Многозвенный импульсный стабилизатор постоянного напряжения

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при создании стабилизированных источников напряжения постоянного тока. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей и повышение качества выходного напряжения. Цель достигается за счет обеспечения возможности питания силовых ячеек 1 от гальванически несвязанных источников и выполнения таким образом стабилизатором функции сумматора мощности, а также за счет исключения срабатывания компаратора 10 до полного разряда дросселя 8 силовой ячейки 1 в нагрузку 3 и нарушения порядка и равномерности работы силовых ячеек 1 во времени. Оптроны 22 и 23 гальванически развязывают силовые ячейки 1 от общего для них задающего генератора /ЗГ/ 21. Гашение синхроимпульсов с выхода ЗГ 21 производится триггером 26 по сигналу от одного из оптронов 23. Логический элемент ИЛИ 24 обеспечивает включенное состояние ключа 15, невозможность срабатывания компаратора 10 во время импульса с выхода широтно-импульсного модулятора 9 и во время разряда дросселя 8 на нагрузку 3 до полного его окончания. При этом ключ 18 размыкает входную цепь оптрона 23, не позволяя ему погасить "чужой" синхроимпульс от ЗГ. 21 Таким образом полностью исключается возможность ложных срабатываний компаратора 10. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СО1.1ИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСГ1УБЛИН

ll9) И) (51) 5 С 05 Р 1/56

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4470978/24-07 (22) 28.06.88 (46) 23.03.90. Бюл. В l1 (72) N.H.Àðàâèí (53) 621.3!6.722.1(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 935914, кл. G 05 F 1/56, 1981.

Авторское свидетельство СССР

Р 1157533, кл. G 05 F 1/56, 1984.

2 (54) ИНОГОЗВЕНННЙ ИМПУЛЬСНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при создании стабилизированных источников напряжения постоянного тока. Цельш изобретения является расширение функциональных вазможностей и повышение качества выходного напряжения °

1552154

11ель достигается эа счет обеспечения возможности питания силовых ячеек 1 от гальванически несвязанных источников и выполнения таким образом стаби.лизатором функции сумматора мощности, 5 а также за счет исключения срабатывания компаратора 10 до полного разряда дросселя 8 силовой ячейки 1 в нагрузку 3 и нарушения порядка и равномер10 ности работы силовых ячеек 1 во вре: мени. Оптроны 22 и 23 гальванически развязывают силовые ячейки 1 от об: щего для них задающего генератора (ЗГ) 21, Гашение синхроимпульсов с выхода ЗГ 21 производится триггером

Изобретение относится к электротехl нике и может быть использовано при создании стабилизированных источников напряжения постоянного тока.

Цель изобретения — расширение функ-25 циональных возможностей многоэвенного импульсного стабилизатора эа счет обеспечения возможности питания силовых ячеек от гальванически несвязанных источников, а также повышение качества выходного напряжения эа счет исключения ложных срабатываний компаратора до полного разряда дросселя силовой ячейки в нагрузку и нарушения порядка и равномерности работы силовых ячеек во времени.

На чертеже представлена структурная схема многозвенного импульсного стабилизатора постоянного напряжения.

Стабилизатор содержит N силовых ячеек 1, выходом подключенных к общему сглаживающему фильтру 2, и выходному выводу, к которому подключена нагрузка 3, усилитель 4 обратной связи, входами соединенный с выходным 45 выводом и нагрузкой 3, а такжеисточникой

5 опорного напряжения. Каждая силоваяячейка состоит из однотактного преобразователя, включенного между ее входом и выходом и образованного силовым ключом 6, силовым диодом 7 и многообмоточным дросселем 8, широтно-импульсного модулятора 9, выходом соединенного с управляющим входом силового ключа б, а управляющим входом — с вы-.

55 ходом усилителя 4 обратной связи, компаратора 10, выход которого соединен с синхронизируюшим входом широтно-импульсного модулятора 9, а однй

26 по сигналу от одного из, оптронов

23. Логический элемент ИЛИ 24 обеспечивает включенное состояние ключа

15, невозможность срабатывания компаратора 10 во время импульса с выхода широтно-импульсного модулятора 9 и во время разряда дросселя 8 на нагрузку

3 до полного его окончания. При этом ключ 18 размыкает входную цепь оптрона 23, не позволяя ему погасить "чужбй" синхроимпульс от ЗГ 21. Таким образом, полностью исключается возможность ложных срабатываний компаратора 10, 1 ил. из входов — с параллельно включенными первым конденсатором 11 и первым резистором 12, первого диода 13, соединенного с обмоткой дросселя 8, втррого диода 14, первого ключа 15, выход которого соединен с первым конденсатором 11 и первым резистором 12, второго конденсатора 16 и второго резистора 17, соединенных с другим входом компаратора 10, второго клюЧа 18, источника вспомогательного напряжения

U,„, используемого для питания элементов силовой ячейки 1 и образованного третьим диодом 19 и третьим конденсатором 20,.выходом соединенного с входом первого ключа 15, Задающий генератор 21 является общим для всех силовых ячеек, Кроме того, каждая силовая ячейка 1 содержит первый и второй оптроны 22 и 23, выходные выходы первого оптрона 22 соединены с выхо-. дом источника вспомогательного напряжения Б „, образованного третьим диодом 19 и третьим конденсатором 20, и входом компаратора 10, к которому подключены конденсатор 16 и резистор

17, логический элемент ИЛИ 24, первый вход которого соединен через первый диод 13 с обмоткой, дросселя 8, второй вход логического элемента ИЛИ 24 соединен с выходом широтно-импульсного моду.-г лятора 9, прямой выход логического элемента ИЛИ 24 соединен с управляющим входом первого логического элемента

ИЛИ 24 соединен с управляющим входом первого ключа 15, а его инверсный выход соединен через элемент 25 задерж. ки с управляющим входом второго ключа 18, включенного между вход5 15521 ным выводом второго оптрона 23 и и pBbM вь1водом второго диода 14, вторым выходом соединенного с общей точкой обмотки дросселя 8 и первого диода 13, Триггер 26 является общим

5 для всех силовых ячеек 1,. выход его соединен с входами первых оптронов

22 каждой силовой ячейки 1, установочный вход "0 — с выходами вторых опт- 10 ронов 23 каждой силовой ячейки 1, а установочный вход 1 — с выходом за= дающего генератора 21, Многозвенный импульсный стабилизатор постоянного напряжения работает следующим образом, После подачи напряжений питания на силовые ячейки, а также на задающий генератор 21 и триггер 26, который установится в состояние "1" сигналами задающего генератора 21, зажгутся светодиоды первых оптронов 22 и на втором конденсаторе 16 каждой силовой ячейки 1 появится сигнал и сработает один или несколько из компараторов 25

10 те, у которых неизбежный разброс параметров обеспечит наименьший уровень срабатывания. Выходной сигнал компаратора 10 запускает широтно-импульсный модулятор 9, который гене- д0 рирует импульс, включающий силовой ключ 6, при этом дроссель 8 начинает накопление энергии, а на его обмотке появляется сигнал, который через второй диод 14 и открытый второй ключ 18 зажигает второй оптрон 23 и устанавливает триггер 26 в состояние

"0", при этом первые оптроны 22 гаснут, а вторые конденсаторы 16 разряжаются через вторые резисторы 17, 40

Одновременно сигнал с выхода широтноимпульсного модулятора 9, проходя через логический элемент ИЛИ 24 на его выходы и- затем на первый ключ 15, а также через элемент 25 задержки на второй ключ 18, выключает последний и обеспечивает через включенный первый ключ 15 заряд первого конденсатора 11 до напряжения П „ вспомогатель" ного источника питания которое в мо 50 мент пуска берется от какого-либо внешнего источника, так как это традиционно делается в устройствах подобного типа. Высокое напряжение на первом конденсаторе 11 и соответствующем входе компаратора 10 поднимает порог его срабатывания и делает нечувствительным к следующим импульсам синхронизации с выхода задающего

54 6 генератора 21, которые приводят к повторению процесса и включению других силовых ячеек 1, По окончании импульса, генерируемого широтно-импульсным модулятором 9, в одной из силовых ячеек 1 силовой ключ 6 выключается и начинается разряд дросселя 8 через силовой диод 7 на сглаживающий фильтр

2 и нагрузку 3. Выходное напряжение сравнивается усилителем 4 обратной связи с опорным напряжением источника

5 и сигнал рассогласования поступает на управляющие входы широтйо-импульс-. ных модуляторов 9, управляя их ра" ботой. В момент разряда дросселя 8 появляется напряжение на выходе источника вспомогательного напряжения на третьем диоде 19 и третьем конденсаторе 20, а также через первьп» диод

13 сигнал с обмотки дросселя поступат на логический элемент 24, обеспеивая.поддержание высокого напряже ния на первом конДенсаторе 11 и не-, чувствительность компаратора 10 к

"чужим синхроимпульсам, а также выключенное состояние второго ключа

18, это гарантирует, что силовая ячейка 1, не закончившая полнык такт работы, включающий в себя заряд и разряд дросселя 8, не погасит синхроимпульсы на выходе триггера 26 и не нарушит работу всего стабилизатора, По окончании разрядки дросселя 8 напряжение на его обмотках упадет до нуля, ключ 15 выключится, а ключ 18 включится, при этом ячейка 1 вновь может принять и погасить синхроимпульс с выхода триггера 26, Первый конденсатор ll начинает разряжаться через первый резистор 12, а напряжение на нем падает, При достижении равенства этого напряжения с напряжением синхроимпульса на втором конденсаторе 16 компаратор 10 сработает и вновь запустит силовую ячейку 1. Очевидно, что у нескольких силовых ячеек 1, отработавших предыдущий такт и готовых к следующему, включится та, которая имеет меньшее напряжение на первом конденсаторе 11, т.е..та, которая дольше всех находится в со- стоянии готовности, Благодаря тому, что длительность такта зависит как от разброса параметров элементов ячейки, так и от величины выходного напряжения в момент разряда дросселя ф, то при пуске, когда выходное напряжение изменяется, усиливается дифференци —

1552154 ция ячеек 1, что облегчает и ускоряет процесс установления. порядка работы (иловых ячеек 1, Кроме того, в стабиЛизаторе состязательность между ячейками 1 имеет место только для тех из

Них, которые полностью отработали npe)rüäóùèé такт и готовы к следующему, а в известном стабилизаторе между теми ячейками, в которых окончился импульс широтно-импульсного модулято«ра, Поэтому в предлагаемом устройстве

1.остязается меньше ячеек, чем в из зестном и, следовательно„ улучщают= ся условия для определения, какая из ячеек должна сработать первой, и

1 ,уменьшается вероятность одновременно, го срабатывания двух. Важно и то, Что все состявующиеся ячейки 1 го,товы к работе и нарушение порядка работы между ними не приводит.к об щему сбою всего стабилизатора, что может иметь место в известном устрой стве, Эти обстоятельства повышают ка чество выходного напряжения„ посколь- 25 ку исключаются сбои, а следовательно, и возмущения вьгходногс напряжения, Если, все же, произойдет нарушение порядка работы ячеек 1, то это никак не, отразится на вьгходном напряжении, по- 30 скольку условие один синхроимпульс .одно срабатывание однсй силовой ячей ки" не будет нарушен.

При отказе отдельной силовой ячейки 1 исчезнет напряжение на обмотке дросселя 8 этой ячейки и исчезнет сигнал, проходящий через второй диод

14, второй ключ 18 и второй оптрон 23 и гасящий синхроимпульс на выходе триггера 26. Этот импульс достанет- 40

rÿ" другой силовой ячейке 1, тоже готовой к работе, Равномерность работы исправных ячеек 1 сохранится, но сократится длительность бестоковой паузы, когда ячейка 1 ждет очередного синхроимпульса„ и увеличится частота ее переключений.

Таким образом, в стабилизаторе всегда сохраняется равномерность рабо5О ты исправных силовых ячеек 1, но при этом не требуется гальваническая связь ячеек 1 между собой и их можно питать от разных первичньгх источников

Е, Стабилизатор в этом случае выполП . 55 няет функцию сумматора мощности. Кроме того, исключается возможность повторного, ложного запуска тех силовых ячеек, которые еще не закончили разряд дросселей на нагрузку и не готовы к очередному запуску.

Технико-экономическая эффективность от внедрения многозвенного импульсного стабилизатора постоянного напряжения заключается в том, что сумматоры электрической мощности, построенные на его основе, обладают более высокими удельными характеристиками по сравне«. нию с работающими на общую нагрузку раздельными импульсными стабилизатора- ми, питающимися от разных первичных источников, Повышение удельных характеристик обусловлено многофазным характером работы устройства, позволяющчм резко снизить вес и габариты сглаживающего фильтра. Количественно .это повышение составляет до 30% на

:вторичный источник питания мощностью

200 Вт с четырьмя ячейками, работающий от двух первичггых независимых сетей. При большей мощности и большем числе первичных источников электроэнергии выигрыш еще более возрастает.

Кроме этого, стабилизатор может быть использован для создания вторичных источников питания при последовательном соединении силовых ячеек, что бывает необходимо, если первичный источник имеет высокое напряжение, В этом случае выигрыш достигается за счет возможности применения низко" вольтной элементной базы с соответственно большим быстродействием, что позволяет поднять частоту коммутации и снизить вес и габариты силовых реактивных элементов, Исключение возможности сбоя в рав-. номерности работы, силовых ячеек и соответственно возмущений выходного напряжения позволяют снять со сглаживающего фильтра функцию подавления таких возмущений и повысить надежность питаемой аппаратуры. Особенно актуально это при питании цифровых устройств с импульсным характером потребления тока, что может явиться причиной сбоя порядка работы силовых ячеек в известном стабилизаторе, которьгй вызовет и сбой питаемой аппаратуры, а также при работе в условиях пильных возмущений в первичной сети, например, в энергосистемах автономных объектов. формулаизобретения

Много зве нный импульсный стабилизатор постоянного напряжения, содерСоставитель А,Волкова

Редактор В. Бугренкова Техред Л. Олийнык Корректор М.Пожо

Заказ 329 Тираж 649 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина, 101

9 ) 5521 жащий N силовых ячеек, выходом под-. ключенных к общему сглаживающему фильтру и выходному выводу, усилитель обратной связи, входами соединенный

В с выходными выводом и источником опорного напряжения, задающий генератор, первые конденсатор и резистор, причем каждая силовая ячейка состоит из однократного преобразователя, включенного между ее входом и выходом и включающего в себя силовой ключ, силовой диод и дроссель, широтно-импульсного модулятора, управляющий вход которого соединен с выходом уси- 1Б лителя обратной связи, а выход — с управляющим. входом силового ключа, компаратора, выход которого соединен

% с синхрониэирующим входом широтно-импульсного модулятора, а первый вход — 2О с параллельно включенными вторыми конденсатором и резистором, первого диода, первым выводом соединенного с ббмоткой дросселя, второго диода, первого ключа, выход которого соеди- 2В нен с вторым входом компаратора, источника вспомогательного напряжения, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных воэможностей эа счет обеспечения воэмож- 30 ности питания силовых ячеек от гальванически несвязанных источников, а также повышения качества выходного напряжения за счет исключения ложных срабатываний компараторов и нарушения порядка и равномерности работы сило-.. вых ячеек во времени в него введен триггер, а каждая силовая ячейка снабжена первым и вторым оптронами, вторым ключом, элементом задержки и логическим элементов ИЛИ, кроме то-, го, источник вспомогательного напря-.: жения выходом подключен к входу первого ключа, а входом — к обмотке дросселя, причем выходные выводы перcoro оптрона соединены с выходом источника вспомогательного напряжения и первым входом компаратора, первый вход логического элемента ИЛИ соединен с вторым выводом первого диода, второй вход — с выходом широтно-импульсного модулятора, прямой выходс управляющим входом первого ключа, а инверсный выход через элемент задержки — с управляющим входом второго ключа, силовые выводы которого подключены к входному выводу второго оптрона и к первому выводу второго диода, второй вывод которого соединен с общей точкой дросселя и первого диода при этом первые конденсатор и резистор введены в каждую силовую ячейку, соединены параллельно и подключены к второму входу компаратора, выход триггера соединен с входом первого оптрона каждой силовой ячейки, установочный вход "О"— с выходом второго оптрона каждой силовой ячейки, а установочный вход

"I - с выходом задающего генератора,