Многовыходной стабилизированный источник напряжения питания

 

Использование: для стабилизации с заданными погрешностями напряжений многовыходного источника питания независимо от распределения нагрузок между выходами. Сущность изобретения: устройство содержит преобразователь 1 напряжения с N выходами, блок 2 управления, узел 3 сравнения, формирователь 4 заднего сигнала, делители 5₁ - 5_N напряжений, датчики 6₁ - 6_N напряжений, усилитель 7 сигнала рассогласования и модулятор 8. Сигналы датчиков 6₁ - 6_N вводятся в узел 3 сравнения в виде сигналов обратных связей со своими весовыми коэффициентами, которые рассчитываются, исходя из заданных погрешностей стабилизации и выходных статических характеристик источника. Весовые коэффициенты передачи делителей 6₁ - 6_N выбраны из условия обеспечения равенства единице их суммы. Изобретение позволяет улучшить качество стабилизации выходных напряжений источника и расширить его функциональные возможности. 3 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для стабилизации с заданными погрешностями напряжений многовыходного источника питания независимо от распределения нагрузок между выходами, выполненного, например, на основе многовыходного генератора, транзисторного ключа с многовыходным трансформатором. Известно устройство [1] содержащее трансформатор с одной первичной и двумя вторичными обмотками, выходы которых подключены каждый, соответственно, к последовательно соединенным выпрямительному диоду и фильтру для получения выходных напряжений постоянного тока, а первичная обмотка через ключевой транзистор подключена к источнику постоянного тока. Базо-эмиттерный переход транзистора подсоединен к выходу широтно-импульсного модулятора, преобразующего входной сигнал постоянного тока в импульсный сигнал переменного тока, регулируемый по длительности. Трансформатор снабжен дополнительной обмоткой, выход которой через последовательно соединенные выпрямительный диод, RC-цепь и потенциометр подключен к управляющему входу широтно-импульсного модулятора. Стабилизация выходных напряжений осуществляется путем изменения длительности импульса, поступающего с выхода широтно-импульсного модулятора на базу транзистора. Длительность импульса определяется временем, в течение которого конденсатор RC-цепи заряжается от выходного напряжения дополнительной обмотки трансформатора до порогового напряжения на входе широтно-импульсного модулятора.

Устройство позволяет стабилизировать выходные напряжения вторичных обмоток при изменении напряжения источника постоянного тока, питающего через ключевой транзистор первичную обмотку трансформатора. Недостаток устройства в том, что при изменении нагрузок на вторичных обмотках трансформатора оно не позволяет стабилизировать выходные напряжения с заданными погрешностями, так как при этом не компенсируются падения напряжения на выходных импедансах вторичных обмоток.

Известно также устройство [2] содержащее трансформатор с одной первичной и двумя вторичными обмотками, выходы которых подключены каждый, соответственно, к последовательно соединенным выпрямительному диоду и LC-фильтру для получения выходных напряжений постоянного тока, а первичная обмотка через ключевой транзистор подключена к емкостному фильтру, соединенному с выходом выпрямителя, вход которого подключен к источнику переменного тока. Базо-эмиттерный переход транзистора подсоединен к вторичной обмотке импульсного трансформатора, первичная обмотка которого подключена к выходу формирователя импульсов управления ключевым транзистором, а вход формирователя подключен к выходу широтно-импульсного модулятора, вход которого соединен с выходом усилителя сигнала рассогласования. На выходе LC-фильтра одной из вторичных обмоток установлено стабилизирующее устройство, измеряющее стабильность выходного напряжения этой обмотки. Параллельно стабилизирующему устройству подсоединен потенциометр, выход которого подключен к управляющему входу усилителя сигнала рассогласования. Стабилизация выходных напряжений осуществляется путем широтно-импульсной модуляции импульсов управления ключевым транзистором при воздействии на широтно-импульсный модулятор через усилитель сигнала рассогласования входного напряжения стабилизирующего устройства.

Устройство позволяет стабилизировать выходные напряжения вторичных обмоток при изменении напряжения источника переменного тока. Недостаток устройства в том, что при изменении нагрузок на вторичных обмотках трансформатора оно не позволяет стабилизировать с заданными погрешностями выходные напряжения тех вторичных обмоток, где не установлено стабилизирующее устройство, так как при этом не компенсируются падения напряжения на выходных импедансах этих обмоток.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является источник питания с несколькими выходами [3] содержащий трансформатор с одной первичной и тремя вторичными обмотками, выходы которых подключены каждый, соответственно, к последовательно соединенным выпрямительному диоду и LC-фильтру для получения выходных напряжений постоянного тока, а первичная обмотка через ключевой транзистор подключена к емкостному фильтру, подсоединенному через выпрямительный диод к источнику переменного тока. Базо-эмиттерный переход ключевого транзистора подключен к выходу широтно-импульсного модулятора, управляющий вход которого подсоединен к выходу усилителя сигнала рассогласования, один вход которого соединен с задатчиком выходных напряжений, второй вход с датчиком напряжения на выходе одной из вторичных обмоток.

Стабилизация выходных напряжений осуществляется путем широтно-импульсной модуляции импульсов управления ключевым транзистором при изменении выходного напряжения той вторичной обмотки, где установлен датчик напряжения.

Источник позволяет стабилизировать выходные напряжения вторичных обмоток при изменении напряжения источника переменного тока и условии постоянства их нагрузок, а также стабилизировать выходное напряжение той вторичной обмотки, где установлен датчик напряжения, при изменении нагрузок на вторичных обмотках.

Недостаток источника состоит в том, что при изменении нагрузок на вторичных обмотках трансформатора он не позволяет стабилизировать с заданными погрешностями выходные напряжения тех вторичных обмоток, где не установлены датчики напряжений, так как при этом не компенсируются падения напряжения на выходных импедансах этих обмоток.

Это является существенным недостатком источника, сужающим его функциональные возможности и область применения.

Техническим результатом, получаемым при использовании изобретения, является улучшение качества стабилизации выходных напряжений источника и расширение функциональных возможностей.

Технический результат достигается с помощью многовыходного стабилизированного источника напряжения питания, содержащего преобразователь напряжения с N выходами, вход которого подключен к выводам для подключения источника, а выходы соединены, соответственно, с выводами для подключения соответствующих нагрузок, блок управления, включающий в себя узел сравнения, первый вход которого подключен к формирователю задающего сигнала, второй вход к выходу первого делителя напряжения, вход которого соединен с выходом первого датчика напряжения, включенного на первом выходе преобразователя напряжения, усилитель сигнала рассогласования, вход которого подключен к выходу узла сравнения, и модулятор, вход которого соединен с выходом усилителя сигнала рассогласования, а выход подключен к управляющему входу преобразователя напряжения, в котором согласно изобретению введены второй, третий, N-й датчики напряжений, второй, третий, N-й делители напряжений, а узел сравнения снабжен третьим, четвертым, (N+1)-м входами, причем второй, третий, N-й датчики напряжений включены соответственно на втором, третьем, N-м выходах преобразователя напряжения, с которыми соединены входы соответственно второго, третьего, N-го делителей напряжений, выходами подключенных соответственно к третьему, четвертому, (N+1)-му входам узла сравнения, при этом весовые коэффициенты передачи делителей напряжений рассчитаны, исходя из заданных верхнего и нижнего пределов погрешностей стабилизации выходных напряжений и статизмов внешних характеристик выходов многовыходного источника напряжения питания.

На фиг. 1 представлена функциональная схема многовыходного стабилизированного источника напряжения питания, содержащего преобразователь 1 напряжения с N выходами, вход которого подключен к выводам для подключения источника питания, а выходы соединены соответственно с выводами для подключения соответствующих нагрузок, блок 2 управления, включающий в себя узел 3 сравнения, первый вход которого подключен к формирователя 4 задающего сигнала, второй, третий, (N+1) входы подключены соответственно к выходам первого, второго, N-го делителей 5₁, 5₂, 5_N напряжений, входы которых соединены соответственно с выходами первого, второго, N-го датчиков 6₁, 6₂, 6_N напряжений, включенных соответственно на первом, втором, N-м выходах преобразователя 1 напряжения, усилитель 7 сигнала рассогласования, вход которого подключен к выходу узла 3 сравнения, и модулятор 8, вход которого соединен с выходом усилителя 7 сигнала рассогласования, а выход подключен к управляющему входу преобразователя 1 напряжения.

На схеме введены следующие обозначения: V^* сигнал заданного значения выходных напряжений; ΔU сигнал рассогласования; V_у выходной сигнал усилителя 7 сигнала рассогласования; V_шим выходной сигнал модулятора 8; V_п напряжение источника питания преобразователя 1; V_вых.1, V_вых.N выходные напряжения преобразователя 1 напряжения; - выходные сигналы датчиков 6₁, 6_N напряжений; V_ос.1, V_ос.N выходные сигналы делителей 5₁, 5_N напряжений (сигналы обратных связей);4 β₁,...β_N весовые коэффициенты передачи делителей 5₁, 5_N напряжений.

Преобразователь 1 напряжения может быть выполнен в виде многовыходного генератора, транзисторного ключа с многообмоточным трансформатором и т. д.

Формирователь 4 задающего сигнала может быть выполнен в виде потенциометрического задатчика, резистивного делителя и т. д. Датчики 6₁, 6₆ напряжений могут быть выполнены в виде известного устройства (см. кн. Слежановский О. В. Реверсивный электропривод постоянного тока. "Маталлургия". 1967, с. 175 177).

Усилитель 7 сигнала рассогласования может быть выполнен на операционных усилителях серий 140, 153 аналогично известным устройствам (см. кн. Шило В. Л. Линейные интегральные схемы в радиоэлектронной аппаратуре. "Советское радио". М. 1979).

Модулятор 8 может быть выполнен в виде известного устройства (см. кн. Справочник по преобразовательной технике. Под редакцией чл.-кор. АН УССР И. М. Чиженко. Киев. "Техника". 1979, с. 216 (принцип построения), с. 224 (электрическая схема).

При анализе схемы, приведенной на фиг. 1, для пояснения используют схему замещения преобразователя 1 напряжения, приведенную на фиг. 2, и структурную схему многовыходного стабилизированного источника напряжения питания, приведенную на фиг. 3.

На фиг. 2 ведены следующие обозначения: E ЭДС преобразователя 1 напряжения, т. е. ЭДС генератора, если иметь в виду многовыходной генератор, или напряжение на первичной обмотке многообмоточного трансформатора, если иметь в виду транзисторный ключ с указанным трансформатором, В;
U^*_вых.1,...U^*_вых.N выходные напряжения, приведенные к первичной обмотке, В;
R_э эквивалентное внутреннее сопротивление преобразователя, Ом;
R_э1, R_эm, R_эN внутренние сопротивления соответственно выходов 1, m, N, приведенные к первичной обмотке, Ом;
R_d1, R_dm, R_dn сопротивления нагрузок соответственно выходов 1, m, N, приведенные к первичной обмотке, Ом.

Введены следующие обозначения на примере m-го выхода, имея в виду, что аналогичные соотношения справедливы для любого из N выходов:
статизм внешней характеристики, т. е. зависимости выходного напряжения от нагрузки, выхода m при нагрузке выхода 1 и холостого ходе на остальных (N-1) выходах;
статизм внешней характеристики выхода m при его нагрузке и холостом ходе на остальных (N-1) выходах;
статизм внешней характеристик выхода m при нагрузке выхода N и холостом ходе на остальных (N-1) выходах;
статизм внешней характеристики выхода m при нагрузке всех N выходов преобразователя.

Очевидно, U^*_вых.m= E(1-δ_m), где m 1, 2, N.

На фиг. 3 представлена структурная схема предлагаемого многовыходного стабилизированного источника, в которой усилитель 7 сигнала рассогласования, модулятор 8 объединены в одно устройство с коэффициентом передачи К_п, а преобразователь 1 напряжения представлен в виде многовыходного устройства с коэффициентами передач K_E(1-δ_m), где m 1, 2, N, соответственно числу выходов.

Схема работает следующим образом (см. фиг. 1).

Как следует из определения статизмов δ₁,...δ_N внешних характеристик выходов 1, N, изменение нагрузок на любом количестве выходов повлечет изменение напряжений на всех N выходах преобразователя. Эти изменения выходных напряжений фиксируются датчиками 6₁, 6_N напряжений, с их выходов поступают на вход делителей 5₁, 5_N напряжений, а с их выходов со своими весовыми коэффициентами β₁,...β_N поступают на входы узла 3 сравнения в виде сигналов обратных связей V_ос.1, V_ос.N.

В результате изменяется величина интегрального сигнала рассогласования ΔU и следовательно величина ЭДС Е преобразователя 1 напряжения, так, что это приводит к компенсации изменений выходных напряжений V_вых.1, V_вых.N, вызванных изменением нагрузок, и восстановлению их уровней с заданными погрешностями. Здесь следует отметить, что если датчики 6₁, 6_N напряжений настроить регулированием их коэффициентов передач, т. е. отношением сигнала на выходе датчика к сигналу на его входе, например V_6m/V_вых.m для m-го датчика, таким образом, чтобы при холостом ходе на всех N выходах преобразователя 1 напряжения, когда на каждом из выходов напряжение равно номинальному значению, т. е. , где m 1, 2, N, выполнялось равенство , то в этом случае весовые коэффициенты передач делителей 5₁, 5_N напряжений будут равны весовым коэффициентам β₁,...β_N соответствующих сигналов обратных связей V_oc.1, V_ос.N.

Ниже приведена методика расчета весовых коэффициентов β₁,...β_N, исходя из заданных погрешностей стабилизации выходных напряжений (заданных отношений выходных напряжений к их номинальным значениям) и статизмов внешних характеристик выходов преобразователя 1.

Схема на фиг. 3 может быть описана следующей системой уравнений:

где Е ЭДС преобразователя;
δ_m статизм внешней характеристики выхода m (m 1, 2, N);
U^*_{вых.m(нoм)}, U^*_вых.m при m = 1,2,...N- cоответственно номинальное и текущее значения выходных напряжений, приведенных к первичной обмотке, В;
V_6m, V_ос.m при m 1, 2, N текущие значения напряжений на выходе датчиков и напряжений обратных связей, В;
ΔU сигнал рассогласования, В;
V^* сигнал заданного значения выходных напряжений, В;
δ_ml статизм внешней характеристики выхода m при нагрузке выхода l и холостом ходе остальных (N 1) выходов.

Приняв за базовые напряжения V^* для сигналов обратных связей и Е_ном (номинальное значение ЭДС преобразователя при холостом ходе на всех выходах и номинальных значениях выходных напряжений) для выходных напряжений преобразователя, переписывают уравнения (1) в относительных единицах (о. е.) с учетом того, что

где
ζ_m= U_6m/U^* погрешность стабилизации выходных напряжений при нагрузке на всех выходах, m 1,2, N, о. е.

текущее значение выходных напряжений, m 1, 2, N, о. е.

После соответствующих преобразований получают:

где m 1, 2, N.

Переписывают выражения (3) в несколько ином виде:

Выражение (4) следует трактовать таким образом, что блок 2 управления позволяет по принципу заложенного управления осуществить соотношение

где m 1, 2, N,
т. е. задавшись погрешностью стабилизации напряжения по одному из N выходов, детерминированно получают погрешности стабилизации напряжений на остальных (N-1) выходах при любой нагрузке любого количества выходов.

Значения весовых коэффициентов β_m(m = 1,2, .... N) определяются, исходя из требуемых значений верхнего и нижнего пределов погрешностей стабилизации выходных напряжений ζ_mmax и ζ_mmin (m 1, 2, N) и статизмов внешних характеристик выходов источника δ₁, ... δ_N путем составления системы N уравнений, из которых (N-1) уравнений составляются по выражению (4), а N-м уравнением является уравнение

При этом для выходов, имеющих меньшее значение статизма внешней характеристики δ_m, по выражению (4) составляются уравнения при условии холостого хода данного выхода и нагрузки на остальных (N-1) выходах.

В результате получают

где d порядковый номер выхода с меньшим статизмом;
δ_dl статизм внешней характеристики выхода d при нагрузке выхода l и холостом ходе на остальных (N-1) выходах;
δ_dd статизм внешней характеристики выхода d при его нагрузке и холостом ходе на остальных (N-1) выходах;
δ_md статизм внешней характеристики выхода m при нагрузке выхода d и холостом ходе на остальных (N-1) выходах;
δ_ml статизм внешней характеристики выхода m при нагрузке выхода l и холостом ходе на остальных (N-1) выходах;
ζ_dmax верхний предел погрешности стабилизации напряжения на выходе d.

Для выходов, имеющих большее значение статизма внешней характеристики δ_m, по выражению (4) составляются уравнения при условии нагрузки на данном выходе и холостом ходе на остальных (N-1) выходах.

В результате получают уравнение вида

где i порядковый номер выхода с большим статизмом;
δ_ii статизм внешней характеристики выхода i при его нагрузке и холостом ходе на остальных (N-1) выходах;
δ_mi статизм внешней характеристики выхода m при нагрузке выхода i и холостом ходе на остальных (N-1) выходах;
ζ_imin нижний предел погрешности стабилизации напряжения на выходе i.

Очевидно суммарное количество уравнений, составляемых по выражениям (7) и (8), должно быть равно (N-1), а N-м уравнением является

Введение понятий "большее и меньшее значения статизмов внешних характеристик выходов" как критерия сравнительной оценки статизмов выходов источника означает, что в соответствии со значениями статизмов выходы могут быть выстроены в ряд либо в порядке возрастания статизмов, когда выход 1 имеет минимальное значение статизма внешней характеристики, а выход N максимальное значение, либо в порядке убывания статизмов, когда выход 1 имеет максимальное значение статизма внешней характеристики, а выход N минимальное значение. Если из этого ряда исключить выходы 1 и N с минимальным (максимальным) и максимальным (минимальным) значениями статизмов внешних характеристик, то из оставшихся (N-2) выходов выход 2 имеет наименьшее (наибольшее) значение статизма внешней характеристики, а выход (N-1) наибольшее (наименьшее) значение и т. д.

В соответствии с этим критерием определяется методика составления уравнений для расчета весовых коэффициентов.

Поскольку любой конечный ряд имеет начало и конец, возможны два равноправных способа составления уравнений системы, а именно:
1) первое уравнение составляется по выражению (7) для выхода с минимальным значением статизма внешней характеристики, а при одинаковых значениях статизмов внешних характеристик выходов для выхода с минимальными значениями заданных верхнего и нижнего пределов погрешностей стабилизации;
второе уравнение составляется по выражению (8) для выхода с максимальным значением статизма внешней характеристик, а при одинаковых значениях статизмов внешних характеристик выходов для выхода с максимальными значениями заданных верхнего и нижнего пределов погрешностей стабилизации;
третье уравнение составляется по выражению (7) для выхода с наименьшим значением статизма внешней характеристики из оставшихся (N-2) выходов, а при одинаковых значениях статизмов внешних характеристик для выхода с наименьшими значениями заданных верхнего и нижнего пределов погрешностей стабилизации;
четвертое уравнение составляется по выражению (8) для выхода с наибольшим значением статизма внешней характеристики из оставшихся (N-2) выходов, а при одинаковых значениях статизмов внешних характеристик для выхода с наибольшими значениями верхнего и нижнего пределов погрешностей стабилизации и далее указанным способом составляются остальные уравнения до (N-1)-го включительно;
2) первое уравнение составляется по выражению (8) для выхода с максимальным значением статизма внешней характеристики, а при одинаковых значениях статизмов для выхода с максимальными значениями пределов погрешностей стабилизации, второе уравнение составляется по выражению (7) для выхода с минимальным значением статизма внешней характеристики, а при одинаковых значениях статизмов внешних характеристиках для выхода с минимальными значениями пределов погрешностей стабилизации;
третье уравнение составляется по выражению (8) для выхода с наибольшим значением статизма из оставшихся (N-2) выходов, а при одинаковых значениях статизмов для выхода с наибольшими значениями пределов погрешностей стабилизации;
четвертое уравнение составляется по выражению (7) для выхода с наименьшим значением статизма из оставшихся (N-2) выходов, а при одинаковых значениях статизмов для выхода с наименьшими значениями пределов погрешностей стабилизации и далее указанным способом составляются остальные уравнения до (N-1)-го включительно.

В качестве иллюстрации сказанного выше проводится расчет весовых коэффициентов четырехвыходного источника питания со следующими статизмами внешних характеристик:

и следующими верхним и нижним пределами погрешностей стабилизации:

Составляют уравнения для расчета весовых коэффициентов по способу 1 при условии, что в выражениях (7) и (8) К > 1. Это условие соблюдается и во всех последующих расчетах.

В результате получают систему уравнений

из решения которой следует

Рассмотрим различные случаи нагрузок на выходах 1, 2, 3, 4.

а) Холостой ход выходов 1, 2, нагрузка выходов 3, 4.

По уравнению (4) получается следующее:

откуда следует ζ₁= 1,02,

б) Нагрузка выхода 1, холодной ход выходов 2, 3, 4.

По уравнению (4) получается следующее:

в) Нагрузка выхода 4, холостой ход выходов 1, 2, 3.

По уравнению (4) получается следующее:

г) Нагрузка выходов 1, 2, 3, 4.

По уравнению (4) получается следующее:

Составим уравнения для расчета весовых коэффициентов по способу 2.

В результате получается система уравнений

из решения которой следует

Рассмотрим различные случаи нагрузок на выходах 1, 2, 3, 4.

а) Холостой ход выходов 1, 2, нагрузка выходов 3, 4.

По уравнению (4) получается следующее:

б) Нагрузка выхода 1, холостой ход выходов 2, 3, 4.

По уравнению (4) получается следующее:

в) Холостой ход выходов 1, 2, 3, нагрузка выхода 4.

По уравнению (4) получается следующее:

г) Нагрузка выходов 1, 2, 3, 4.

По уравнению (4) получается следующее:
Таким образом, согласно проведенным расчетам, оба способа составления уравнений для расчета весовых коэффициентов позволяют осуществить стабилизацию выходных напряжений источника с заданными пределами погрешностей.

В случае двухвыходного источника, как следует из способов 1 и 2, первое уравнение системы из двух уравнений может быть составлено либо по выражению (7) для выхода с минимальным значением статизма, либо по выражению (8) для выхода с максимальным значением статизма, а второе уравнение
В качестве примера проводится расчет весовых коэффициентов для двухвыходного источника, имеющего следующие статизмы внешних характеристик:

и следующие погрешности стабилизации

Для составления первого уравнения используют выражение (7) для выхода 1. В результате получается система уравнений

для расчета весовых коэффициентов β₁ и β₂.

Решение системы β₁= 0,6254 и β₂= 0,3746.
Рассмотрим следующие случаи изменения нагрузок на выходах 1 и 2.

а) Полная нагрузка выходов 1 и 2.

По выражению (4) получается следующее:

б) Нагрузка выхода 1, холостой ход выхода 2.

в) Холостой ход выхода 1, нагрузка выхода 2.

Выражение (8) теперь используется для составления первого уравнения системы для выхода 2. В результате для расчета весовых коэффициентов β₁ и β₂ получают следующую систему уравнений:

откуда получают β₁= 0,787, β₂= 0,213.
Рассмотрим следующие случаи изменения нагрузок на выходах 1 и 2.

а) Полная нагрузка выходов 1 и 2.

По выражению (4) получается следующее:

б) Нагрузка выхода 1 и холостой ход выхода 2.

в) Холостой ход выхода 1 и нагрузка выхода 2.

Таким образом, оба способа составления системы уравнений для расчета весовых коэффициентов позволяют осуществлять стабилизацию выходных напряжений с заданными погрешностями и для двухвыходного источника.

В случае равенства статизмов внешних характеристик и значений верхнего и нижнего пределов погрешностей стабилизации выходных напряжений также составляется N уравнений для N выходов для расчета весовых коэффициентов. При этом в зависимости от значений верхнего и нижнего пределов погрешностей стабилизации весовые коэффициенты будут или равны, или не равны друг другу.

В качестве примера проводится расчет весовых коэффициентов для двухвыходного источника с одинаковыми статизмами внешних характеристик:

Положим, что заданные верхний и нижний пределы погрешностей стабилизации выходных напряжений равны

Воспользовавшись выражением (7) или выражением (8) для определения весовых коэффициентов, получают следующую систему уравнений:

откуда получают β₁= β₂= 0,5.
Рассмотрим следующие случаи изменения нагрузок на выходах 1 и 2.

В этом случае δ₁= δ₂= 0.
Выражение (4) используют для определения β₁ и β₂.
Получают
б) Полная нагрузка выходов 1 и 2.

В этом случае

далее по выражению (4) получают

в) Выходы 1 и 2 нагружены наполовину, т. е.

По выражению (4) получают

г) Полная нагрузка выхода 1 и холостой ход выхода 2, т. е.

По выражению (4) получают

д) Холостой ход выхода 1 и полная нагрузка выхода 2, т. е.

Произведя расчеты по выражению (4), получают ζ₁= 1,027, ζ₂= 0,973.
Из расчета также следует, что, если изменения напряжений выходов 1 и 2 и соответствующих сигналов обратных связей равны по величине и обратны по знаку, то уровни напряжений равны верхнему и нижнему пределам заданных погрешностей стабилизации.

Проводится расчет весовых коэффициентов β₁ и β₂ для того же источника при ζ_1max= ζ_2max= 1,03, ζ_1min= ζ_2min= 0,97.
Воспользовавшись выражением (7), например для выхода 1, получают следующую систему уравнений для расчета β₁ и β₂:

откуда получают β₁= 0,447 и β₂= 0,553.
Рассмотрим следующие случаи изменения нагрузок на выходах 1 и 2.

а) Полная нагрузка выходов 1 и 2.

По выражению (4) получается следующее:

б) Нагрузка выхода 1, холостой ход выхода 2.

По выражению (4) получается следующее:

откуда следует ζ₁= 0,97
, откуда следует ζ₂= 1,024.
в) Нагрузка выхода 2, холостой ход выхода 1.

По выражению (4) получается следующее:

откуда следует ζ₁= 1,03,
откуда следует ζ₂= 0,976.
В случае, когда выходы источника имеют одинаковые статизмы внешних характеристик, но разные значения погрешностей стабилизации, при составлении уравнений для расчета весовых коэффициентов необходимо для выходов с меньшими значениями погрешностей стабилизации использовать выражение (7), а для выхода с большими значениями погрешностей стабилизации выражение (8). Это можно пояснить на примере расчета весовых коэффициентов для двухвыходного источника со следующими значениями статизмов внешних характеристик:

и следующими значениями погрешностей стабилизации

Используя выражение (7) применительно к выходу 1 для составления первого уравнения системы для расчет весовых коэффициентов, получают

Решение системы: β₁= 0,6274, β₂= 0,3726,
Рассмотрим следующие случаи изменения нагрузок на выходах 1 и 2.

а) Нагрузка обоих выходов.

Про выражению (4) получается следующее:

откуда следует ζ₁= 1
б) Нагрузка выхода 1, холостой ход выхода 2.

По выражению (4) получается следующее:

в) Холостой ход выхода 1, нагрузка выхода 2.

По уравнению (4) получается следующее:

Используя выражение (8) применительно к выходу 2 для составления первого уравнения системы расчета весовых коэффициентов β₁ и β₂,, получают

откуда следует β₁= 0,75 и β₂= 0,25.
Рассмотрим следующие случаи изменения нагрузок на выходах 1 и 2.

а) Нагрузка выходов 1 и 2.

По выражению (4) получается следующее:

б) Нагрузка выхода 1, холостой ход выхода.

По выражению (4) получается следующее:

в) Холостой ход выхода 1, нагрузка выхода 2.

По выражению (4)

Таким образом, предлагаемый многовыходной стабилизированный источник напряжения питания позволяет улучшить качество стабилизации выходных напряжений источника и расширить его функциональные возможности.

Формула изобретения

Многовыходной стабилизированный источник напряжения питания, содержащий преобразователь напряжения с N выходами, вход которого подключен к выводам для подключения источника, а выходы соединены соответственно с выводами для подключения соответствующих нагрузок, блок управления, включающий в себя узел сравнения, первый вход которого подключен к формирователю задающего сигнала, второй вход к выходу первого делителя напряжения, вход которого соединен с выходом первого датчика напряжения, включенного на первом выходе преобразователя напряжения, усилитель сигнала рассогласования, вход которого подключен к выходу узла сравнения, и модулятор, вход которого соединен с выходом усилителя сигнала рассогласования, а выход подключен к управляющему входу преобразователя напряжения, отличающийся тем, что в него введены второй, третий, N-й датчики напряжений, второй, третий, N-й делители напряжений, а узел сравнения снабжен третьим, четвертым, (N + 1)-м входами, причем второй, третий, N-й датчики напряжений включены соответственно на втором, третьем, N-м выходах преобразователя напряжения, с которыми соединены входы соответственно второго, третьего, N-го делителей напряжений, выходами подключенных соответственно к третьему, четвертому, (N + 1)-му входам узла сравнения, при этом весовые коэффициенты передачи делителей напряжений рассчитаны, исходя из заданных верхнего и нижнего пределов погрешностей стабилизации выходных напряжений и статизмов внешних характеристик выходов многовыходного источника напряжения питания, путем составления система N уравнений, из которых (N 1) уравнений составляются по выражению (1) для выходов, имеющих меньшие значения статизмов внешних характеристик, а при одинаковых значениях статизмов их внешних характеристик для выходов, имеющих меньшие значения заданных верхнего и нижнего пределов погрешностей стабилизации напряжений

где d порядковые номера указанных выходов;
ζ_dmax верхний предел погрешности стабилизации напряжения на выходе d;
δ_dl, δ_dd статизмы внешней характеристики выхода d соответственно при нагрузке только выхода l и нагрузке только выхода d;
δ_ml, δ_md статизмы внешней характеристики выхода m соответственно при нагрузке только выхода l и нагрузке только выхода d;
β_m весовой коэффициент передачи m-го делителя напряжения;
K общий коэффициент передачи усилителя сигнала рассогласования, модулятора и преобразователя напряжения,
и по выражению (2) для выходов, имеющих большие значения статизмов внешних характеристик, а при одинаковых значениях статизмов их внешних характеристик для выходов, имеющих большие значения заданных верхнего и нижнего пределов погрешностей стабилизации напряжений

где i порядковые номера указанных выходов;
ζ_imin нижний предел погрешности стабилизации напряжения на выходе i;
δ_ii статизм внешней характеристики выхода i при нагрузке только этого выхода;
δ_mi статизм внешней характеристики выхода m при нагрузке только выхода i,
а N-е уравнение

при этом для N > 2 первые два уравнения из (N 1) уравнений составляются по выражениям (1) и (2) соответственно для выходов с минимальным и максимальным значениями статизмов внешних характеристик, а при одинаковых значениях статизмов внешних характеристик для выходов с минимальными и максимальными значениями заданных верхнего и нижнего пределов погрешностей стабилизации, вторые два уравнения составляются по выражениям (1) и (2) соответственно для выходов с наименьшим и наибольшим значениями статизмов внешних характеристик из оставшихся (N 2) выходов, а при одинаковых значениях статизмов внешних характеристик для выходов с наименьшими и наибольшими значениями заданных верхнего и нижнего пределов погрешностей стабилизации, третьи два уравнения составляются по выражениям (1) и (2) соответственно для выходов с наименьшим и наибольшим значениями статизмов внешних характеристик из оставшихся N 4 выходов, а при одинаковых значениях статизмов внешних характеристик для выходов с наименьшими и наибольшими значениями заданных верхнего и нижнего пределов погрешностей стабилизации и далее указанным способом составляются остальные уравнения до N 1 включительно, а для N 2 первое уравнение составляется по выражениям (1) или (2) соответственно для выхода с минимальным или максимальным значениями статизмов внешних характеристик, а при одинаковых значениях статизмов внешних характеристик соответственно для выхода с минимальными или максимальными значениями заданных верхнего и нижнего пределов погрешностей стабилизации.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3