Многозвенный импульсный стабилизатор напряжения

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Соеетскнк

Социалистических

Ресиублнк (ii>991389

S ъ г

«« г (61) Дополнительное к авт. саид-ву— (22) Заявлено 10.04.81. (21) 3274385/24-07 (И1М Кл з с присоединением заявки М— (23) Приоритет—

С 05 Р 1/56 ($3) УДК 6 21. 316.

° 722.1(088,8) Государственный комитет

СССР но делам изобретений н открытий

Опубликовано 230183. Бюллетень М 2

Дата опубликования описания 23.01. 83.; (72) Авторы изобретения

М. Г.Тылес, А. F Àíòîíaâ, А.В. Тюрин и А.Е.Николаева

»»»

»». (73) Заявитель (54) МНОГОЗВЕННЫЙ ИМПУЛЬСНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ.

Изобретение относится к радио-. технике и приборостроению, а именно к вторичным источникам питания, и может быть использовано в источниках стабилизированного напряжения постоянного тока.

Известен многозвенный импульсный стабилизатор напряжения, содержащий силовые транзисторные ключи, дроссеяиа и дйоды. Каждое звено стабилизатора выполнено с ключевым транэисторбм, база которого подключена к зажиму источника управляющего напряжения, эмйттер — к общей шике, а коллектор через дроссель — к одному из зажимов сопротивления нагрузки и через переход катод-анод диода — к другому зажиму этого же сопротивления 1).

Недостатком стабилизатора является неравномерность загрузки звеньев по току, обусловленная взаимным влиянивы звеньев при работе на общую нагрузку и неизбежным различием в параметрах элементов и управляющих сигналов. Этот недостаток, который проявляется уже при количестве звеньев,. равном двум, и усиливается при увеличении звеньев, приводит к возрастанию пульсаций напряжения на выходе стабилизатора, перегрузке отдельных. звеньев и возникновению аварийных ситуаций. Эксплуатационная надежность такого стабилизатора очень низка.

5 Известен также многозвенный импульсный стабилизатор напряжения, в общие цепи управления которого дополнительно введены два фазочувствительных детектора, входы -которых подключены к выходу стабилизатора, а выходы соединены с входами источника управляющих напряжений. Поскольку опорные напряжения фазочувствительных детекторов сдвинуты по фазе относительно друг друга на 90 и синхрониэировайы с уп11рвляющими напряжениями, напряжения, формируемые на выходах этих детекторов, пропорциональны ортогональныиГ составляющим первой гармоники Напряжения пульсаций на выходе стабилизатора.

Эти напряжения воздействуют на фазовые сдвиги импульсов, управляющих ключами 2).

Использование фаэочувствительных детекторов может дать эффект лишь прн двух или четырех звеньях, а в случае работы от первичного источника с большим УРовнем собственных пульсаций| например во вторичных источниках питания с бестрансформаторным

991389 входом, симметрированив звеньев невозможно.

Кроме того, недостатком известного устройства является усложнение цепей управления иэ-за нвобходимост использования двух видов управления 5 путем изменения длительности управляющих импульсов широтно-импульсного модулятора. и путем изменения относи- тельных фазовых сдвигов этих импульсов. 10

Наиболвв близким по технической сущности к предлагаемому является многофазный импульсный стабилизатор постоянного напряжения на высоковольт ных транзисторах, содержащий силовые части однотипных преобразовательных звеньев, датчики выходных токов зве ньев, конденсатор, блокирующий выходные клеммы стабилизатора, и входящие в состав блока управления ши" ;;20 ратно-импульсные модуляторы, общий для всех преобразовательных звеньев усилитель-формирователь сигнала рассог. ласования выходного напряжения,источяий опорного напряжения, сумматоры сигналов 25 рассогласования.

Силовая часть каждого звена содержит транзисторный ключ и заьаакающий диод, соединенныв последовательно с накопительным дроссвлем и конденсатором,, блокирующим выходные .клеммы звена. Первая иэ этих клемм непосредственно соединена с клеммой Корпус на выходе стабилизатора и общей нагрузкой, а между второй клем- мой и общей нагрузкой включен реэистивный датчик тока. Кроме того, вторая клемма соединена а соответствующим входом блока управления, который содержит отдельные для каждого звена. усилители сигнала обратной связи по 40 току и напряжению, широтно-импульсныв модуляторы и элементы связи с базой транзисторного ключа силовой чаати. . Следовательно, цепи управления 45 звеньев в значительной степени раз.делены. Поскольку каждый из сигналов обратной авязи, поступающих в блок управления, представляет сумму выходного напряжения стабилизатора (на 50 обшей нагрузке) и напряжения, снимаемого с датчика тока звена, каждое звено стабилизатора,кроме общей обратной овяэи по напряжению, охвачено местной комбияированйой отрицательной обратной связью по напряжению и току 3).

Недостатком устройства является невысокая эксплуатационная надежность стабилизатора при работе в режиме максимальной выходной мощности, так как местная обратная связь по току не, обеспечивает высокого качества сим.метрирования загрузки звеньев. . Обьвдинение цепей формированйя сигналов обратной связи по току и 65 напряжению затрудняет оптимальный выбор динамических параметров цепей.

Кроме того, одновременное действие ,в одной полосе частот отрицательных обратных связей по напряжению и по току ухудшает стабиЛиэацию выходного напряжения. целью изобретения является повышение эксплуатационной надежности многоэввнного импульсного атабили затора с многославным режимом управления за счет высокого качества симметрирования токов звеньев при любом зсоличватве их без ухудшения качества стабилизации выходного напряжения.

Поставленная цель достигается тем, что в многозвенный импульсный стабилизатор напряжения, содержащий 9 парал„.лельно включенных преобразовательных звеньев, каждое иэ которых включает в себя силовой блок с дат" чиком тока на выходе, причем управляющий вход каждого силового блока подключен к выходу соответствующего иэ И числа широтно-импульсных модуляторов, вход каждого иэ которых подключен к выходу соответствующего из

Й числа сумматоров аигналов paccornacoaasna, первый вход каждого из которых подключен к выходу соответствукщего датчика тока, а второй вход каждого сумматора сигналов рассогласования подключен к выходу усилителяформирователя сигнала рассогласования выходного напряжения, первый вход которого подключвн к выходным выводам стабилизатора, а второй входк выходу источника опорного напряжения; и конденсатор, подключенный к выходным выводам стабилизатора, введен блок симметрирования звеньев по среднему току, кащцый из входов которого подключен к выходу соответствующего датчика токаг а каждый из выходов — к первому входу соответствующего сумматора сигнала рассогласования.

На фиг.1 представлена функциональ. ная схема импульсного стабилизатора напряжения с четырьмя звеньями1 на фиг.2 — схема блока симметрирования звеньев по среднему току.

Импульсный, стабилизатор напряжения с четырьмя звеньями содержит силовыв части 1-4, выходами соединенные соответственно с датчиками 5-8 токов звеньев ° Конденсатор 9 блокирует выходные клеммы стабилизатора и входящие в блок 10 управления широтно-импульсные модуляторы 11-14, блок

15 симмвтрирования звеньев по среднему току,.усилитель-формирователь 16 сигнала рассогласования выходного напряжения, источник 17. опорного напряжения, сумматоры 18-21 сигналов рассогласования.

Блок 15 симмвтрирования звеньев по среднему току .содержит входные

- 991389 клеммы 22-25, выходные клеммы 26-29> усилители 30-33 сигналов рассогласования звеньев по среднему току и формирователь вспомогательного опорного напряжения, пропорционального среднему выходному току стабилизатора, который состоит иэ резнстивных сумматоров 34-38.

Входы управления силовых частей

1-4 соединены с соответствующими выходами широтно-импульсных модулято- 10 ров 11-14, входы которых подключейы соответственно к выходам сумматоров

18-21 сигналов рассогласования. Уси-. литель- формирователь 16 сигнала рас-. согласования выходного напряжения 15 подключен первым входом к выходу-ста- билизатора, вторым входом — к источ- нику 17 опорного напряжения, а выхо-. дом к первым входам сумматоров 1821 сигналов рассогласования. Входные 20 клеммы 22-25 блока 15 симметрирования звеньев по среднему току подключены к соответствующим выходным клеммам. датчиков 5 8 токов звеньев, а выходные 26-29 — к соответствующим вторым 25 входам сумматоров 18-21 сигналов рас-, согласования..Силовые части 1-4 питаются от одной первичной сети постоянного тока с напряжением 0> .

Четырехзвенный стабилизатор нап- -З0 ряжения работает следующим образом.

Транзисторные ключи силовых час-тей 1-4 управляются импульсами, поступающими на их базы с выходов широтно-импульсных модуляторов 11-14. За- 35 млкание транзисторных ключей разных звеньев происходит последовательно во времени со сдвигом на Ж=1/fN, где E — частота;

М - количество звеньев. 40

Длительность замкнутого состояния каждого из них определяется величиной модулирующего сигнала на входе соответствующего широтно-импульсного модулятора. Выходное напряжение 45 .стабилиэатоРа Обь,„ с конденсатоРа 9 и напряжения с каждого иэ датчиков

5-8 выходных токов звеньев поступают в блок 10 управления раздельно. Напяжение 0бь, подается на один из вхоьых дов (напрймер, на прямой вход) усилителя-формирователя 16, где осуществляется его сравнение с опорным напряжением Up@ поданным на другой (напpmeep на инверсный) вход- Напряжения:55 с датчиков 5-8 выходных токов звеньев подаются на входные клеммы 22-25 блока 15 симметрирования.

С клемм 22-25 напряжения посту.пают на инверсные входы усилителей

30-33 сигналов рассогласования по среднему току и одновременно на реэистивные сумматоры 34-37. На Резис-торе 38 формируется опорное напряжение, которое подается на пряьые входы усилителей 30-33 рассогласования. В 65 результате, на выходных клеммах 2629 блока 15 .снмметрирования образуются сигналы Рассогласования между выходным током каждого иэ соответствующих звеньев и средним выходным током .стабилизатора. Эти сигиалы отличны от нуля только при.наличии разницы . между каким-либо выходным током отдельного звена и средним выходным током стабилизатора.

В каждом из сумматоров 18-21 сигнал рассогласования выходного тока соответствующего звена суммируется с общим дЛя всех звеньев сигналом рассогласования выходного напряжения ,стабилизатора. Сигналы с выхода сумматоров 18-21 используются в качестве входных модулирующих в широтиоимпульсных модуляторах 11-14.

Если выходной ток какого-либо звена (например, первого) оказывается меньше, а токи других звеньев больше среднего тока стабилизатора, то на выходной клемме 26 блока 15 имметрирования образуется положительный сигнал рассогласования, а на вы ходных клеммах 27-29 — отрицательные сигналы. В результате уровень . модулирующего сигнала на входе широтно-импульсного модулятора 11 возрасI тает, а на входах широтно-импульсных модуляторов 12-14 уменьшается. Дли тельность управляющего импульса на базе транзисторного ключа преобразовательного звена 1 увеличивается, а на базах транзисторных ключей преобразовательных звеньев 2-4 уменьшается, что способствует выравниванию токов звеньев между собой.

Следовательно, в предлагаемом ста билизаторе цепи формирования сигиа лов Рассогласования по току и напряжению разделены. Это облегчает оптимальный выбор коэффициентов передачи, частотных характеристик и элементов коррекции этих цепей, обеспечивающих устойчивость стабилизатора в динамическом режиме. Обратная связь по среднему току действует только при появлении различий в величинах токов звеньев, так как при их равенстве сигналы рассогласования по току равны нулю.

Использование блока симметрирования в цепях управления многозвенным стабилизатором позволяет с высокой точностью выравнить токи нагрузки в отдельных звеньях стабилизатора.В результате повышается эксплуатационная надежность многоэвенного стабилизатора без ухудшения качества стабилизации выходного напряжения.

Формула изобретения

Многозвенный импульсный стабилизатор напряжения, содержащий и парал991389 лелъно включенных реобраэовательнык эвеньев, каждое иэ которых включает в себя силовой блок с датчиком тока на выходе, причем управляющий вход каждого силового блока подключен к выходу соответствующего иэ lu числа широтно-импульсных модуляторов, вход каждого иэ которых подключен к выходу соответствукв1его иэ М числа сумматоров сигналов рассогласования, первый вход каждого иэ которых подключен к выходу соответствующего датчика тока, а второй вход каждого сумматора сигналов рассогласования подключен к выходу усилителя-формирователя сигнала рассогласования выходного нацряжения, первый вход которого подключен к выходным выводам стабилиэатора, а второй вход — к выходу источника опорного напряжения, и конденсатор, подключенный к выходным выводам стабилиэатора, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повывения эксплуатационной надежности, введее блок оимметриро вания звеньев но среднему току.,каждый иэ входов которого подключен к выходу соответствуищего датчика тока, а каждый иэ выходов — к первому входу соответствующего сумматора сиг. нала рассогласования.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 327462, кл. Ю 05 Е 1/56, 1968. 5 2. Авторское свидетельство СССР

Р 542985, кл. 4 05 F 1/56, 1975.

3. Электродная техника в автомати ке. Под ред. Ю.И.Конева, вып. 9. N., Советское радио, 1977 с. 56.

991389

« « ВМ ЮЮ О ЮЮЭ«Ю Э ««В ЮЮВЮ» ЮЮЮЮЮ Ю Ю Ф

Заказ 131/65 Тираж 872 Подписное.ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам-изобретений и открытий

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

ЮЮ ° ЮЮ

O Ю «««Ю ° В М Ю Ю «й

Филиал ППП Патент, г.ужгород, ул.Проектная,4

Составитель О.Мещерякова

Редактор Т.Кугрыаева Техред И.Гайду Кооректор.А.Ференц