Многофазный импульсный стабилизатор постоянного напряжения (его варианты)

Многофазный импульсный стабилизатор постоянного напряжения (его варианты)

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Многофазный импульсный стабилизатор постоянного напряжения, содержащий N преобразовательных ячеек, подключенных входами к входным выводам , а выходами через общий фильтр к выходным выводам, каждая из ячеек содержит включенные последовательно между входом и выходом силовой ключ и дроссель, диoд подключенный между общей точкой силового ключа и дросселя и общим вьгоодом, широтноимпульсный модулятор, выход которого соединен с управляющим входом силового ключа, формирователь импульсов контроля, обеспечивающий на выходе уровень логического О при наличии на дросселе переменного напряжения, первый элемент И, выходом соединенный с формирователем коротких импульсов, а входами - с формирователем импульсов контроля и выходом элемента задержки и общий регистр-распределитель с числом разрядов, равным числу преобразовательных ячеек, выходы которого соединены с синхронизирующими входами широтно-импульсных модуляторов и элементов задержки соответствующих ячеек, общий элемент И, выход которого соединен с тактовой шиной регистрараспределителя, а входы с выходами формирователей коротких импульсов и задающим генератором, общий измерительный узел цепи обратной связи, входами соединенный с выходными выводами, а выходом - с управляющими входами широтно-импульсных модуляторов, делитель частотны, выход которого соединен с информационным входом регистра-распределителя .отличающийся тем, что, с (Л целью устранения возможности появления повышенных пульсаций выходного напряжения стабилизатора при работе его с отказами отдельных цреобразовательных ячеек, вход делителя частоты соединен с выходом общего элемента И. 2. Многофазный импульсный стабиСП лизатор постоянного напряжения,со держащий N преобразовательных ячеек, СП подключенных входами к входным выводам, со ю а выходами через общий фильтр - к выходным выводам, каждая из ячеек содержит включенные последовательно между входом и выходом силовой ключ и дроссель, диод, подключенный между общей точкой силового ключа и ;5росселя и общим выводом, широтноимпульсный модулятор,, выход которого соединен с управлякяцим входом силового ключа,формирователь импульсов контроля обеспечивающий на выходе уровень логического О при наличии на дрос

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) ь (И) о(я) o5 F 1/56

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

2. Многофазный импульсный стабилизатор постоянного напряжения,со- Ql держащий )(преобразовательных ячеек, подключенных входамик входнымвыводам, ф а выходами через общий фильтр - к . (ф выходным выводам, каждая из ячеек содержит включенные последовательно между входом и выходом силовой ключ и дроссель, диод, подключенный между общей точкой силового ключа и дросселя и общим выводом, широтноимпульсный модулятор, выход которого соединен суправляющим входомсилового ключа, формирователь импульсовконтроля обеспечивающий на выходе уровень логического 0 при наличии на дросГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3691441/24-07 (22) 16.01.84 (46) 23.05.85. Бюл, Р 19 (72) М.Н.Аравии (53) 621.316.722.1(088,8) (56) 1. Юрченко А.И., Головацкий Б.П., Брагин В.П., Темляков Л.С., Картаев П.И, и Колосова Г.И. Мгонофазный импульсный стабилизатор постоянного напряжения.-"Электронная техника в автоматике" ° Под ред.Ю.И.Конева, М., "Советское радио", 1978, вып.10, с.107-113.

2. Авторское свидетельство СССР

9 8241.61 кл. G 05 F 1/56, 1981. (54) МНОГОФАЗНЬЙ ИМПУЛЬСНЬЙ СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ (ЕГО

ВАРИАНТЫ ). (57) Многофазный импульсный стабилизатор постоянного напряжения, содержащий Н преобразовательных ячеек, подключенных входами к входным выводам, а выходами через общий фильтр— к выходным выводам, каждая из ячеек содержит включенные последовательно между входом и выходом силовой ключ и дроссель, диод подключенный между общей точкой силового ключа и дросселя и общим выводом, широтноимпульсный модулятор, выход которого соединен с управляющим входом силового ключа, формирователь импульсов контроля, обеспечивающий на выходе

1 н уровень логического 0 при наличии на дросселе переменного напряжения, первый элемент И, выходом соединенный с формирователем коротких импульсов, а входами — с формирователем импульсов контроля и выходом элемента задержки и общий регистр-распределитель с числом разрядов, равным числу преобразовательных ячеек, выходы которого соединены с синхронизирующими входами широтно-импульсных модуляторов и элементов задержки соответствующих ячеек, общий элемент И, выход которого соединен с тактовой шиной регистра- распределителя а входы— с выходами формирователей коротких импульсов и задающим генератором, общий измерительный узел цепи обратной связи, входами соединенный с выходными выводами, а выходом — с управляющими входами широтно-импульсных модуляторов, делитель частоты, выход которого соединен с информационC ным входом регистра-распределителя Е t отличающийся тем, что, с целью устранения возможности появления повьпненных пульсаций выходного С напряжения стабилизатора при работе

его c отказами отдельных преобраэо- ф вательных ячеек, вход делителя частоты соединен с выходом общего элемента И.

1157532 селе переменного напряжения, первый элемент И, выходом соединенный с формирователем коротких импульсов, а входами — с формирователем импульсов контроля и выходом элемента задержки, и общий регистр-распределитель с числом разрядов, равным числу преобразовательных ячеек„ выходы которого соединены с синхронизирующими -входами широтно-импульсных модуляторов и элементов задержки соответствующих ячеек, общий элемент И выход которого соединен с тактовой шиной регистра-распределеителя; а входы — с выходами формирователей коротких импульсов и задающим ге-* нератором, общий измерительный узел цепи обратной связи, входами соедиИзобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам стабилизации постоянного напряжения, и может быть применено в системах электропитания повьш енной надежности для аппаратуры, требующей стабилизированного постоянного напряжения с малым уровнем пульсаций.

Известен многофазный импульсный стабилизатор постоянного напряжения, 10 содержащий силовую часть, выполненную в виде параллельно соединенных преобразовательных ячеек, каждая из которых состоит из силового ключа, диода и дросселя, подключенных к .)5 фильтру и нагрузке„ управляющую час гь, содержащую широтно-импульсных модуляTopQB (llIHN ) по числу ячеек, измерительное устройство цепи обратной связи, задающий генератор и распредели- 2g тель импульсов с числом выходов, равным числу преобразовательных ячеек (1).

Недостаток известного импульсного стабилизатора заключается в том, что 2s ,в нем не- предусмотрено устранение провалов в выходном напряжении прн отказе одной из нескольких силовых преобразовательных ячеек.

Наиболее близким па технической сущности к изобретению является много фазный импульсный стабилизатор постоянного напряжения„ содержащий и пенный с выходными выводами, а выходом — с управляющими входами широтно-импульсных модуляторов, о т— л и ч а ю шийся, что, с целью устранения возможности появления повышенных пульсаций выходного напряжения стабилизатора при работе его с отказами отдельных преобразовательных ячеек, в него введен узел начальной установки регистра-распределителя, вход которого соединен с выходом задающего генератора, а выход — с установочным входом S первого разряда и установочными входа.ми К остальных разрядов регистрараспределителя, информационный вход которого соединен с его иоформационным выходом, преобразовательных ячеек, подключен.— ных входами к входным выводам, а выходами через общий фильтр — к выходным выводам, каждая из ячеек содержит включенные последовательно между входом и выходом силовой ключ и дроссель, диод, подключенный между общей .точкой силового ключа и дросселя и общим выводом ШИМ, выход котороro соединен с управляющим входом силового ключа, формирователь импульсов контроля, обеспечивающий на выходе уровень логического "О" при наличии на дросселе переменного напряжения, первый элемент И, выходом соединенный с формирователем коротких импульсов, а входами — с формирователем импульсов контроля и выходами элемента задержки, и общий регистр-распределитель с числом разрядов, равным числу преобразовательных ячеек, выходы которого соедине.ны с синхрониэирующими входами ШИК и элементов задержки соответствую| щих ячеек, общий элемент И, выход которого соединен с тактовой шиной регистра-распределителя, а входы— с выходами формирователей коротких импульсов и задающим генератором, общий измерительный узел цепи обратной связи, входами соединенный с выходными выводами, а выходом - с управляющими входами ШИМ. Кроме то"

1157532 4

1 го, стабилизатор содержит делитель частоты, вход которого соединен с выходом задающего генератора, а выход — с информационным входом регистра-распределителя (2 ).

Хотя известный стабилизатор обеспечивает обнаружение отказавших преобразовательных ячеек и подключение вместо них исправных избыточных, однако это не избавляет от появления провалов в выходном напряжении при появлении отказавших преобразовательных ячеек, Происходит зто потому, что частота работы ячеек постоянна и равна частоте сигнала на выходе делителя частоты. Поскольку коэффициент делителя постоянен и равен максимальному числу ячеек, то сигнал с его выхода, поступающий на информационный вход регистра- распределителя, поступает как раз в то время, когда предыдущий такой сигнал, сдвигаясь по разрядам регистра и распределяясь по преобразовательным ячейкам, достигает последнего разряда в случае отсутствия отказавших ячеек, При появлении отказа в одной иэ ячеек и при появлении запускающего данную ячейку сигнала на выходе соответствующего разряда регистрараспределителя генерируется на тактовой шине регистра-распределителя

"лишний" тактовый импульс, поступающий с выхода генератора коротких импульсов отказавшей ячейки, который сдвигает информацию в регистрераспределителе на один разряд вправо, обеспечивая запуск следующей исп равной ячейки. Таким образом, устраняется провал выходного напряжения в момент запуска отказавшей ячейки.

Однако это приводит к соответствующему опережению в движении информации по регистру-распределителю относительно состояния делителя частоты. Сигнал в распределителе, таким образом, раньше достигает послед

;его разряда, чем появляется на его информационном входе новый, В этот момент в работе стабилизатора появляется нежелательная пауза, длительность которой равна произведению числа отказавших ячеек на период задающего генератора, а в выходном напряжении — провал. Такое положение не может быть исправлено увеличением числа преобразовательных ячеек, так как в этом случае может быть обеспечена нормальная работа при наличии отказов. Но если исправны все ячейки, то возникает другое нежелательное явление — появление сигнала с выхода делителя частоты раньше, чем предыдущий такой сигнал достигнет последнего разряда регистра-распределителя, при этом одновременно срабатывают две ячейки: первая и одна из последних, ав выходном напряжении появляется выброс. Таким образом, известный многофазный импульсный стабилизатор не обеспечивает равномерной работы всех исправных ячеек, и соответственно минимального уровня пульсаций выходного напряжения стабилизатора при работе его с отказом .отдельных преобразовательных ячеек °

Целью изобретения является устранение возможности появления повышенных пульсаций выходного напряжения стабилизатора при работе его c отказами отдельных преобразовательных ячеек.

По первому варианту поставленная цель достигается тем, что в многофазном испульсном стабилизаторе постоянного напряжения, содержащем

Н преобразовательных ячеек, подключенных входами к входным выводам, а выходами через общий фильтр — к выходным выводам, каждая иэ ячеек содержит включенные последовательно между входом и выходом силовой ключ и дроссель, диод, подключенный между .общей точкой сйлового ключа и дросселя и общим выводом, ШИМ, выход которого соединен с управляющим входом силового ключа, формирователь импульсов контроля, обеспечивающий на выходе уровень логического "О" при наличии на дросселе переменного напряжения, первый элемент И, вы- . ходом соединенный с формирователем коротких импульсов, а входами - c формирователем импульсов контроля и выходом элемента задержки, и общий регистр-распределитель с числом разрядов, равным числу преобразовательных ячеек, выходы которого соединены с синхронизирующими входами ШИИ и элементов задержки соответствующих ячеек, общий элемент И, выход которого соединен с тактовой шиной регистра-распределителя, а входы — с выходами формирователей коротких импульсов и задающим генератором, общий измерительный узел цепи обратной свя"

1157532 зи, входами соединенный с выходными . выводами, а выходом — с управляющими входами ШИМ, делитель частоты, выход которого соединен с информационным входом регистра распределителя, вход делителя частоты соединен с выходом общего элемента И.

По второму варианту поставленная цель достигается тем, что в многофазйый импульсный стабилизатор постоянного напряжения, содержащий Й преобразовательных ячеек, подключенных входами к входным выводам,а выходами .через общий фильтр — к выходным выво- дам, каждая из ячеек солеожит включенные последовательно между входом и вьцсодом силовой ключ и дроссель, диод, подключенный между общей точкой силового ключа и дросселя и об щим выводом, ШИМ, выход которого соединен с управляющим входом силового ключа, формирователь импульсов контроля обеспечивающий на выходе уровень логического "О" при наличии иа дросселе переменного напряжейия, первый элемент И, выходом соединенный с формирователем коротких импульcos, а входами — с формирователем импульсов контроля и выходом элемента задержки, и общий регистр-распреде- 30 литель с числом разрядов, равным числу преобразовательных ячеек, выходы которого соединены с синхронизирующими входами ШИМ и элементов задержки соответствующих ячеек, общий элемент И, выход которого соединен с тактовой «ufaoft регистра-распределителя, а входы - с выходами формирователей коротких импульсов и задающим генератором, общий измерительный узел цепи обратной связи, входами соединенный с выходными выводами, а выходом — с управляющими входами

ШИМ, введен узел начальной установки регистра-распределителя, вход которо- 4$ го соединен с выходом задающего генератора, а выход — с установочным входом S первого разряда и установочными входами R остальных разрядов регистра-распределителя, информационный вход которого соединен с его . информационным выходом.

На фиг.l приведена структурная схема.миогофазного импульсного етабилизатора, первый вариант выполненияфЗ на фиг. 2 - то же, второй вариант.

Многофазный импульсный стабилизатор постоянного напряжения содержит

N преобразовательных ячеек l, подключенных входом к общему источнику питания — входным выводам 2, Каждая из ячеек содержит силовой ключ 3, дроссель 4, диод 5, ШИМ 6, выход которого соединен с управляющим входом, 7 силового ключа, формирователь 8 импульсов контроля, выполненный, например, в аиде выпрямителя с инверсией на выходе и соединенный с дросселем 4, элемент И 9, выходом соединенный с формирователем 1О коротких импульсов„ а входами — с выходом формирователя 8 импульсов контроля, а также с выходом элемента ll задержки. Кроме того, стабилизатор содержит регистр-распределитель 12 с числом разрядов, равным числу преобразовательных ячеек, выходы которого сое" динены с синхронизиру1ещими входами

ШИМ 6 и элементов ll задержки, общий элемент И 13 выход которого соединен с тактовой шиной регистра распределителя 12, а входы — с выходами формирователей 10 коротких импульсов и задающим генератором 14. управляющие входы ШИМ 6 подклю- ены к выходу общего измерительного узла 15, входом соединенного с выходными выводами 16 и общим фильтром 17, В первом варианте в стабилизатор входит делитель 18 частоты, выход ко- торого соединен с информационными входом регистра-распределителя 12, а вход - с выходом общего элемента

И 13.

При выполнении многофазного импульсного стабилизатора по второму варианту вместо делителя 18 частоты (фиг ° 1)введено устройства 19 начальной установки (фиг.21, выход которого соединен с установочными входами

S m R регистра-распределителя 12, а вход — с выходом задающего генератора 14 причем информационный вход

D регистра-распределителя 12 соединен с его информационным выходом.

Устройство работает следующим образом.

При подаче напряжения питания начинает работать задающий генератор 14, в этот момент напряжение на обмотках дросселей 4 отсутствует, поэтому на выходе формирователя 8 импульсов контроля присутствует логическая "1"„ которая вызывает появление на эьисоде формирователей 10 коротких импульсоэ кратковременных сигI!57532 налов логической "1", которые устанавливают все, кроме первого, разряды регистра-распределителя 12 в логический "0", так как на информационном входе регистра 12 сигнал 5 появляется только через 1! тактов работы задающего генератора 14. По появлении 11+1 тактового импульса с выхода задающего генератора 14 на первом выходе регистра-распределите- !О ля 12 появляется сигнал, который вызывает включение первой ячейки и появление логической "1" на выходе ее формирователя 8 импульсов контроля. Следующий тактовый импульс вызы- !5 вает срабатывание .второй ячейки и т.д., стабилизатор выходит на нормальную работу, причем измерительный узел 15 цепи образной связи устанавливает такой режим работы ШИИ 6, при ф) котором генерируемые ими импульсы, управляющие силовыми ключами 3, обеспечивают передачу мощности Е от uc1l точника питания через дроссели 4, диоды 5, сглаживающий фильтр 17 25 на выходные клеммы 16 с заданным на пряжением. Через каждые 8 импульсов иа выходе делителя 18 частоты :появ.-. ляются импульсы с частотой в М раэ меньшей частоты задающего генератора

14, которые, поступая на информационный вход, регистра-распределителя

12, поочередно передаются иэ разряда в разряд, обеспечивая поочередное равномерное срабатывание преобразовательных ячеек.

В случае отказа одной из ячеек напряжение на обмотке дросселя этой ячейки пропадет и появится сигнал логического "0" на выходе формиравателя 8 импульсов контроля отказавшей ячейки, затем по приходе запускающего сигнала на эту ячейку с выхода соответствующего разрядарегистра-распределителя 12 этот сигнал, пройдя через элемент 11 задержки, вызывает срабатывание формирователя 10 коротких импульсов, выходной импульс которого, пройдя через общий элемент И 13, инициирует внеочередное изменение состояния регистра-распределителя 12, и на следующем его выходе появляется сигнал, запускающий следующую преобразовательную ячейку вместо отказавшей. Таким образом, провал выходного напряжения в момент запуска отказавшей ячейки устраняется. Благодаря введенной связи входа делителя частоты с выходом общего элемента И 13 выходной импульс формирователя 10 коротких импульсов отказавшей ячейки вызывает внеочередное срабатывание и делителя 18 частоты и его состояние также изменится на один такт, поэтому появление отказавших ячеек не вызывает появления несинхронности между окончанием цикла распределения по всем ячейкам одного сигнала с выхода делителя 18 частоты и моментом появления следующего, который появляется на информационнем входе регистрараспределителя 12 как раз в момент срабатывания последнего разряда, независимо от числа отказавших ячеек.

Это гарантирует отсутствие нежелательных пауз в работе преобразовательных ячеек и провалов в выходном напряжении.

Работа второго варианта аналогична первому и отличается только тем, что в момент включения стабилизатора на установочных входах S и К регистра-распределителя присутствует сигнал, устанавливающий все разряды в логический "0", кроме первого, который устанавливается в логическую

"1". Сразу же после появления импульсов на выходе задающего генератора 14 установочный сигнал с регистра-распределителя 12 снимается и начинается нормальный процесс распределения, так как было описано выгае. Сигнал логической "1", сдвигаясь по разрядам распределителя 12, обеспечивает равномерное срабатывание преобразовательных ячеек, по достижении им послецнего разряда, вновь поступает на вход регистра и процесс повторяется, Технико-экономические преимущества от применения предлагаемого стабилизатора заключаются в том, что оно позволяет полностью исключить появление повышенных пульсаций выходного напряжения в случае работы стабилизатора с отказами отдельных ячеек.

Это в свою очередь позволяет снизить вес и габариты и сглаживающего фильтра, так как из спектра выходного тока стабилизатора исключаются составляющие с частотой работы одной ячейки, сравнительно низкая частота которых и значительная амплитуда весьма

9, 1157532 io затрудняют их фильтрацию. Исключение установленного оборудования и повыделителя частоты по второму варианту сить надежность работы стабилиза-, позволяет существенно уменьшить объем тора

Фиг. 1

Фиг. 2

ВНИИПИ Заказ 3371/47 Тираж 863 Подписное

Филиал ППП "Патент", г.Ужгород, ул.Проектная, 4