Стабилизатор напряжения постоянного тока

Стабилизатор напряжения постоянного тока

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 2301.78 (21) 2573500/24-07 (51)М. КЛ.2

05 F 1/56 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий

Опубликовано 150680. Бюллетень №.:.-2

Дата опубликования описания 1506.80 (53) УДК 621.316. ,722. 1 (088. 8) (72) Ав т оры изобретения

Н.И. Дуплин, С.P. Иванов и С.И. Орлов (71).Заявитель

Рязанский радиотехнический институт (54) СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ ПОСТОЯННОГО TOKA

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам питания аппаратуры постоянным током и может быть использовано при разработке вторичных источников питания.

Известны импульсные стабилизаторы постоянного напряжения, регулирующий орган которых состоит из мощ" ной преобразовательной ячейки, схемы сравнения и широтно-импульсного модулятора (11.

Недостатками таких схем являются снижение КПД при работе на малых нагрузках по отношению к номинальному значению и низкая надежность. 15

Наиболее близким техническим решением является стабилизатор напряжения постоянного тока, содержащий ряд параллельно соединенных основных 2() и резервных преобразовательных ячеек, управляемых коммутатором, вход которого подключен к выходу широтно-импульсного модулятора, и датчик . тока (2) .

Недостатком таких стабилизаторов является малоэффективное использование резервных ячеек, что приводит к ухудшению массогабаритных и энергетических показателей устройства в З0 целом. Это объясняется тем, что в таких схемах резервная часть ячеек включается в работу полностью, независимо от ;,-ровня потребляемой мощности

Цель изобретения — повышение КПД стабилизатора и уменьшение веса и габаритов.

По"тавленная цель достигается тем, что стабилизатор напряжения постоянного тока, содержащий ряд параллельно соединенных основных и резервных преобразовательных ячеек, управляемых коммутатором, вход которого подключен к выходу широтно-импульсного модулятора, и датчик тока, снабжен узлом сравнения, релейным элементом, интегратором и сумматором сигнала исправности ячеек, выходы которого и датчика тока соединены со входами узла сравнения, которая своим выходок через последовательно соединенные релейный элемент и интегратор подключена ко входу коммутатора.

На фиг. 1 показана структурная схема стабилизатора; на фиг, 2 и 3 график и схема, поясняющие работу устройства.

Стабилизатор напряжения постоянно го тока состоит из основных и резерв

741251 ных ячеек 1, широтно-импульсного модулятора 2 (ШИМ), коммутатора 3 ШИМ сигналов, датчика 4 тока нагрузки, сумматора 5, узла б сравнения, релейного элемента 7 и интегратора 8.

Схема работает следующим образом, В установившемся и переходныхJpeжимах стабилизация выходного напря-жения обеспечивается посредством широтно-импульсного управления работой силовых транзисторов ячеек 1.

В зависимости от тока нагРУзки 1Н коммутатор 3 пропускает ШИМ сигнал в нужное количество ячеек 1. Если ячейка l включена и исправна, с ее информационного выхода снимается сиг нал исправно (с отключенных-или- 15 неисправных ячеек сигнал исправно равен нулю). Все сигналы исправно включенных ячеек суммируются на сум.маторе 5, при этом величина общего сигнала с выхода сумматора опреде- 2О ляет количество включенных, исправно работающих ячеек. Суммарный сигнал сравнивается на узле б сравнения с величиной тока нагрузки 1„, измеряемой датчиком 4 тока. Если напряжение .датчика тока U4 превышает напряжение на выходе сумматора U5, это свидетельствует о недостаточном числе включенных исправных ячеек. При этом разность Ug = U4 Ug cTBHQBHTcH выше порога срабатывания реле bU что приведет к появлению положительного напряжения U7 на выхоДе релейного элемента и к. накапливанию напряжения на выходе интегратора 8. В силу этого происходит последовательное во нремени срабатывание коммутатора 3 подключение дополнительных ячеек 1. Включение любой исправной ячейки сопровождается дискретным увеличением напряжения 05, а следовательно, умень- Щ шением разности U+ = U4 — Ur„ При

Пн< а U на выходе интегратора 8 напряжение постоянно по величине, что обеспечивает постоянное состояние коммун"атора 3 и постоянное количество включенных ячеек.

Если ток нагрузки уменьшается, разность U -Uz становится отрицательной,происходит срабатывание, релейного элемента 7 в другую сторону и уменьшение напряжения на выходе интегратора ° При этом после. довательно но времени .отключаются лишние ячейки. Релейный элемент 7 необходим для обеспечения устойчивой рабфты канала дискретной подстройки 55 по Фоку нагрузки. Постоянная заряда интегратора 8 может быть выбрана очень небольшой (несколько микросекунд), поэтому подключение ячеек при бросках тока нагрузки происходит ц практически мгновенно, что исключае перегрузку ранее включенных ячеек 1, При выходе из строя одной или нескольких 1ячеек сигналы исправности с них становятся равными нулю, пото- 65 му уменьшается напряжение U> и происходит унеличение напряжения интегратора. При этом коммутатор

3 подключает новые ячейки нплоть до того момента, пока не выполнится равенство U6 = U — U

Если подключается неисправная ячейка, увеличение напряжения U не происходит и коммутатор автоматически перебирает другие ячейки, пока не включится исправная, В предложенной схеме независимо рт числа резервных ячеек, которое определяется требуемым значением нероятйссти безотказной работы схемы, .постоянно поддерживается оптимальное соотношение между числом включенных ячеек и током нагрузки. При этом каждая включенная ячейка находится в номинальном режиме работы, а отключенные (оснонные и резервные) не включены вообще, потому не потребляют мощности на управление, отсутствуют динамические потери в транзисторах и диодах, потери в дросселях и емкостях фильтров, потери от сквозных токов в двухтактных схемах.

В извесТных схемах все резервные ячейки включаются в работу заранее и независимо от тока нагрузки принимают участие н работе. При малых значениях и большой доле резервных ячеек преимущества дискретной подстройки регулирующего органа по току значительно уменьшаются, так как снижается КПД из-за дополнительных потерь мощности в ненужных ячейках. Постоянное включение резервных ячеек в известных схемах необходимо для сохранения работоспособности схемы при отказах одной или нескольких включенных ячеек и является единственно возможным путем увеличения надежности в условиях отсутствия информации о исправности отдельных ячеек.

Второе преимущество предложенного стабилизатора по сравнению с известными состоит в том, что отключенная часть резервных и основных ячеек находится н ненагруженном (холодном) резерве, в то время как в известных резервная часть постоянно включена и находится а нагруженном (горячем) резерве. Ненагруженный резерв при том же количестве избыточных ячеек позволяет достичь большой надежности устройства, или же при одинаковой надежности уменьшить число резервных ячеек, т. е. массу и габариты стабилизатора.

Сигнал исправности преобразовательной ячейки может сниматься с наиболее характерных точек схемы.

Одним из наиболее удобных схемных решений снятия таких сигналов и их суммирование является последовательное включение вторичных обмоток сглажинающих дросселей и выпрямление

741251,суммарного напряжения (фиг. 3). Поскольку питающее напряжение U> не постоянно по величине, необходимо в качестве сигнала исправно выделять напряжение — †„, прикладыин ваемое ко вторичной обмотке дросселя 5 во время закрытого состояния силового транзистора, что обеспечивается диодом 9 (фиг. 3) . Резисторы 10 шунтируют каждую из дополнительных обмоток дросселя для исключения индуктивного характера внутреннего сопротивления информационной цепи от- * ключенной ячейки.

Таким образом, использование предложенного технического решения позво- 15 ляет повысить КПД стабилизатора при одновременном снижении его массы и габаритов.

Формула изобретения

Стабилизатор напряжения постоянного тока, содержащий ряд параллельно соединенных основных и резервных преобразовательных ячеек, управляемьх 2 коммутатором, вход которого подключен к выходу широтно-импульсного модулятора, и датчик тока, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения КПД и снижения массы и габаритов, стабилизатор снабжен узлом сравнения, релейным:элементом, интегратором и сумматором сигналов исправности ячеек, выходы которого и датчика тока соединены со входами узла сравнения, которая своим выходом через последовательно соединенные релейный элемент и интегратор подключен ко входу коммутатора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Дуплин Н.И. и др. Широкодиапазонный стабилизатор постоянного напряжения повышенной надежности.

Электронная техника в автоматике.

Под ред. Ю.И. Кожева. Советское радио, 1976, вып. 8.

2.,Цуплин Н.И., Миловзоров В.П., Мусолин А.К ° Применение адаптируемых структур в системах питания. . Устройства вторичных источников электропитания РЭА . МДНТП, М., 1976. с. 32"36.

741251

Заказ 3325/6 Тираж 956

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

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

Составитель В.Круглова, Редактор О.Колесникова ТехредЖ. Кастелевич Корректор Е, Папп