изобретение относится к электротехнике преобразовательной техники и может быть использовано в источниках электропитания систем управления объектами контрольно-измерительного 5 оборудования, вычислительной техники и радиоэлектронной радиоаппаратуры.

Известен многоканальный стабилизатор напряжения, содержащий импульс. ный трансформатор с однотактным и двухтактным инвертором, построенный на транзисторах, выходные напряжения каналов в которых формируются на стороне вторичных обмоток импульсного трансформатора поспе выпрямления и

Фильтрации j1) .

Недостатками этого стабилизатора . являются значительные коммутационные . потери в коммутирующем транзисторе и низкая стабильность выходного напря- у0 жения эа счет взаимного влияния каналов при изменении тока нагрузки в каналах. Невозможность независимого включения и выключения каналов и дистанционного управления выходным 25 напряжением каждого канала независимо от других.

Наиболее .близкий.к изобретению по технической сущности является многоканальный стабилизатор постоянного З0 напряжения, содержащий регулируемый транзисторный преобразователь с блоком управления, соединенного с выходом модулятора длительности импульсов управления многообмоточный трансфорt

5 матор с несколькими вторичными обмотЧ ками, каждая иэ которых через выпря-. митель и фильтр соединена с выходом соответствующего канала, усилитель обратной связи с узлом сравнения, блоком коррекции, коммутатором, соединенным через цепь синхронизации с регулируемым преобразователем.

Каждый канал стабилизатора имеет со гласующий каскад и импульсный элемент, состоящий из. формирователя временных интервалов и управляемого ключа, включенного между основным . входом, коммутатора и выходом блока гальванической, развязки, В известном стабилизаторе коррекция выходного напряжения каналов осуществляется путем поочередного подключения цепей обратной связи к входу управлениястабилизатором.После 55 периода подстройкиканала стабилизатор отключается отуправления иавремя обслуживания остальныхканалов (2) Недостатками известного стабилизатора являются низкие КПД и -надежность, кроме того, переключение транзисторов происходит при полном коллекторном токе, что увеличивает динамические потери с повышением частоты коммутации.

Отсутствие возможности раздельного дистанционного управления выходным напряжением каналов и программного включения-выключения каналов в определенной последовательности, диктуемой характером питаемого от стабилизатора радиотехнического устройства, снижает функциональные возможности известного стабилизатоPB °

Цель изобретения — повышение

КПД, надежности и расширение функциональных возможностей.

Поставленная цель достигается тем, что в многоканальный стабилизированный источник вторичного электропитания, содержащий по крайней мере две канальные ячейки, в каждой из которых регулирующий транзистор базой соединен с выходом формирователя, трансформатор первым выводом первичной обмотки соединен с первой входной шиной, вторичная обмотка которого через выпрямитель и фильтр. соединена с выходными выводами для подключения нагрузки и первым входом компаратора, второй вход которого соединен с выводом для подключения источника опорного сигнала и коммутатор с задающим генератором, введены в каждую из канальных ячеек конденсатор с двумя диодами, элемент И и узел синхронизации, а в коммутатор введен коммутирующий транзистор, база которого через введенные последовательно соединенные дополнительный формирователь с инвертором соединена с выходом задающего генератора, а эмиттер — с первой входной шиной,. в каждой иэ канальных ячеек выход компаратора соединен с первым входом элемента И, второй вход компара-. тора соединен с выходом для подключения команды включение — выключение выходного напряжения соответствующей канальной ячейки, выход элемента И соединен с управляющим входом узла синхронизации, выход которого подключен к входу формирователя, коллектор регулирующего транзистора подключен к второй входной шине, а эмиттер .

1166085 4 через последовательно соединенные первый диод и конденсатор подключен к второму выводу первичной обмотки трансформатора, кроме того, в каждой иэ канальных ячеек второй диод со-, единен с точкой соединения первого диода и конденсатора и в прямом направлении подключен к коллектору коммутирующего транзистора коммутатора, а выход задающего генератора под-.10 ключен к тактовьпк входам узлов синхронизации канальных ячеек.

На фиг.1 приведена схема предлага емого устройства; на фиг.2 — диаграммы напряжений и токов. 15

Устройство содержит коммутатор канальные ячейки 2-4, коьиутатор состоит из (для 3-х канального источника питания) задающего генератора 5 °

° инвертора 6, формирователя 7; коммутирующего транзистора 8, а каждая канальная ячейка содержит регулирую -щий транзистор 9, узел 10 синхронизации, формирователь 11 временных интервалов, первый диод 12, конден25 сатор 13, трансформатор 14, .выпрямитель 15, второй диод 16, фильтр 17, компаратор 18, элемент И 19. Причем . выход задающего генератора 5 соединен с тактовым входом узла 1О синхрониза-ЗО ции каждой канальной ячейки 2-4 и через инвертор 6 и формирователь 7-. с базой коммутирующего транзистора 8.

Эмиттер коммутирующего транзистора 8 соединен с первой входной шиной питания и первым выводом первичной обмотки трансформатора 14 каждой канальной ячейки 2-4. Коллектор коммутирующего транзистора 8 в каждой из канальных ячеек соединен через вто- 40 рой диод 16 и конденсатор 13 с вто.рым выводом первичной обмотки трансформатора.

В каждой иэ канальных ячеек вторичная обмотка трансформагора 14 - 45 соединена через выпрямитель 15 и фильтр t7 с выходными выводами для присоединения нагрузки и первым входом компаратора 18, второй вход кото- рого соединен с выходом для подклю- 50 чения источника опорного сигнала. Выход компаратора 18 соединен с первым входом элемента И 19, второй вход которого соединен с выводом для под-. ключения команды включения — выклю- 55 чения выходного напряжения соответ ствующего канала. Выход элемента И 19. соединен с управляющим входом узла

10 синхронизации, выход которого через формирователь t1 соединен с базой регулирующего транзистора 9.

Коллектор регулирующего транзистора

9 каждой канальной ячейки 2-4 соединен с второй входной шиной питания, а эмиттер через первый диод 19 в пря. мом направлении соединен с точкой соединения второго диода tá и конденсатора 13.

Устройство работает следующим образом.

Прн подаче питающего напряжения на входные шины питания начинает работать задающий генератор 5, вырабатывающий непрерывную последовательность импульсов (фиг.2a).

Инвертор б служит для получения о импульсов, сдвинутых на 180 (фиг.20) . относительно импульсов задающего генератора 5, что пОзволяет в прдтивофазе включать коммутирующий и регУ-, лирующий транзисторы 8 и 9. Импульсы с инвертора 6 формируются формирователем 7, на выходе которого получается токовый сигнал (фнг.2 В), переводящий коммутирующий транзистор 8 в режим насыщения.

Импульсы с выхода задающего генератора 5 поступают также на тактовый вход узла 10 синхронизации каждого канала. Если на управляющем входе узла 10 синхронизации присутствует разрешающий сигнал (например "1"}, то импульсы задающего генератора 5 проходят через узлы 10 синхронизации и формирователь 11 в базу коммутирующего транзистора 9, переводя его в режим насьпцения, на время половины периода работы задающего генератора 5.

При отпирании транзистора 9 протекает ток по цепи: коллектор-эмиттер 9, первый диод 12 конденсатор

13, первичная обмотка трансформатора 14.

Перечисленная цепь представляет собой последовательный колебательный контур, образованный конденсато- ром 13 и индуктивностью рассеяния первичной и вторичной обмоток трансформатора 14 и индуктивностью дросселя фильтра 17. Ток, протекающий в контуре, за время приблизительно равное половине периода коммутации, имеет форму, близкую к синусоигчльной (на фнг.2e).

Таким образом, коллекторный ток регулирующего транзистора 2 прекра1166085 тится спустя время, меньшее половины периода коммутации при полностью открытом транзисторе 9, Задающий генератор 5 настроен на частоту, равную или чуть ниже резо-, . нансной частоты контура и выключение коммутирующего транзистора 9 произойдет при нулевом коллекторном токе.

Коммутационные потери при равенстве нулю тока коллектора отсутствуют не- 10 зависимо от значения резонансной частоты контура, После окончания полупериода, в течение которого протекает ток через транзистор 9, включается коммутирую- 15 щий транзистор 8 и находится в открытом состоянии вторую половину периода. В этот полупериод конденсатор

13 разряжается по цепи: второй диод

16 в прямом направлении, коллектор- gp эйиттер коммутирующего транзистора 8, первичная обмотка трансформатора

14 (фиг.22) .

Запирание коммутирующего транзистора 8 производится отключением оа» 25 зового тока формирователем 7.

Соотношение длительностей тока заряда и времени протекания базового тока выбирается примерно равным единице. При этом коммутационные по- 5б тери коммутирующего транзистора 8, как и в случае заряда,,равны нулю.

В итоге потери в регулирующем и коммутирующем транзисторах 9 и 8 определяются только потерями в режи- З ме насыщения.

Напряжение на вторичной обмотке трансформатора 14 выпрямляется выпрямителем 15 и после фильтрации фильтром 17 подается на Выходные 40 выводы (фиг,2 U k ) для присоединения нагрузки.

На фиг,2 0, к показаны изменения выходного напряжения на выходе .фильтра 17 относительно среднего уровня напряжения.

На первый "вход компаратора 18 подается напряжение с выхода фильтра.

17, а на второй вход - внешний сигнал управления уровнем выходного напряже50 ния канала от источника опорного сигнала.

В компараторе 18 происходит сравнение двух входных напряжений и на выходе появляется сигнал "1" в слу- 55 чае, если на первом входе напряжение меньше, чем на втором. Если это условие не соблюдается, то на выходе компаратора присутствует сигнал "0", На второй вход 25 элемента И,19 подается внешний сигнал управления включением — выключением выходного напря-жения канала. В случае подачи на этот вход сигнала "1", т.е. разрешения включения канала и присутствие на первом входе элемента И 19 сигнала

"1" на выходе появляется сигнал "1", который по входу управления узла 10. синхронизации разрешает прохождение тактовых импульсов на вход формирователя 11. Как описано выше, произойдет заряд конденсатора 13 и, следовательно, ее автоматический. разряд во второй полупериод после включения коммутирующего транзистора 8 °

Последовательность зарядов и разрядов конденсатора 13 продолжается до того момента, когда напряжение на выходных выводах для присоединения. нагрузки не превысит уровень сигнала на втором входе управления компаратора 18 ° В этом случае на выходе компаратора 18 и элемента И 19 появляется сигнал "0" и.узел 10 синхронизации прекращает пропускать тактовые импульсы на вход формирователя 11.

В итоге прекращается подача энергии в первичную обмотку трансформатора

14.

Если конденсатор фильтра 17 разрядится на нагрузку до значения, со.—. ответствующего переключению выхода компаратора 18 (фиг. 2 g, u), то изменение сигнала на выходе элемента И

19 вызывает в итоге прохождение тока заряда через регулирующий транзистор

9. В результате напряжение на выходных выводах начнет возрастать, ком- пенсируя разряд конденсатора фильтра 17 на нагрузку.

Таким образом, при каждом снижении напряжения на выходных выводах для присоединения нагрузки ниже уровня напряжения на входе управления уровнем выходного напряжения приводит к подзаряду выходного конденсатора фильтра 17, осуществляется стабилизация выходного напряжения.

Работа остальных каналов полностью идентична.

Коммутирующий транзистор 8 через вторые диоды 16 разряжает одновременно конденсаторы 13 каждой канальной ячейки 2-4, Суммарный разрядный ток имеет также синусоидальную форму, как и ток каждого канала

7. 1166085 8 (фиг.2, в третьем такте), где выключение каналов питания по опрепредставлена сумма токов первой и деленной программе. второй канальных ячеек 2 и 3. Наличие входа включения — выключения выходного напряжения 25 расшиВ случае выбора режима, при кото-. S ряет область применения источника ром напряжение на конденсаторе 15 питания и повышает надежность рабоне превосходит напряжения питающей ты за счет облегчения режима пуска сети, установка в схеме канала пер- самого источника питания, так как вого диода 12 не обязательна. Вто- при последовательном включении канарой диод 16 необходим для развязки 10 лов пусковые токи через коммутируюцепей заряда отдельных канальных яче- щий транзистор8 снижаются,апереключеек 2 и 3. Вход управления включением- нне транзисторовпри нулевомтоке коллеквыключением выходного напряжения 25 . тором снижаетдинамические потери,повыпозволяет осуществлять включение - шая ЩЛ предлагаемого устройства .

2166085

1 !б6085