Регулируемый источник питания

 

Изобретение относится к электротехнике ,в частности, к регуляторам и стабилизаторам напряжений, и может найти применение в системах электропитания радиоэлектронной аппаратуры. Цель изобретения - уменьшение динамических потерь, повышение надежности, нагрузочной способности и помехоустойчивости, расширение функциональных возможностей за счет обеспечения возможности работы от любой питающей сети, а также возможности работы в качестве регулятора напряжения, тока или мощности. Источник питания работает по принципу многозонной частотно-широтно-импульсной модуляции. При плавном изменении частоты многофазного генератора 1 импульсов изменяется и частота, и ширина импульсов в каждой зоне регулирования. При этом длительность импульса, формируемого каждой однотактной ячейкой 3... 8 суммирующего преобразователя 2, неизменна и задается ждущими мультивибраторами 14...19. Динамические потери снижаются при минимальных уровнях выходного напряжения за счет снижения частоты работы ячеек 3... 8. Это позволяет увеличить нагрузочную способность по току каждой ячейки 3... 8, длительность работы которых постоянна и оптимальна, что повышает надежность. Отсутствие в источнике питания не устойчивых к помехам элементов приводит к повышению помехоустойчивости. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

„„Я0„„1493990 А 1 (51)4 G 05 F 1/56

4 т

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АBTOPCHOMV СВИ4ЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4317190/24-07 (22) 16.10.87 (46) 15.07.89. ьюл. ?? 26 (71) Научно-исследовательский инсти тут автоматики и электромеханики при

Томском институте автоматизированных систем управления и радиоэлектроники (72) Н.?1. ??узыченко и В.М. Саюн (53) 621 316.722.1 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 1092477, кл. G 05 F 1/56, 1984.

Патент С?цА Р 4164714, кл. Н 03 F 3/38, 1979. (54) РЕГУЛИРУЕЖ1Й ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ (57) Изобретение относится к электротехнике, в частности к регуляторам и стабилизаторам, напряжений, и может найти применение в системах электропитания радиоэлектронной аппаратуры. Цель изобретения — уменьшение динамических потерь, повышение надежности, нагрузочкой способности и помехоустойчивости, расширение функциональных возможностей эа счет обеспечения возможности работы от

2 любой питающей сети,.а также возможности работы в качестве регулятора напряжения, тока или мощности. Источник питания работает пе принципу многозонной частотно-широтно-импульсной модуляции. При плавном изменении частоты многофазного генератора 1 импульсов изменяется и частота, и ширина импульсов в каждой зоне регулирования. При этом длительность импульса, формируемого каждой однотактной ячейкой 3-8 суммирующего преобразователя 2, неизменна и задается ждущими мультивибраторами 14-19. Динамические потери снижаются при минимальных уровнях выходного напряжения за счет снижения частоты работы ячеек 3-8. Это позволяет увеличить нагрувочную способность по току каждой ячейки 3-8, длительность работы которых постоянна и оптимальна, что повыпает надеж- Ф ность. Отсутствие в источнике иютания не устойчивых к помехам элемеНтов приводит к повышению помехоустойчивости. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

149399

Изобретение относится к электротехнике, в частности к регуляторам и стабилизаторам напряжений, и может найти применение в системах электро5 питания радиоэлектронной аппаратуры.

Цель изобретения — уменьшение динамических потерь, повышение надежности, нагрузочной способности и помехоустойчивости, расширение функцио- 10 нальных возможностей за счет обеспечения Возможностей работы от любой питакяцей сети, а так же, воэможности работы в качестве регулятора напряжения тока или мошности. 15

На фиг. l представлена блок-схема регулируемого источника питания; на фиг.2 — временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Рассмотрим блок-схему регулируе" 20 мого источника питания на примере шести силовых ячеек. Регулируемый источник питания содержит многофазный генератор 1 импульсов, суммирующий преобразователь 2, выполненный из ш однотактных ячеек 3-8, силовые входы которых образуют силовой вход

9, 10 суммирующего преобразователя

2, а выходы — силовой выход 11 и 12, соединенный с выходными выводами, 30 усилитель-ограничитель 13, m ждущих мультивибраторов 14- 19 и блок

20 преобразования и согласования уровней напряжений, входами 21 22, 23 подключенный к входным выводам, а выходами — к силовому входу суммирующего преобразователя 2.m ждущих мультивибраторов 14-19 включены в цепи соединения выходов многофаэного генератора 1 импульсов и соот- 40 ветствующих управляющих входов,m о однотактных ячеек 3-8 суммирующего преобразователя 2, причем, многофазный генератся 1 импульсов выполнен управляемым, к управляющему входу ко- 45 торого подключен выход усилителя-ограничителя 13, один вход которого соединен с выходом цепи обратной связи, а другой — с источником управляющего воздействия. Многофазный генератор 1 импульсов выполнен иэ преоб" разователя 24 аналог-частота, выходом подключенного к распределителю

25 импульсов.

На фиг.2 представлены: 26 — напряжение U на выходе усилителя-ограничителя 13; 27 — сигнал на выходе преобразователя 24 аналог-частота;

28...33 — импульсы на выходах ждущих

0 4 мультивибраторов 14... 19, которые по длительности аналогичны выход ным напряжениям однотактных ячеек

3...8; 34 — напряжение на внходе суммирулцего преобразователя 2. с

Регулируемый источник питания работает следующим образом.

Напряжение источника управляющего воздействия U поступает на прямой вход усилителя-ограничителя !3; инвертирующий вход которого предназначен для подключения напряжения

Бос обратной связи. Сигнал ошибки

Uo = U > U с ограничен по макси-. мальному и минимальному уровню напряжений иэ-за ограниченного диапазона изменения выходного напряжения регулируемого источника питания.

Преобразователь 24 формирует короткие импульсы, частота следования которых пропорциональна U (фиг ° 2.

27) .

Сигнал рассогласования U „ поступает на преобразователь 24 аналогчастота, который формирует на выходе последовательность импульсов 27, частота которых пропорциональна напряжению ошибки 26. Распределитель импульсов 25 распределяет импульсы

27 поочередно по ждущим мультивибра" торам 14-18 таким образом, что пер-. вый импульс 27 поступает на вход мультивибратора 14, второй — на 15, третий — на 16 и т.д., затем седьмой импульс поступает на вход мультивибратора 14 и цикл повторяется (t »t, с ). Передние фронты импульсов 28-33 на выходах мультивибраторов соответствуют по времени импульсам последовательности 27.

При плавном уменьшении управляющего воздействия циклы работы всех ячеек повторяются . При этом при высокой частоте первый цикл — минимальньй; время — до t » второй — больше: от

t< до t> и третий еще больше . от до С Э и т д °

По импульсам, поступающим на ждущие мультивибраторы последние запускаются и каждый .из них формирует импульс одинаковой длительности 28-33, которые устанавливаются по мощности преобразовательными ячейками 3-8. Преобразователь 2 суммирует -напряжейия от,однотактных ячеек и в нагрузке RH формирует суммарный ток. Пусть каждая ячейка формирует ток, аналогичный по форме

f „„= 1/t„m, 50

5 149399 и амплитуде сигналам 28-33. Геометрическая сумма этих импульсов дает нам результирующую кривую 34, в которой просматривается пять зон регулирования (фиг.2). В каждой зоне им5 пульсы имеют различную длительность, как широтно-импульсной модуляции, однако частота различна на каждом иэ интервалов, следовательно суммарная кривая 34 выходного напряжения соответствует многозонной частотноширотно-импульсной модуляции. При этом длительность импульса, формируемого ячейкой, от такта к такту не мен яется .

В каждой ячейке меняется скважность эа счет изменения длительности паузы, а не импульса как в ИИИ. Напряжение питающей сети (в нашем слу- 20 чае — переменного тока) преобразует в постоянное напряжение при помощи блока 20 преобразования и согласования уровней напряжений. Выходное напряжение блока 20 регулируют при по- 25 мощи суммирующего преобразователя 2 и фильтруют при помощи этого же преобразователя и конденсатора С. Каждая однотактная ячейка выполнена иэ дросселя L, ключа К и диода VD и ра- Э0 ботает следующим образом. Когда на выходе ждущего мультивибратора 14 сформирован сигнал 28 (фиг.2), кото рый открывает ключ К, при этом, ток с выхода 9 блока 20 протекает по цепи: Кн-Š— к выходу 10. Когда ключ К закрыт, запасенная энергия в индуктивности Е через диод 1 В поступает в нагрузку Кн. Длительность открытого состояния каждого ключа ячейки 40 на всех уровнях выходного напряжения постоянна, изменяется лишь частота их следования. Иаксимальный уровень в первой зоне 1 (фиг.2) получают тогда, когда ключи ячеек поочередно открыты, при этом частота следования импульсов управления с выхода каждого ждущего мультивибратора равна где t — длительность импульса;

m — число однотактных ячеек.

Увеличивая частоту импульсов управления при увеличении управляющего напряжения U, появляются моменты, когда одновременно открыты два ключа, при этом формируется вторая зона регулирования. Когда одновремеи-

О 6 но открыты три ключа, то формируется III-я эона и т.д. Таким образом, в нагрузке формируется многоэонная частотно-широтно-импульсная модуляция. При плавном изменении частоты изменяется и частота,и ширина импульсов в каждой зоне регулирования, хотя длительность открытого состояния ключей ячеек неизменная.

Суммарные динамические потери в регулируемом источнике питания по сравнению с известным при максимальном уровне выходного напряжения одинаковы, а при минимальных уровнях напряжение — в тп раз меньше, поскольку в m раз уменьшается частота работы ячейки. Это позволяет увеличить нагруэочную способность по току каждой силовой ячейки на нижних уровнях напряжения и использовать это достоинство источника при его работе с постоянством выходной мощности в заданном диапазоне регулирования.

При уменьшении выходного напряжения до нуля, например, при коротком замыкании в нагрузке,. частота импуль- сов минимальна и определяется лишь

I ,непрерывностью тока в дросселях (единицы-десятки Гц ). Возможные режимы короткого замыкания не ведут к выходу из строя ключевых элементов из-эа низких динамических потерь при наличии токовой обратной связи, что приводит к повышению надежности источника питания.

Надежность повышается также за счет того, что выше надежность преобразовательной ячейки, так как она всегда работает одинаковое время и не возникает режимов, когда необходимо формировать короткие импульсы, которые значительн м образом нагружают ключевые элементы за счет того, что динамические потери на фронтах включения и выключения совмещаются.

В это же время максимально вредное воздействие оказывают и паразитные параметры моточных иэдедий. Емкости обмоток перезаряжаются, а следовательно, через ключи возникают броски тока, что увеличивает динамические потери, а транзисторные ключи склонны ко вторичному пробою.

Таким образом, регулируемый источник питания позволяет уменьшить динамические потери за счет более низкой частоты при определенной и

-оптимальной длительности импульса

l493990

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я 30

1. Регулируемый источник питания, соде ржащий мно гофазный r ен ер ато р импульсов и суммирующий преобразователь, выполненный иэ m однотактньм ячеек, силовые входы которнх образуют силовой вход суммирующего преобразователя, а выходы — силовой

35 в ячейке, повышена нагруэочная способность ячейки при минимальных уровнях выходного напряжения, так как нет необходимости формировать корот5 кие импульсы, не оптимальные для пе" редачи энергии. Повысилась помехоустойчивость источника питания, так как нет неустойчивых к помехам элементов, таких как компаратор (ШИИ) и ГПН. Уменьшен уровень помех, формируемый силовой цепью, так как при постоянной длительности импульса (ключ открыт) возможно использование оптимальных цепей для формирования 15 траектории переключения что повышаа" ет также надежность и КПД устройства.

Регулируемый источник питания обладает расширенными функциональными возможностями и может выполнять сле- 2р дующие дополнительные функции: имеет возможность работать от любой питающей сети за счет введения блока

20; может работать как регулятор, напряжения, тока или мощности, для 25 чего предусмотрен вход для подключения цепей обратных связей по току, напряжению или мощности. выход, который соединен с выходными выврдами, отличающийся тем, что, с целью уменьшения динамических потерь, повышения надежности, нагруэочной способности и помехоустойчивости, расширения функциональных возможностей за счет обеспечения воэможности работы в качестве регулятора напряжения, тока или мощности, в него введены усилитель-ограничитель и m ждущих мультивибраторов, причем силовой вход суммирующего преобразователя подключен к входным выводам, ждущие мультивибраторы включены в цепи соединения выходов многофазного генератора импульсов и соответствующих управляющих входов однотактных ячеек суммирующего преобразователя, многофазный генератор импульсов выполнен управляемым, к управляющему входу которого подключен вьмод усилителя-ограничителя, один вход которого соединен с виходом цепи обратной связи, а другой с источником управляющего воздействия.

2. Источник по п.I, о т л и ч а ю шийся тем, что с целью расширения функциональных возможностей за счет обеспечения воэможности работы от любой питающей сети, в него введен блок преобразования и согласования уровней напряжений, включенньп» в разрыв цепи между входными выводами и силовым входом суммирующего преобразователя.

1493990

Составитель А. Волкова

Редактор И. Сегляник Техред Л,Олийнык

Корректор М. Максимишинец

Заказ 4109/44 Тираж 788 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101