Многоканальный источник питания

 

Изобретение относится к электротехнике и предназначено, в частности, для питания электронной аппаратуры. Цель изобретения - упрощение устройства и повышение его быстродействия. Поставленная цель достигается тем, что система управления по строена по принципу стабилизации величины среднего значения выходного напряжения в каждом периоде работы преобразователя . С этой целью в устройство, содержащее однотактный обратноходовой преобразователь 1, транзисторный ключ 5, предварительный усилитель 13, компаратор 11 и задающий генератор 9, введены дополнительная обмотка 22 трансформатора с выпрямительным диодом 21, интегратор 19, накопительный элемент которого зашунтирован ключем 17,.и дифференцирующая цепочка 14, а компаратор снабжен стробирующим входом 3 ил

COK) 3 l:ÎÁFTC:КИХ

СО!!ИАЛИС1И IF. СКИХ

РЕСПУБЛИК (я)л Н 02 M 3/335

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

4 Д ф ф

1 (21) 4747425/07 (22) 09.10.89 (46) 07.11.92. Бюл. N. 41 (71) Специальное конструкторское бюро техники морских геологоразведочных работ с опытным производством и Научно-исследовательский институт часовой промышленности (72) Н.И.Безгачин, С.А.Панчин и В.Б.НикиТИН (56) Авторское свидетельство СССР

N1417133,,кл. Н 02 М 3/335, 1987.

Авторское свидетельство СССР

N. 1248009, кл. Н 02 M 3/335, 1985. (54) МНОГОКАНАЛЬНЫЙ ИСТО4НИК ПИТАНИЯ (57) Изобретение относится к электротехнике и предназначено, в частности, для пита., ЯО „„1774442 A1 ния электронной аппаратуры, Цель изобретения — упрощение устройства и повышение его быстродействия. Поставленная цель достигается тем, что система управления построена по принципу стабилизации величины среднего значения выходного напряжения в каждом периоде работы преобразователя. С этой целью в устройство, содержащее однотактный обратноходовой преобразователь 1, транзисторный ключ 5, предварительный усилитель 13, компаратор

11 и задающий генератор 9, введены дополнительная обмотка 22 трансформатора с выпрямительным диодом 21, интегратор 19, накопительный элемент которого зашунтирован ключем 17,.и дифференцирующая цепочка 14, а компаратор снабжен стробирующим входом. 3 ил, 1774442

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано длл питания электронной аппаратуры.

Известен многоканальный конвертор (А.с, М 1417133, Н 02 M 3i335 Опубл, 15.08,88. Бюл. N. ЗО), в котором используетсл многоканальный аднотактный обратноходовой преобразователь, управляемый от широтно-импульсного модулятора. Для стабилизации выходных напряжений используется принцип регулирования по отклонению выходной величины.

Недостатком устройства являетсл сложность реализации, что определяется сложностью реализации широтно-импульсного модулятора, и низкое быстродействие используемой системы регулирования по отклонению.

Наиболее близким по технической сущности к предполагаемому устройству является многоканальный источник питания (А,с, Й 1248009, Н 02 M 3/335, Опубл, 30.07.86. Бюл. N 28) в котором используется многоканальный однотактный обратноходовой преобразователь управллемый от широтно-импульсного модулятора с lie пользованием принципа регулирования по отклонению выходного напря>кения, Недостатком устройства является сложность реализации и низкое быстродействие используемой. системы регулирования по отклонению.

Целью изобретения является упрощение и повышение быстродействия регулирования, Поставленная цель достигается тем, что в многоканальный исгочник питания, содержащий однотактный обратноходовой преобразователь, первичная обмотка трансформатора которого соединена с источником питания через транзисторный ключ, его вторичные обмотки через выпрямительные диоды соединены с конденсаторами сглаживающих фильтров выходных каналов, а измерительная обмотка подключена через выпрямительный диод к сглаживающему конденсатору измерительного канала, задающий генератор, источник опорного напряжения, компаратор, выход которого соединен с управляющим переходом транзисторного ключа через предварительный усилитель, введена дополнительная обмотка трансформатора, включенная в противофазе относительно измерительной обмотки между сгла>кивающим конденсатором измерительного канала и дополнительным диодом, который подключен к интегратору, накопительный элемент которого зашунтирован ключом, управляющий вход ключа через дифферен5

55 цирующую цепочку подключен к выходу компаратора. первый вход которого подключен к источнику опорного напряжения, а второй к выходу интегратора, причем, компаратор снабжен входом стробиравания, к которому подключен выход генератора, Такое исполнение устройства позволяет его упростить, исключив из схемы генератор пилообразного напрлжения, узел сравненил, для реализации которых необходимы операционные усилители. Предлагаемое устройство работает по принципу стабилизации среднего значения напряжения в каждом тактовом интервале и поэтому обладает максимальным быстродействием, Совокупность существенных признаков заявленного устройства в процессе поиска известных технических решений в науке и технике не обнаружена, что свидетельствует о соответствии ега критерию "существенHbIp отличил

На фиг.1 представлена принципиальная схема предлагаемого многоканального источника питания; на фиг.2 — временные диаграммы, поясняющие его работу; на фиг,З примеры реализации стробируемого компаратора и ключа, шунтирующего накопительный элемент интегратора.

1Лногоканальный источник питания содержит однотактный обратноходовой преобразователь 1, первичная обмотка 2 силового трансформатора 3 которого соединена с источником питания 4 через транзисторный ключ 5, а его вторичные обмотки G через выпрямительные диоды 7 соединены с конденсаторами 8 сглаживающих фильтров выходных каналов, задающий генератор 9, соединенный со стробирующим входом 10 компаратора 11, вход которого подкл очен к источнику опорного напряжения 12, а его выход соединен через предварительный усилитель 13 с управллющим переходом транзисторного ключа 5 и через дифференциру ощую цепочку 14, состоящую из конденсатора 15 и резистора 16, с управляющим входом ключа 17, шунтирующего накопительный конденсатор 18 интегpampa 19, состоящего из резистора 20 и конденсатора 18, выход интегратора 19 соединен со входом компаратора 11, а вход через дополнительный диод 21 соединен с первым выводом дополнительной обмотки

22 трансформатора 3, второй вывод которой подключен к сглаживающсму конденсатору

23, к которому через выпрямительный диод

24 подключена измерительная обмотка 22 трансформатора 3.

Устройство работает следующим образом. Задающий генератор 9 (см.фиг.1) вырабатывает импульсы Vt постоянной

1774442

10

30

11вых = Us

1 — 1х

UBblx = j (UBx +UBbIx) 45

55 (2) ) (UBX +0вых ) = COA St частоты и длительности (см.диэграмму 25, фиг,2), которые поступают нэ стробирующий вход 10 компаратора 11, импульсы Ux с выхода которого через предварительный усилитель 13 передаются к транзисторному ключу 5 (GM.äèàãðàììó 26 фиг.2) однотэктного обрэтноходового преобразователя 1, Транзисторный ключ 5 в момент времени tp подключает первичную обмотку 2 трансформатора 3 к источнику питания 4 и в трансформаторе 3 накапливается энергия, при этом напряжение Uz нэ вторичных обмотках

6, включенных встречно первичной обмотке

2, отрицательно и выпрямительные диоды 7 заперты (см,диаграмму 29 фиг.2). При рэзмыкании транзисторного ключа 5 в момент времени tz напряжения U2 на вторичных обмотках становится положительным и через выпрямительные диоды 7 энергия от трансформатора 3 поступает нэ выход каждого из и-каналов однотактного преобразователя 1, заряжэя при этом конденсаторы 8 (см.диэграмму 31 фиг,2). В следующем такте при включении транзисторного ключа 5 в момент времени сз напряжение Uz на вторичных обмотках 6 становится отрицательным, диоды 7 запираются и конденсаторы 8 сглэживающих фильтров отдают накопленную энергию нэ выход преобразователя (см.диэграмму 31 фиг.2), Выходное напряжение рассматриваемого однотактного обратноходового преобразователя определяется соотношением; где ) — коэффициент заполнения импульса

Из выражения (1) следует: поэтому для стабилизации выходного напряжения необходимо стабилизировать величину произведения: т.е. среднее за период значение суммы входного и выходного напряжения преобразователя, что реализуется следующим образом, Один из выходных каналов преобразователя используется в качестве измерительного. Он состоит из измерительной обмотки

22 трансформатора 3, включенной встречно относительно первичной обмотки 2, выпрямительного диода 24 и сглаживающего конденсатора 23, и имеет нэ выходе напряжение UB X.

Для получения суммы входного и выходного напряжения обратной связи используется дополнительная обмотка 22 трансформатора 3, причем подключается онэ последовательно с измерительным источником выходного напряжения канала обратной связи согласно по отношению к первичной обмотке 2 трансформатора 3 к аноду дополнительного диода 21.

В момент времени tp компаратор 11 включается стробирующим импульсом U< генератора 9 и напряжение обратной связи с катода дополнительного диода 21 поступает на интегратор 19, состоящий из конденсатора 18, резистора 20 и ключа 17.

Конденсатор начинает заряжаться, причем напряжение U< на нем пропорционально среднему зэ время измерения напряжению суммы Ощ+0вых. В каждом периоде конденсатор 18 разряжается до нуля ключом 17 (см.диаграмму 28 фиг.2). Напряжение U< с конденсатора 18 подается на второй вход компэратора 11, первый вход которого подключен к источнику опорного напряжения

12, B компарэторе сравниваются напряжение U> конденсатора 18 и опорное напряжение Up. В момент времени т1, когда напряжение U11 конденсатора 18 достигнет уровня Up, компэратор 11 выключается и вызывает зэпирэние транзисторного ключа

5 через предварительный усилитель 13. В то

>ке время кратковременно срабатывает ключ 17 интегратора, на управляющий вход которого подается импульс 0д ф с выхода дифференцирующей цепочки 14 (см.диаграмму 27 фиг.2), причем вход дифференцирующей цепочки подключен к выходу компараторэ 11. Конденсатор 18 ключом 17 разряжается до нуля (см,диаграмму 28 фиг.2). 3 течение времени t1 — t2 в транзисторном ключе 5 рассасываются заряды и он остается включенным. Конденсатор 18 интегратора начинает заряжаться. В момент времени t2 транзисторный ключ 5 размыкается, изменяется полярность напряжения Uz в обмотках трансформатора, напряжение обратной связи становится отрицательным и дополнительный диод 21 запирается. При этом напряжение на конденсаторе 18 запоминается нэ достигнутом уровне, Тем самым учитывается время рассасывания зарядов в базе транзисторного ключа 5, тэк как в следующем такте заряд конденсатора интегратора начинается не с нуля, а с величины запомненной добавки, При увеличении, например, напряжения питания U, B моментвремени 4(уменьшается) напряжение обратной связи, пропор1774442

15 циональное изменению Ubi><. что приводит к ускоренному (замедленному) заряду конденсатора 18 интегратора (см.диаграмму 27 фиг.2) и уменьшению (увеличению) длительности замкнутого состояния транзисторного ключа 5 (cM.äèàãðàììó 26 фиг.2), При этом напряжение выходных каналов преобразователя не изменяется (см.диаграмму 31 фиг.2), так как величина среднего значения напряжения, подведенного к первичной обмотке трансформатора не изменится.

Таким образом величина энергии, накопленной в сердечнике трансформатора во время включенного состояния транзисторного ключа, стабилизируется в каждом такте работы преобразователя в соответствии с выражением (2). Поэтому выходное напряжение источника питания практически инвариантно к изменениям входного напряжения. Задержка в измерении возмущающего воздействия (входного напряжения) и в выработке регулирующего сигнала (выходного сигнала компаратора) практически отсутствует и определяется лишь погрешностями элементов системы регулирования. Вследствие этого предлагаемый источник питания обладает максимальным быстродействием.

В качестве стробируемых компараторов могут быть использованы микросхемы серий 521 (К 521 СА1), 554 (К 554 СА1), 597 (К

597 СА1) и др. На фиг. 3 (а) приведена одна из схем реализации стробируемого компаратора 11 на интегральном таймере КР

1006 ВИ1. Достоинствами этого таймера являются однополярное питание и наличие низкоомного выхода, способного непосредственно управлять транзисторным ключом однотактного преобразователя.

На фиг.3 (б) приведена одна из схем реализации ключа 17 интегратора, основанная на применении микросхем, изготовленных по КМОП-технологии, например серии

561 (К 651 KT3), Достоинством этих микросхем являются низкое потребление энергии и быстродействие, отвечающее требованиям стабилизации выходного напряжения источника питания.

Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с прототипом является более простым, т,к. для его реализации не

50 требуется узел сравнения напряжений и генератор пилообразного напряжения, В отличие от прототипа, быстродействие системы регулирования в предлагаемом устройстве выше и практически не зависит от постоянных времени выходных фильтров, так как интегратор системы управления измеряет среднее значение суммы входного и выходного напряжений в каждом периоде.

Это позволяет выбирать постоянные времени выходных фильтров только из условия обеспечения стабильности выходных напряжений по отношению к нагрузкам каждого из каналов, не накладывая на них других ограничений.

Формула изобретения

Многоканальный источник питания, содержащий однотактный обратноходовой преобразователь, первичная обмотка трансформатора которого через транзисторный ключ подключена к выводам для подключения источника питания, вторичные обмотки через выпрямительные диоды подключены к конденсаторам фильтров выходных каналов, а измерительная обмотка через диод подключена к конденсатору измерительного канала, первым выводом подключенного к общей шине, задающий генератор, источник опорного напряжения, подключенный к первому входу компаратора, выход которого. через предварительныйусилитель подключен к управляющему переходу транзисторного ключа, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью упрощения и павы ше ни я быстродействия ре гул и рования, введены интегратор, ключ, шунтирующий его накопительный элемент, дифференциальная цепь и дополнительный диод, а в трансформатор введена дополнительная обмотка, включенная встречно по отношению к измерительной обмотке, причем первый вывод дополнительной обмотки подключен к второму выводу конденсатора измерительного канала, а ее второй вывод через дополнительный диод подключен к интегратору, выход которого соединен с вторил входом компаратора, выход которого через дифференцирующую цепь подключен к управляющему входу ключа, выход задающего генератора соединен с входом стробирования компаратора, 1774442

E) .3

Составитель Н.Безгачин

Техред М.Моргентал ., Корректор 3.Лончакова

Редактор

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

Заказ 3933 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС(:Р

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