Многофазный импульсный стабилизатор постоянного напряжения

 

Изобретение относится к вторичным источникам питания и может быть использовано в системах питания аппярлтуры , требующ(М1 стабилизированного постоянного напряжения с малым )оп.чем амплитуды пульсаций. Цель изоГфетения - повьш1ение надежности п) ныходе ИИ строя одной, двух или н тксльких к.пючепых преобразовательных ячеек и малом уровне амплитудных пульсаций . С этой целью в устройство пш дея, логически) элемент НЕ 33, формирс ватель импульсов 43, генератор 45 и фазовый детектор 42. Пред- :ui i- HiKie техническое решение обеспечивает постоянную частоту переключении ключевь х перек.1 ючающих ячеек, НС чанисящую от числа исправных пе- pt к, 1ючак1щих ячеек. Это обеспечивает 1иггимлти,нь:е режимы работы элементов. При ;1тказе неисправная ячейка отклю- ЧЛ1 п я, л взамен подключается следуюшля по счету ячейка. Период работы к.пк1чер1ых транзисторов 2 при отказе ячеики не изменяется и равен периоду следования импульсов генератора синхронизирующих импульсов 41. 2 ил. (Л со 4 СХ) 00

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (29) (21) 01 А1 (51) 4 G 05 F 1/569

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ;

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3969237/24-07 (22) 28.10.85 (46) 30.10.87 ° Бюл. )2 40 (71).Харьковский государственный университет им. А.M. Горького и Харьковский политехнический институт им. В.И. Ленина (72) Н.Д. Терещенко, E.Â. Бочарова, А.З. Венсер и С.Н. Лобойко .(53) 612.316 ° 722.1(088.8) (56) Элементарная техника в автоматике./Под ред. Ю.И. Конева, A,È. 20рченка и др. Многофазный импульсный стабилизатор постоянного напряжения.

М.: Советское радио, 1978, вып. 10, с. 107-113, Авторское свидетельство СССР

22 824161, кл. G 05 F 1/569, 1981. (54) МНОГОФАЗНЫЙ ИМПУЛЬСНЫ11 СТАБ1НИЗАТОР ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к вторичным источникам питания и может быть использовано в системах питания ап()ературы, тре()ующ) 11 стабилизированног ) 11) стоянног« напряжения с малым у));)))11«м амплитуд)1 пу:)ьсаций, Цель

;.зебр).т«1;ия — повышение надежности

1)ри ьых«цс иэ строя с)дной, двух или .:. «l ..)ьк):х к.Ilk)i÷«яых преобразовательных ячеек и мал«м уровне амплитудных пу.)ьсаций. С этой целью в устройство

1)н) лены логический элемент НЕ 33

t ф рмир гятель импу:1ьсов 43, генерат) р 45 и фазовый детектор 42 ° Предж .111«е T«хн;1чеек«е решение обеспеч1111;11. т и )с тоя1111ую) частоту переключе1l1lkl ключ1 вь)х переключающих ячеек

У ц. э))н11г ящик))) «т числа исправных пеь. 11))kill щ)1х я 1«ек. Это обеспечивает

1)11тllм;1 )ьнь.1 p«+11мы работы элементов, IIp1l k тка )е неис пра1 ная ячейка отклю1п г я, а н «пмен п«дключается следуk)klk)kk Ilt) счету я:1«йка. Период работы

k, kkkk) ц 1и)х трап зи торов 2 при отказе яч kkêk. н« изменяется и равен периоду

;.kk. л«в,)ния им;)у.)ье«г) генератора синхр )н))пирующих импу:1ьсон 41, 2 ил, 48801 2

1 13

Изобретение относится к электротехнике, к устройствам стабилизации постоянного напряжения, и может быть использовано в системах питания аппаратуры, требующей стабилизирован- . ного постоянного напряжения с малым уровнем амплитуды пульсаций.

Целью изобретения явояется повышение надежности при работе с одной или несколькими отказавшими преобразовательными ячейками при малом уровне пульсаций.

На фиг. 1 представлена электрическая схема многофазного импульсного стабилизатора постоянного напряжения для четырех силовых преобразовательных ячеек (ПЯ); на фиг. 2 временные диаграммы напряжений и токов °

Стабилизатор состоит иэ силовой части и блока управления ° Силовая часть стабилизатора выполнена в виде параллельно соединенных ключевых преобразовательных ячеек (ПЯ). Каждая

ПЯ состоит (на примере первой), из блока 1 ключевых транзисторов (2, 3, 4 — для второй, третьей, четвертой ячеек соответственно), линейного дросселя 5 (6, 7, 8), блока 9 (1О, 11, 12) обратных диодов, предусилителя 13 (14, 15, 16), источника 17 (18, 19, 20) вспомогательных напряжений, согласующего трансформатора

21 (22, 23, 24), датчика 25 (26, 27, 28) наличия напряжения на обмотке линейного дросселя 5 (6, 7, 8), содержащего (на фиг. 1 раскрыты датчики первой — 25 и второй — 26 ячеек) двухполупериодный выпрямитель 29 (30 — для датчика второй ячейки), стабилизатор 31 напряжения (или 32), элемент НЕ 33 (или 34), элемент

И 35 (36) линию 37 задержки (или 38), формирователь 39 коротких импульсов (или 40).

Блок управления состоит из генератора 41 синхронизирующих импульсов, фазового детектора 42, формирователя 43 импульсов, элемента НЕ 44, генератора 45, управляемого напряжением, регистра-распределителя 46, измерительного блока 47, блоков 4851 широтно-импульсных модуляторов (для первой и последующих ячеек соответственно) и элемента ИЛИ 52.

Силовая часть ключевой преобразовательной ячейки представляет собой однотактный импульсный понижающий

55 стабилизатор постоянного напряжения компенсационного типа. К обмотке линейного дросселя каждой ячейки, например первой, подключен непосредственно или через согласующий трансформатор 21 выпрямитель 29 со стабилизатором 31 (первый вход датчика

25). Выход стабилизатора 31 напряжения через элемент HE 33 соединен с одним иэ входов — элемента И 35, второй вход которого через линию

37 задержки (второй вход датчика 25) соединен с первым выходом регистрараспределителя 43. Выход элемента

И 35 через формирователь 39 коротких импульсов (выход датчика 25) соединен с одним из входов элемента

ИЛИ 52 блока управления. Генератор

41 синхронизирующих импульсов соединен с первым входом фазового детектора 42, выход которого подключен к управляющему входу генератора 45, управляемого напряжением. Выход генератора 45, управляемого напряжением, подсоединен к одному из входов элемента ИЛИ 52, выход которого подключен к синхронизирующему входу регистра-распределителя 46. Выход регистрараспределителя 46 соединен с входом элемента HE 44, другой выход которого подключен к выходу генератора 45, управляемого напряжением, Выход элемента не 44 соединен с информационным входом регистра-распределителя

46 и входом формирователя 43 импульсов, выход которого соединен с вторым входом фазового детектора 42.

Работа устройства рассматривается при следующих режимах: запуске, работе стабилизатора с исправными ячейками, работе стабилизатора при отказе одной или нескольких ячеек.

При запуске устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии ключевые транзисторы блоков 1-4 закрыты, ток через линейные дроссели 5-8 не протекает, напряжение на их обмотках отсутствует, напряжение на выходе датчиков 25-28 (напряжение на входе элемента ИЛИ 52) равно напряжению логического нуля. Действительно, например для датчика 25, входное напряжение элемента НЕ 33 равно нулю. С выхода элемента HE 33 на вход элемента И поступает напряжение с уровнем логической единицы. Так как на втором входе элемента И 35 напряжение

1348801

?О

?5

55 равно уровню логического нуля, то напряжение на выходе элемента И 35, а значит, и на соответствующем входе схемы ИЛИ 52 также равно напряжению логического нуля.

При подаче напряжения на генератор 45, управляемый напряжением, последний начинает генерировать импульсы напряжения прямоугольной формы, которые поступают через логический элемент ИЛИ на синхронизирующий вход регистра-распределителя 46.

Генератор 41 синхронизирующих импульсов формирует последовательность импульсов, частота следования которых оптимальна для силовых элементов преобразовательной ячейки. Предположим, что в исходном состоянии все триггеры регистра-распределителя

46 находятся в нулевом состоянии.

Следовательно, на информационный вход регистра-распределителя 46 с выхода элемента НЕ 44 поступает напряжение логической единицы, которая записываться в каждый последующий триггер регистра-распределителя 46 после каждого импульса на входе синхронизации. Так продолжается до тех пор, пока не изменит своего состояния последний триггер регистра-распределителя 46 (для схемы на фиг. !в после четвертого импульса) ° В этом случае на входе элемента НЕ 44 появляется уровень напряжения логической единицы, а на информационном входе регистра-распределителя — уровень логического нуля. В дальнейшем процесс переключения триггеров регистрараспределителя 46 аналогичен рассмотренному.

С выхода элемента НЕ 44 на вход формирователя 43 импульсов поступает напряжение с частотой fqg, определяемой количеством триггеров регистрараспределителя 46 и частотой генератора 45, управляемого напряжением: а н : =

Этот процесс продолжается до установления частоты flag,ö .п=1 с точностью до фазы (здесь fy — частота следования импульсов на выходе генератора 41 синхронизируюших импульсов).

Импульс напряжения с первого выхода регистра-распределителя 45 одновременно поступает на широтно-импульсный модулятор 48 первой ячейки и на второй датчик 25 наличия напряжс ния. Ключевые транзисторы блока 1 открываются, на обмотке линейного дросселя 5 и на нагрузке появляется напряжение. Напряжение, снимаемое с обмотки дросселя 5, выпрямляется выпрямителем 29, стабилизируется стабилизатором 31 и с уровнем логической единицы поступает на вход элемента НЕ 33. С выхода элемента HE 33 на вход элемента И 35 поступает напряжение с уровнем логического нуля, Так как линия 37 задержки сдвигает во времени момент появления импульса регистра, поступающего на элемент

И 35 с второго входа датчика 25, то напряжение с уровнем логической единицы поступает на второй вход элемента И 35 уже после того, как на первом входе элемента И 35 появится напряжение логического нуля. Линия

37 задержки, таким образом, обеспечивает на выходе элемента И 35 напряжение логического нуля в течение времени переходного процесса при первом включении ключевых транзисторов, препятствуя ложному срабатыванию схемы.

С задержкой на один период частоты генератора, управляемого напряжением, открываются ключевые транзисторы блока 2 второй преобразовательной ячейки, затем с таким же временным сдвигом по отношению один к другому — транзисто ры третьей и четвертой преобразовательных ячеек.

1348801

45

Запирание ключевых транзисторов блоков осуществляется широтно-импульсными модуляторами 48-51. Этот процесс вызывает изменение полярности напря5 жения на обмотке линейного дросселя, однако изменения сигнала на выходе датчиков 25-28 наличия напряжения не происходит (из-за двухполупериодного выпрямления), и при условии непрерывности токов линейного дросселя на выходе соответствующего датчика наличия напряжения в течение всего времени исправной работы ячейки обеспечивается напряжение с уровнем логи- 15 ческого нуля.

Временные диаграммы напряжений и токов при исправных ячейках и установившемся режиме работы представлены на фиг. 2, 20

Отказ ячейки, например при коротком замыкании на выходе ПЯ, вызывает срабатывание средств защиты (плавких предохранителей и т.д ° ) и отключение поврежденной ячейки ° При отказе типа обрыв преобразовательная ячейка также отключается.

При отказе одной или нескольких преобразовательных ячеек устройство работает следующим образом.

Предположим, что произошел отказ второй ячейки ° Тогда на обмотке линейного дросселя 6 напряжение отсутствует, Напряжение на выходе элемента НЕ 34 равно напряжению логи35 ческой единицы в течение всего времени работы устройства с отказавшей ячейкой. Импульс напряжения с выхода регистра-распределителя 46 поступает на вход широтно-импульсного модулятора 49 и через линию задержки — на вход элемента И 36. На выходе элемента И 36 появляется напряжение с уровнем логической единицы, существующее в течение всего времени импульса регистра-распределителя

46. Напряжение с выхода элемента

И 35 поступает на вход формирователя

40 коротких импульсов. Импульс с выхода формирователя 40 поступает через элемент ИЛИ 52 на синхронизирую50 щий вход регистра-распределителя 46 °

Внеочередной синхрониэирующий импульс изменяет состояние регистра-распределителя 46, и на выходе третьего триггера регистра появляется импульс напряжения, который открывает ключевые транзисторы блока 3 третьей ячейки.

Таким образом, вместо отказавшей второй ячейки подключается третья, следующая по счету ячейка. Время задержки подключения третьей ячейки определяется параметрами линии 38 задержки, элементов И 36, ИЛИ 49 и формирователя 40 импульсов. Следующий, очередной импульс генератора, управляемого напряжением, переводит регистр в новое состояние. Появляется импульс напряжения на широтно-импульсном модуляторе 28 четвертой ячейки, а затем — первой. В дальнейшем процесс повторяется. При равенстве частот следования импульсов генератора 41 синхронизирующих импульсов последнего триггера регистрараспределителя 46 с точностью до фазы в момент, предшествующий отказу, . после появления отказа импульс на выходе последнего разряда регистрараспределителя 46, а значит, а на входе фазового детектора 42 появится с опережением и в дальнейшем частота следования импульсов на втором входе фазового детектора 42 будет вьппе частоты генератора 41 синхронизирующих импульсов. Следовательно, на выходе фазового детектора 42 напряжение будет меняться так, чтобы частота следования импульсов на выходе генератора, управляемого напряжением, удовлетворяла соотношению fq,y,ч

:(п-1), а частота логических перепадов на выходе последнего триггера регистра-распределителя 46 с точностью до фазы равнялась частота генератора синхрониэирующих импульсов.

Таким образом, период работы ключевых транзисторов при отказе одной ячейки не изменяется и равен Тц где Т4 — период следования импульсов генератора 41 синхронизирующих импульсов.

Использование предлагаемого устройства позволит по сравнению с прототипом повысить надежность за счет оптимальных режимов ЭРЭ при постоянной частоте переключения ключевых переключающих ячеек.

Ф о р M у л а и 3 о б р е т е н и я

Многофазный импульсный стабилиэатор постоянного напряжения, содержащий силовую часть, выполненную в виде параллельно соединенных ключевых

1 8488() 1 юйпыывалпыиллл

ВНИИПИ Заказ 5189/47

Тираж 862 Подписное

Произв.-полигр. пр-тие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 преобразовательных ячеек, каждая из которых состоит из блока ключевых транзисторов, блока обратных диодов, линейного дросселя, широтно-импульсного модулятора, датчика наличия

5 напряжения, согласующего трансформатора, источника вспомогательных напряжений и предусилителя, блок управления, состоящий из регистрараспределителя, логического элемента ИЛИ, генератора синхронизирующих импульсов и измерительного блока, причем источник вспомогательных напряжений подключен входами к входным клеммам, а выходом — к первому входу предусилителя, подключенного вторым входом к выходу широтно-импульсного модулятора, а выходом — к входу управления блока ключевых транзисторов, о включенного силовыми выводами последовательно с обмоткой линейного дросселя между первой входной и выходной клеммами, блок обратных диодов включен между второй входной клеммой и точкой соединения силового вывода блока ключевых транзисторов с обмоткой линейного дросселя, датчик наличия напряжения первым входом подключен через согласующий трансформатор к выводам линейного дросселя, а вторым входом — к первому входу широтно-импульсного модулятора, вторые входы широтно-импульсных модуляторов ячеек подключены к выходу измерительного блока, подключенного входами к выходным клеммам, регистр- распределитель подключен выходами к первым входам широтно-импульсных преобразователей ячеек, первым входом — к выходу логического элемента

ИЛИ, подключенного входами к выходам датчиков наличия напряжения ячеек, генератор синхронизирующих импульсов входами подключен к входным клеммам, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности при работе с одной или несколькими отказавшими преобразовательными ячейками и при малом уровне пульсаций, в него введены логический элемент НЕ, формирователь импульсов, фазовый детектор и генератор, причем логический элемент НЕ входом подключен к информационному входу регистра-распределителя, а выходом — к второму входу регистра-распределителя и входу формирователя импульсов, подключенного выходом к первому входу фазового детектора, подключенного вторым входом к выходу генератора синхронизирующих импульсов, а выходом — к входу генератора, подключенного выходом к одному из входов логического элемента ИЛИ.