Стабилизированный источник постоянного напряжения

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ щ 650 l77

Со|се Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 18.06.76 (21) 2372980/24-07 с присоединением заявки № (51) М. Кл в

Н 02 М 3/28 по делам нэобретеннй (43) ОпУбликовано 28.02.79. Бюллетень № 8 (53) УДК 621.316.722. .1(088.8) и открытий (45) Дата опубликования описания 30.01.79 (72) Авторы изобретения

В. П. Борисов и И. И. Колосков (71) Заявитель (54) СТАБИЛИЗИРОВАННЬ1й ИСТОЧНИК ПОСТОЯННОГО

НАПРЯЖЕН ИЯ

ГасУдаРственный комитет (23) Приоритет

Изобретение относится к области электротехнике и предназначено для использования во вторичных источниках электропитания

ЦВМ и электроавтоматики.

Известен стабилизированный источник напряжения, в котором входное напряжение распределено между последовательно включенными преобразовательными ячейками, соединенными через выпрямитель и индуктивно-емкостной фильтр с выходными за- 10 жимами, причем все ячейки управляются синхронно от устройства управления с широтно-импульсным модулятором (11.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является стабилизированный 15 источник постоянного напряжения, содержащий соединенные последовательно и подключенные к выходным выводам Л преобразовательных ячеек постоянного напряжения в переменное, выход каждой из которых 2О через соответствующий выпрямитель подключен к параллельно соединенным выходным выводам, конденсатору фильтра и входу управляющего блока, и М регулирующих элементов, вход, по меньшей мере, одного 26 из которых соединен с выходом управляющего блока (2).

Недостатками известного устройства являются относительно большие габариты, недостаточно высокий КПД, большая динами- 30 ческая нестабильность выходного напряжения источника.

Целью изобретения является уменьшение габаритов стабилизированного источника напряжения, повышение его КПД, уменьшение динамической нестабильности выходного напряжения.

Поставленная цель достигается тем, что в стабилизированном источнике постоянного напряжения, содержащем соединенные последовательно и подключенные к выходным выводам К преобразовательных ячеек постоянного напряжения в переменное, выход каждой из которых через соответствующий выпрямитель подключен к параллельно соединенным выходным выводам, конденсатору фильтра и входу управляющего блока, и М регулирующих элементов, вход, по меньшей мере, одного из которых соединен с выходом управляющего блока, новым является то, что выход каждого из регулирующих элементов подключен параллельно питающей цепи или выходной цепи соответствующей из указанных преобразовательных ячеек, а вход L из числа регулирующ!Iх элементов соединен с выходом дополнптель 10 введенного упр авляющсго блока с L — позиционной релейной характеристики, входом соединенно:о с выходными выводами, приче,1 общее количество регулиру650177

55 б0 б5 ющих элементов М удовлетворяет условию

М(У вЂ” 1, а число регулирующих элементов

L условию 1. (М, где М, N, L целые положительные числа, кроме того, параметры L ячеек выбраны так, чтобы напря>кения на них распределялись в соотношении

1:2:4 ...

На фиг. 1 приведена структурная схема; фиг. 2 — принципиальная схема некоторых основных узлов стабилизированного источника постоянного нанря>кения.

Стабилизированный источник напряжсния содержит подключенные к входным выводам 1 и соединенные последовательно преобразовательные ячейки 2 — 6, подключенные через выпрямители 7 к выходным выводам 8 и конденсатору 9 фильтра. Ячейки

5, 6 шунтированы по входу регулирующими элементами 10, 11, управляемыми с помощью дополнительно введенного управляющего блока 12. Ячейки 2, 3 шунтированы по выходу регулирующими элементами, в состав которых входят дополнительные выпрямители 13 и ключевые элементы 14,15, управляемые с помощью управляющего блока 16. Коммутация ячеек 2, 3 осуществляется с помощью задающего генератора 17, который может быть использован также и для коммутации ячеек 4 — 6.

С помощью ячеек осуществляется преобразование постоянного напряжения в переменное прямоугольной формы и согласование его с требуемым уровнем выходного напряжения. В состав ячеек входят транзисторы 18 и трансформатор 19, в частности, включенные по мостовой схеме (фиг. 2).

Диоды 20, 21 являются элементами одного из выпрямителей 7. Диоды 22 (и 21) относятся к одному из выпрямителей 13. Транзистор 23 выполняет роль элементов 14 или

15. Элементы 10, 11 также могут быть выполнены в виде отдельного транзистора.

В процессе работы источника, независимо от изменения питающего напряжения, подаваемого на выводы 1, осуществляется непрерывное возбуждение транзисторов ячеек

2 — 6, для чего используются задающий генер атор 17 или схемы самовозбуждения (например, генераторы,по схеме Ройера), которые могут входить в состав ячеек 4 — 6.

В результате постоянное питающее напряжение преобразуется в переменное прямоугольной формы, которое через трансформатор (имеется в каждой из ячеек 2 — 6) и выпрямитель 7 подается на выходные выводы

8 источника.

В режиме работы, когда элементы 10, 11, 14, 15 находятся в отключенном состоянии, питающее напряжение распределяется между всеми ячейками 2 — 6. При этом, если коэффициенты трансформации всех трансформаторов ячеек выбрать одинаковыми, напряжение питания будет равномерно распределено между всеми ячейками и соответ5

40 с гвснно i ок нагрузки будет равномерно распределен между всеми выпрямителями 7.

Состояние элементов 10, 11, 14, 15 определяется выходными сигналами управляющих блоков 12, 16, из которых блок 12 осуществляет слежение за величиной питающего напряжения, а блок 16 — за величиной выходного напряжения.

Если из исходного состояния, когда элсменты 10, 11, 14, 15 были в отключенном состоянии, п на выводах 1 начнет уменьшаться, одноврсменно будет уменьшаться и выходное напряжение источника.

11рн некотором значении последнего, определяемом установкой блока 16, блок выдает сигнал на включение, например, элемента 14, который замкнет накоротко (через диоды выпрямителя 13) обмотку трансформатора ячейки 2, в результате чего напряжение на ней уменьшиться практически до1 нуля.

Вследствие этого, питающее напряжение распределится только между оставшимися ячейками 3 — 6, напряжение на каждой из них станет больше, и следовательно, напряжение на выводах 8 вновь установится достаточно близким к номинальному. значению.

При дальнейшем уменьшении напряжения на выводах 1 ttо сигналам блоков 16, 12 будут поочередно замыкаться элементы 15, затем — 10 и 11. В результате при минимальном напряжении питания последнее будет приложено только к ячейке 4, через которую (и через соответствующий выпрямитель 7) напряжение будет передаваться в цепь нагрузки — на выводы 8.

Элементы 14, 15 могут переводиться в замкнутое состояние по соответствующим сигналам блока 16 также и при увеличении тока нагрузки и неизменном напряжении питания. В этом случае увеличение тока нагрузки вызывает соответствующее увеличение тока каждой ячейки и выпрямителя 7, падение напряжения на их внутреннем сопротивлении увеличивается и соответственно у.меньшается напряжение на выводах 8, что вызывает переключение блока 16 и элементов 14, 15 и т. д.

Конденсатор 9 служит для подавления высокочастотной импульсной составляющей в выходном напряжении источника. В предложенном источнике точность стабилизации выходного напряжения определяется отношением наименьшего из напряжений на входных выводах замыкаемых ячеек (2, 3, 5, 6) к напряжению питания — на выводах 1. Для повышения точности стабилизации необходимо увеличивать количество коммутируемых ячеек. Один и тот же диапазон регулирования напряжения может быть перекрыт минимальным количеством замыкаемых регулирующими элементами ячеек, если напряжение на каждой из последних выбрать исходя из соотношения

650177

1: 2: 4 ... Напряжение на ячейках задается путем соответствующего выбора соотношения витков первичных обмоток трансформаторов ячеек.

Действительно, пусть напряжение на ячейке 2 выбрано, равным 3 от напряжения на выводах 1, на ячейке 3 — 6/p, на ячейке 5 — 12О/о и на ячейке 6 — 24О/о. Притаком распределении напряжение на выводах

1 может изменяться на 40 /О (суммарное значение напряжений на всех ячейках), а напряжение на выводах 8 будет при этом изменяться не более, чем на 3 /О. Для достижения того же эффекта при равномерном распределении напряжений на замыкаемых ячейках понадобилось бы не менее 14 штук последних.

Точность стабилизации напряжения на выводах 8 можно существенно повысить, если один из регулирующих элементов (например, 14) выполнить работающим в линейном режиме. В этом случае целесообразно подключать такой элемент к ячейке с наименьшим напряжением на ее входных выводах, что позволяет свести к минимуму потери мощности, а все прочие регулирующие элементы (в частности, 15) включать к входным выводам соответствующей ячейки (аналогично 10, 11), что позволяет упростить блок управления. Линейный режим работы элемента 14 достигается путем использования для его управления обычной схемы отрицательной обратной связи, применяемой в линейных стабилизаторах напряжения и подключаемой к выходным выводам 8.

В этом варианте широкий диапазон регулирования (или «Грубая» стабилизация) выходного напряжения осуществляется с помощью ключевых элементов, которые работают описанным выше образом, а точная стабилизация, качество которой может быть получено не хуже, чем у линейного стабилизатора напряжения, осуществляется с помощью относительно маломощной цепи — с элементом 14.

В любом из рассмотренных вариантов стабилизированного источника достигается динамическая нестабильность его выходного напряжения (при быстром изменении напряжения питания или тока нагрузки), практически равная его статической нестабильности (при медленном изменении напряжения или тока в тех же пределах). Это достигается тем, что в данной схеме отсутствуют индуктивно-емкостные фильтры, являющиеся основной причиной большой динамической нестабильности выходного напря.кения в указанном прототипе данного изобретения.

Поскольку в данном источнике отсутствует широтно-импульсная модуляция регулируемого напряжения, коммутационные потери мощности в нем относительно невелики — как известно, они определяются отно10

Зо

65 ситсльной длительностью процесса переключения и проводящего состояния коммутирующего элемента. Последнее в данном предложении максимально и равно длительности полупериода коммутации. Следовательно, КПД предложенного источника должен быть выше, чем прототипа.

Относительно малые потери мощности и отсутствие энергоемкого пндуктивно-емкостного фильтра позволяет уменьшить габариты данного источника.

В практических схемах предложенного источника количество ячеек 2 — 6 могут быть увеличено нли уменьшено. Ячейки могут быть реализованы на основе мостового транзисторного инвертора с трансформатором в диагонали (фиг. 2). В этом случае функции элементов 10, 11 могут выполнять транзисторы моста 18 — если, например, путем особого построения блока управления обеспечить одновременное открытое состояние двух последовательно включенных транзисторов, то это будет эквивалентно замыканию всего места дополнительным ключевым элементом. Прп этом усложняется блок управления, но упрощается силовая часть источника.

Формула изобретения

1. Стабилизированный источник постоянного напряжения, содержащий соединенные последовательно и п„дключенные к входным выводам A преобразовательных ячеек постоянно,о напряжения в переменное, выход каждой из которых через соответствующий выпрямитель подключен к параллельно соединенным выходным выводам, конденсатору фильтра и входу управляющего блока, и

М регулирующих элементов, вход, по меньшей мере, одного из которых соединен с выходом управляющего блока, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения КПД, уменьшения габаритов источника и динамической нестабильности его выходного напряжения, выход каждого из регулирующих элементов подключен параллельно питающей цепи или выходной цепи, соответствующей из указанных преобразовательных ячеек, а вход L из числа регулирующих элементов соединен с выходом дополнительно введенного управляющего блока с L-позиционной релейной характеристикой, входом соединенного с входными выводами, причем общее количество регулирующих элементов М удовлетворяет условию M(N — 1, а число регулирующих элементов L — условию L(M, где М, Л, L — целые положительные числа.

2. Стабилизированный источник по п. 1, отличающийся тем, что, с целью упрощения, параметры L ячеек выбраны так, чтобы напряжения на них распределялись в соотношении 1: 2: 4 ...

650177

Составитель С. Горбачева

Техред Н. Строганова

Корректоры: Е. Хмелева и Т, Добровольская

Редактор Ю. Челюканова

Заказ 2715 16 Изд. № 160 Тираж 865 Подписное

НПО Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Типография, пр. Сапунова, 2

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США № 3409818, кл. 321 — 2, 1968.

2. Устройства вторичных источников электропитания РЭА, МДНТП имени Ф. Э. Дзержинского, М., 1976, с. 56.