Резервированный источник питания постоянного напряжения

Изобретение относится к электротехнике, в частности к источникам вторичного электропитания ответственной радиоэлектронной аппаратуры. Технический результат - повышение качества напряжения. Резервированный источник питания постоянного напряжения содержит входные клеммы (1) и (2), подключенные к источнику первичного питания и являющиеся входами каналов стабилизированных преобразователей напряжения, в состав каждого канала входит усилитель (3) мощности, входы которого соединены со входами канала, а выход подключен к первичной обмотке трансформатора (4), крайние выводы вторичной обмотки которого соединены со входом силового выпрямителя (5), сглаживающий фильтр (6), входы которого подключены к выходу силового выпрямителя (5) и к средней точке вторичной обмотки трансформатора (4), первый вывод соединен с первым выводом делителя напряжения на резисторах (7) и (8) и анодом развязывающего диода (9), а второй вывод подключен ко второму выводу делителя напряжения и второму выходу канала, причем катод развязывающего диода (9) соединен с первым выходом канала, а средний вывод делителя напряжения подключен к первому управляющему входу узла (10) управления, первый выход которого соединен с первым управляющим входом усилителя (3) мощности, а второй выход - со вторым управляющим входом усилителя (3) мощности, выпрямительный диод (11), фильтрующую цепь (12), усилитель рассогласования (13) и отсекающий диод 14, причем в каждом канале вход выпрямительного диода (11) соединен с одним из крайних выводов вторичной обмотки трансформатора, выход выпрямительного диода (11) подключен ко входу фильтрующей цепи (12), выход фильтрующей цепи (12) первого канала соединен с первым входом усилителя (13) рассогласования первого канала и со вторым входом усилителя (13) рассогласования второго канала, выход фильтрующей цепи (12) второго канала соединен с первым входом усилителя (13) рассогласования второго канала и вторым входом усилителя (13) рассогласования первого канала, причем выходы усилителей рассогласования каждого канала через отсекающий диод (14) подключены ко второму управляющему входу узла 10 управления соответствующего канала. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к источникам вторичного электропитания ответственной радиоэлектронной аппаратуры.

Известен стабилизированный преобразователь постоянного напряжения, содержащий задающий генератор, генератор пилообразного напряжения, компаратор, усилитель мощности, выпрямитель, фильтр, цепь обратной связи, делитель частоты и два селектора, причем вход делителя подключен к задающему генератору, входы селекторов - к выходам делителя и выходу компаратора, а выходы селекторов - ко входу усилителя мощности [1].

Известный стабилизированный преобразователь постоянного напряжения позволяет получить высокое качество выходного напряжения и имеет надежность, достаточную для широкого спектра радиоэлектронной аппаратуры. Недостатком известного стабилизированного преобразователя является то, что для особо ответственных потребителей, например, наземных источников питания бортовой радиоаппаратуры ракетных комплексов, надежность известного устройства является недостаточной, в связи с чем возникает необходимость резервирования стабилизированных преобразователей постоянного напряжения.

Наиболее близким к предлагаемому по своей технической сущности является резервированный источник питания постоянного напряжения, содержащий N параллельно включенных конверторных ячеек, управляющие входы которых соединены с выходом узла управления, узел контроля целостности конверторных ячеек, выполненный с использованием элементов И, НЕ, ИЛИ-НЕ и пикового детектора, причем входы элемента И соединены с синфазными промежуточными выходами конверторных ячеек, а вход элемента НЕ - с выходом узла управления, входы элемента ИЛИ-НЕ подключены к выходам элементов И и НЕ, а выход - к входу пикового детектора [2].

Известный резервированный источник питания постоянного напряжения имеет надежность, достаточную для питания особо ответственных потребителей. Недостатком известного резервированного источника питания является то, что из-за разброса параметров уставки каналов резервированного источника питания один из каналов, выходное напряжение которого, пусть и незначительно, превышает напряжение других каналов, становится ведущим и своим выходным напряжением запирает схемы управления остальных каналов. При нормальной работе резервированного источника питания, т.е. при исправности всех каналов, а также при отказе любого канала, кроме ведущего, данный недостаток никак не влияет на качество выходного напряжения источника питания и им можно пренебречь. Однако при отказе ведущего канала из-за инерционности схемы управления резервного канала и из-за наличия реактивных элементов в его силовой цепи на время переходных процессов возникает провал напряжения на выходе резервированного источника питания, что является недопустимым для радиоэлектронной аппаратуры.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что в резервированный источник питания постоянного напряжения, содержащий первый и второй каналы стабилизированных преобразователей напряжения, входы которых соединены параллельно и подключены к источнику первичного питания, выходы соединены параллельно и подключены к нагрузке, в состав каждого канала входит усилитель мощности, входы которого соединены со входами канала, а выход подключен к первичной обмотке трансформатора, крайние выводы вторичной обмотки которого соединены со входом силового выпрямителя, сглаживающий фильтр, входы которого подключены к выходу силового выпрямителя и к средней точке вторичной обмотки трансформатора, первый вывод соединен с первым выводом делителя напряжения и анодом развязывающего диода, а второй вывод подключен ко второму выводу делителя напряжения и второму выходу канала, причем катод развязывающего диода соединен с первым выходом канала, а средний вывод делителя напряжения подключен к первому управляющему входу узла управления, первый выход которого соединен с первым управляющим входом усилителя мощности, а второй выход - со вторым управляющим входом усилителя мощности, в каждый его канал введены выпрямительный диод, фильтрующая цепь, усилитель рассогласования и отсекающий диод, причем в каждом канале вход выпрямительного диода соединен с одним из крайних выводов вторичной обмотки трансформатора, выход выпрямительного диода подключен ко входу фильтрующей цепи, выход фильтрующей цепи первого канала соединен с первым входом усилителя рассогласования первого канала и со вторым входом усилителя рассогласования второго канала, выход фильтрующей цепи второго канала соединен с первым входом усилителя рассогласования второго канала и вторым входом усилителя рассогласования первого канала, причем выходы усилителей рассогласования каждого канала через отсекающий диод подключены ко второму управляющему входу узла управления соответствующего канала.

В состав усилителя мощности резервированного источника питания постоянного напряжения входит мостовой преобразователь напряжения на транзисторах, первая диагональ мостового преобразователя соединена со входами усилителя мощности, вторая диагональ мостового преобразователя через развязывающий конденсатор соединена с выходами усилителя мощности, а управляющие входы транзисторов мостового преобразователя через драйверы управления соединены с управляющими входами усилителя мощности.

В состав узла управления входит задающий генератор, выход которого соединен со входом генератора пилообразного напряжения и входом триггера, выходы которого подключены к первым входам двух селекторов, вторые входы которых соединены с выходом компаратора, первый вход которого соединен с выходом генератора пилообразного напряжения, а второй вход подключен к выходу усилителя сигнала рассогласования, входы которого являются управляющими входами узла управления, причем второй вход усилителя сигнала рассогласования через резистор соединен с выходом источника опорного напряжения, а выходы селекторов являются выходами узла управления.

В состав фильтрующей цепи входит резистор и конденсатор, первый вывод резистора является входом фильтрующей цепи, а второй соединен с первым выводом конденсатора, причем выводы конденсатора являются выходами фильтрующей цепи.

Предложенное техническое решение позволяет обеспечить подгрузку резервного канала источника питания постоянного напряжения, что позволяет в случае отказа основного канала исключить провалы выходного напряжения, тем самым обеспечивая высокое качество напряжения даже в аварийных режимах.

На чертеже приведена функциональная схема резервированного источника питания постоянного напряжения, состоящего из двух каналов.

Резервированный источник питания постоянного напряжения содержит входные клеммы 1 и 2, подключенные к источнику первичного питания и являющиеся входами каналов стабилизированных преобразователей напряжения, в состав каждого канала входит усилитель 3 мощности, входы которого соединены со входами канала, а выход подключен к первичной обмотке трансформатора 4, крайние выводы вторичной обмотки которого соединены со входом силового выпрямителя 5, сглаживающий фильтр 6, входы которого подключены к выходу силового выпрямителя 5 и к средней точке вторичной обмотки трансформатора 4, первый вывод соединен с первым выводом делителя напряжения на резисторах 7 и 8 и анодом развязывающего диода 9, а второй вывод подключен ко второму выводу делителя напряжения и второму выходу канала, причем катод развязывающего диода 9 соединен с первым выходом канала, а средний вывод делителя напряжения подключен к первому управляющему входу узла 10 управления, первый выход которого соединен с первым управляющим входом усилителя 3 мощности, а второй выход - со вторым управляющим входом усилителя 3 мощности, выпрямительный диод 11, фильтрующую цепь 12, усилитель 13 рассогласования и отсекающий диод 14, причем в каждом канале вход выпрямительного диода 11 соединен с одним из крайних выводов вторичной обмотки трансформатора, выход выпрямительного диода 11 подключен ко входу фильтрующей цепи 12, выход фильтрующей цепи 12 первого канала соединен с первым входом усилителя 13 рассогласования первого канала и со вторым входом усилителя 13 рассогласования второго канала, выход фильтрующей цепи 12 второго канала соединен с первым входом усилителя 13 рассогласования второго канала и вторым входом усилителя 13 рассогласования первого канала, причем выходы усилителей рассогласования каждого канала через отсекающий диод 14 подключены ко второму управляющему входу узла 10 управления соответствующего канала. Выходные клеммы 15 и 16 источника питания соединяются с нагрузкой.

В состав усилителя 3 мощности канала резервированного источника питания постоянного напряжения входит мостовой преобразователь напряжения на транзисторах 17...20, первая диагональ мостового преобразователя соединена со входами усилителя мощности, вторая диагональ мостового преобразователя через развязывающий конденсатор 21 соединена с выходами усилителя мощности, а управляющие входы транзисторов мостового преобразователя через драйверы 22 и 23 управления соединены с управляющими входами усилителя мощности.

В состав узла 10 управления входит задающий генератор 24, выход которого соединен со входом генератора 25 пилообразного напряжения и входом триггера 26, выходы которого подключены к первым входам селекторов 27 и 28, вторые входы которых соединены с выходом компаратора 29, первый вход которого соединен с выходом генератора 25 пилообразного напряжения, а второй вход подключен к выходу усилителя 30 сигнала рассогласования, входы которого являются управляющими входами узла управления, причем второй вход усилителя сигнала рассогласования через резистор 31 соединен с выходом источника 32 опорного напряжения, а выходы селекторов являются выходами узла управления.

В состав фильтрующей цепи 12 входит резистор 33 и конденсатор 34, первый вывод резистора 33 является входом фильтрующей цепи, а второй соединен с первым выводом конденсатора 34, причем выводы конденсатора 34 являются выходами фильтрующей цепи 12.

Так как резервированный источник питания состоит из двух идентичных каналов, то принцип его работы рассмотрим на примере одного канала. Устройство работает следующим образом. При подаче первичного питания на входные клеммы 1 и 2 резервированного источника напряжение питания поступает на входы усилителя 3 мощности и на узел управления 10. Задающий генератор 24 узла 10 управления начинает формировать прямоугольные импульсы положительной полярности, частота которых равна удвоенной частоте преобразования усилителя 3 мощности. Импульсы положительной полярности с выхода задающего генератора 24 поступают на вход счетного триггера 26 и вход генератора 25 пилообразного напряжения. На выходе генератора 25 формируются однополярные импульсы пилообразной формы с частотой задающего генератора 24, а на выходах триггера 26 появляются прямоугольные импульсы типа “меандр”, частота которых равна частоте преобразования усилителя 3 мощности. Фаза импульсов на первом выходе триггера 26 равна 0 градусов, фаза импульсов на втором выходе триггера 26 равна 180 градусов. Пилообразные импульсы, формируемые генератором 25 пилообразного напряжения, сравниваются на входе компаратора 29 с сигналом рассогласования усилителя 30 сигнала рассогласования, в результате чего на выходе компаратора 29 образуются прямоугольные импульсы положительной полярности, длительность которых определяется результатами сравнения опорного напряжения источника 32 опорного напряжения и напряжения обратной связи, снимаемого со средней точки делителя напряжения на резисторах 7 и 8. Выходные импульсы компаратора 29 разделяются на два канала с фазами 0 и 180 градусов селекторами 27 и 28, управляемых триггером 26, и поступают на управляющие входы усилителя 3 мощности. Дальнейшее преобразование импульсов управления в усилителе 3 мощности осуществляется драйверами 22 и 23 управления. Драйверы 22 и 23 управления предназначены для преобразования маломощных входных импульсов усилителя мощности в мощные сигналы управления транзисторами 17...20 и передачи этих сигналов на входы взвешенных транзисторов 17 и 19. Подобные драйверы управления являются типовыми и выпускаются в виде законченных устройств известными фирмами, например. Motorola, International Rectifier, SGS Thomson. В качестве примера можно привести микросхемы IR2110, IR2113, HCPL315, HCPL316J. Преобразованные драйверами 22 и 23 управления сигналы поочередно открывают либо транзисторы 17 и 20, либо транзисторы 18 и 19. При этом на первичной обмотке трансформатора 4 наводится переменное прямоугольное напряжение с амплитудой напряжения питания и скважностью прямоугольных импульсов, определяемых узлом 10 управления. Прямоугольное напряжение необходимой амплитуды, определяемое коэффициентом трансформации трансформатора 4, выпрямляется силовым выпрямителем 5 и фильтруется сглаживающим фильтром 6. Постоянное стабилизированное напряжение с выхода сглаживающего фильтра 6 через развязывающий диод 9 поступает на выход канала, где объединяется с напряжением другого канала. Функция развязывающего диода 9 заключается в отсекании неисправного канала, в случае отказа его выходных элементов, для сохранения функционирования исправного канала.

Рассмотрим работу канала резервированного источника питания в динамическом режиме. Предположим выходное напряжение канала в результате воздействия внешних факторов снизилось, в результате чего снизилось и напряжение, снимаемое со средней точки делителя напряжения на резисторах 7 и 8, т.е. стало ниже напряжения уставки источника 32 опорного напряжения. На входах усилителя 30 появляется сигнал рассогласования, в результате чего его выходное напряжение увеличивается, что приводит к увеличению длительности прямоугольных импульсов на выходе компаратора 29, а следовательно, и на управляющих входах усилителя 3 мощности. Выходное напряжение канала увеличивается и становится равным номинальному. Аналогично система стабилизации канала действует в динамическом режиме и при повышении выходного напряжения.

Рассмотрим совместную работу обоих каналов. Предположим напряжение на входе развязывающего диода 9 первого (верхнего на чертеже) канала в результате технологического разброса или воздействия внешних факторов стало выше аналогичного напряжения второго канала. Развязывающий диод 9 второго канала при этом запирается, второй канал переходит в режим холостого хода и его система стабилизации выходного напряжения, отрабатывая возникающий при этом режим прерывистых токов, начинает уменьшать длительность импульсов управления практически до нуля. Такой перекос по распределению нагрузок каналов опасен тем, что отказ нагруженного канала приводит к появлению переходных процессов в выходном напряжении на время перехода резервного канала в нагруженное состояние из-за наличия реактивных элементов в сглаживающем фильтре и узле управления. Для исключения такого режима приняты следующие меры. Импульсы со вторичных обмоток трансформаторов 4 выпрямляются выпрямительными диодами 11 и фильтруются фильтрующими цепями 12. Если нагружен первый канал, длительность его импульсов больше и выходное напряжение фильтрующей цепи 12 первого канала больше выходного напряжения фильтрующей цепи 12 второго канала. В результате на выходе усилителя 13 рассогласования второго канала появляется положительное напряжение, которое через отсекающий диод 14 увеличивает напряжение уставки второго канала, что приводит к подгрузке второго канала. В этом случае отказ первого (нагруженного) канала не приводит к катастрофическим перепадам выходного напряжения резервированного источника питания, что позволяет использовать предлагаемый источник для питания особо ответственной радиоаппаратуры.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР № 479101, кл. G 05 f 1/64, 1973.

2. Авторское свидетельство СССР №1312678, кл. H 02 j 9/00, 1985.

1. Резервированный источник питания постоянного напряжения, содержащий первый и второй каналы стабилизированных преобразователей напряжения, входы которых соединены параллельно и подключены к источнику первичного питания, выходы соединены параллельно и подключены к нагрузке, в состав каждого канала входит усилитель мощности, входы которого соединены со входами канала, а выход подключен к первичной обмотке трансформатора, крайние выводы вторичной обмотки которого соединены со входом силового выпрямителя, сглаживающий фильтр, входы которого подключены к выходу силового выпрямителя и к средней точке вторичной обмотки трансформатора, первый вывод выхода сглаживающего фильтра соединен с первым выводом делителя напряжения и анодом развязывающего диода, а второй вывод выхода сглаживающего фильтра подключен ко второму выводу делителя напряжения и второму выходу канала, причем катод развязывающего диода соединен с первым выходом канала, а средний вывод делителя напряжения подключен к первому управляющему входу узла управления, первый выход которого соединен с первым управляющим входом усилителя мощности, а второй выход - со вторым управляющим входом усилителя мощности, отличающийся тем, что в каждый канал резервированного источника питания постоянного напряжения введены выпрямительный диод, фильтрующая цепь, усилитель рассогласования и отсекающий диод, причем в каждом канале вход выпрямительного диода соединен с одним из крайних выводов вторичной обмотки трансформатора, выход выпрямительного диода подключен ко входу фильтрующей цепи, выход фильтрующей цепи первого канала соединен с первым входом усилителя рассогласования первого канала и со вторым входом усилителя рассогласования второго канала, выход фильтрующей цепи второго канала соединен с первым входом усилителя рассогласования второго канала и вторым входом усилителя рассогласования первого канала, причем выходы усилителей рассогласования каждого канала через отсекающий диод подключены ко второму управляющему входу узла управления соответствующего канала.

2. Резервированный источник питания постоянного напряжения по п.1, отличающийся тем, что в состав усилителя мощности входит мостовой преобразователь напряжения на транзисторах, первая диагональ мостового преобразователя соединена со входами усилителя мощности, вторая диагональ мостового преобразователя через развязывающий конденсатор соединена с выходами усилителя мощности, а управляющие входы транзисторов мостового преобразователя через драйверы управления соединены с управляющими входами усилителя мощности.

3. Резервированный источник питания постоянного напряжения по п.1, отличающийся тем, что в состав узла управления входит задающий генератор, выход которого соединен со входом генератора пилообразного напряжения и входом триггера, выходы которого подключены к первым входам двух селекторов, вторые входы которых соединены с выходом компаратора, первый вход которого соединен с выходом генератора пилообразного напряжения, а второй вход подключен к выходу усилителя сигнала рассогласования, входы которого являются управляющими входами узла управления, причем второй вход усилителя сигнала рассогласования через резистор соединен с выходом источника опорного напряжения, а выходы селекторов являются выходами узла управления.

4. Резервированный источник питания постоянного напряжения по п.1, отличающийся тем, что в состав фильтрующей цепи входит резистор и конденсатор, первый вывод резистора является входом фильтрующей цепи, а второй соединен с первым выводом конденсатора, причем выводы конденсатора являются выходами фильтрующей цепи.