Стабилизатор напряжения постоянного тока

Союз Советских Социалистических Республик(23) Приоритет Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(54) СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА Изобретение относится к электро" технике, 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 20 и резервных преобразовательных ячеек, управляемых коммутатором, вход которого подключен к выходу широтно-импульсного модулятора, и датчик . тока 2 .25Недостатком таких стабилизаторов является малоэффективное использование резервных ячеек, что приводит к ухудшению массогабаритных и энергетических показателей устройства в 30 целом. Это объясняется тем, что втаких схемах резервная часть ячееквключается в работу полностью, независимо от ;,ровня потребляемой мощности.Цель изобретения - повышение КПДстабилизатора и уменьшение веса игабаритов.По"тавленная цель достигается тем,что стабилизатор напряжения постоянного тока, содержащий ряд параллельно соединенных основных и резервныхпреобразовательных ячеек, управляемыхкоммутатором, вход которого подклю"чен к выходу широтно-импульсногомодулятора, и датчик тока, снабженузлом сравнения, релейным элементом,интегратором и сумматором сигналаисправности ячеек, выходы которогои датчика тока соединены со входамиузла сравнения, которая своим выходокчерез последовательно соединенныерелейный элемент и интегратор подключена ко входу коммутатора,На фиг. 1 показана структурнаясхема стабилизатора; на фиг, 2 и 3график и схема, поясняющие работуустройства.Стабилизатор напряжения постоянного тока состоит из основных и резервных ячеек 1, широтно-импульсного модулятора 2 (ШИМ), коммутатора 3 ШИМсигналов, датчика 4 тока нагрузки,сумматора 5, узла б сравнения, релейного элемента 7 и интегратора 8.Схема работает следующим образом,В установившемся и переходныхрежимах стабилизация выходного напря.жения обеспечивается посредствомширотно-импульсного управления работой силовых транзисторов ячеек 1.В зависимости от тока нагрузки 1,коммутатор 3 пропускает ШИМ сигналв нужное количество ячеек 1, Еслиячейка 1 включена и исправна, с ееинформационного выхода снимается сигнал исправно (с отключенных.илинеисправных ячеек сигнал исправноравен нулю). Все сигналы исправновключенных ячеексуммируются на сум.маторе 5, при этом величина общегосигнала с выхода сумматора опреде Оляет количество включенных, исправноработающих ячеек. Суммарный сигналсравнивается на узле б сравнения свеличиной тока нагрузки 1, измеряемой датчиком 4 тока, Если напряжение.датчика тока 04 превышает напряжениена выходе сумматора 05 , это свидетельствует о недостаточном числе включенных исправных ячеек. При этом разность Бв У 4 05 становится вышепорога срабатывания реле ЬП, что приведет к появлению положительного напряжения Б 7 на выходе релейного элемента и к. накапливанию напряжения навыходе интегратора 8. В силу этогопроисходит последовательное во времени срабатывание коммутатора 3 подключение дополнительных ячеек 1. Включение любой исправной ячейки сопровождается дискретным увеличением напряжения О 5 , а следовательно, умень- Щшением разности Б = 04 - УН ПриПн( 6 0 на выходе интегратора 8напряжение постоянно по величине, чтообеспечивает постоянное состояние коммутатора 3 и постоянное количествовключенных ячеек.Если ток нагрузки уменьшается,разность 0 -0 ц становится отрицательной,происходит срабатывание. релейного элемента 7 в другую сторону и уменьшение напряжения навыходе интегратораПри этом последовательно но времени .отключаютсялишние ячейки, Релейный элемент 7необходим для обеспечения устойчивойрабфты канала дискретной подстройки 55по Фоку нагрузки, Постоянная зарядаинтегратора 8 может быть выбранаочень небольшой (несколько микросекунд), поэтому подключение ячеек прибросках тока нагрузки происходитцпрактически мгновенно, что исключаеперегрузку ранее включенных ячеек 1,При выходе из строя одной илинескольких 1 ячеек сигналы исправностис них становятся равными нулю, пото. 65 му уменьшается напряжение Б и происходит унеличение напряжения интегратора, При этом коммутатор3 подключает новые ячейкинплоть до того момента, покане выполнится равенство 116 = 11 - БЕсли подключается неисправная ячейка,увеличение напряжения Бз не происходити коммутатор автоматически перебирает другие ячейки, пока не включится исправная,В предложенной схеме независимо.от числа резервных ячеек, которое определяется требуемым значением нероятйссти безотказной работы схемы,.постоянно поддерживается оптимальноесоотношение между числом включенныхячеек и током нагрузки. При этомкаждая включенная ячейка находитсяв номинальном режиме работы, а отключенные (оснонные и резервные) невключены вообще, потому не потребляют мощности на управление, отсутствуют динамические потери в транзисторах и диодах, потери в дросселях и емкостях фильтров, потери отсквозных токов в двухтактных схемах.В извесТных схемах все резервныеячейки включаются в работу заранееи независимо от тока нагрузки принимают участие н работе, При малыхзначениях и большой доле резервныхячеек преимущества дискретной подстройки регулирующего органа по токузначительно уменьшаются, так какснижается КПД из-за дополнительныхпотерь мощности в ненужных ячейках. Постоянное включение резервныхячеек в известных схемах необходимодля сохранения работоспособностисхемы при отказах одной или нескольких включенных ячеек и являетсяединственно возможным путем увеличения надежности в условиях отсутствияинформации о исправности отдельныхячеек.Второе преимущество предложенногостабилизатора по сравнению с известными состоит в том, что отключеннаячасть резервных и основных ячеек находится н ненагруженном (холодном)резерве, в то время как в известныхрезервная часть постоянно включенаи находится а нагруженном (горячем)резерве. Ненагруженный резерв притом же количестве избыточных ячеекпозволяет достичь большой надежностиустройства, или же при одинаковойнадежности уменьшить число резервныхячеек, т. е, массу и габариты стабилизатора.Сигнал исправности преобразовательной ячейки может сниматься снаиболее характерных точек схемы.Одним из наиболее удобных схемныхрешений снятия таких сигналов и ихсуммирование является последовательное включение вторичных обмоток сгла.жинающих дросселей и выпрямление,суммарного напряжения (фиг. 3). Поскольку питающее напряжение Ор не постоянно по величине, необходимо в качестве сигнала исправно выделять напряжение - в, прикладыОнваемое 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 ляет повысить КПД стабилизатора при одновременном снижении его массы и габаритов.20Формула изобретенияСтабилизатор напряжения постоянного тока, содержащий ряд параллельно соединенных основных и резервных преобразовательных ячеек, управляемьх 25 коммутатором, вход которого подключен к выходу широтно-импульсного модулятора, и датчик тока, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения КПД и снижения массы и габаритов, стабилизатор снабжен узломсравнения, релейным элементом, интегратором и сумматором сигналов исправности ячеек, выходы которого и датчика тока соединены со входами узласравнения, которая своим выходом через последовательно соединенные релейный элемент и интегратор подключен ко входу коммутатора. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Дуплин Н.И. и др. Широкодиапазонный стабилизатор постоянного напряжения повышенной надежности.Электронная техника в автоматике.Под ред. Ю.И. Кожева. фСоветское радио, 1976, вып. 8.2 Цуплин Н.И Миловзоров В.П.,Мусолин А.КПрименение адаптируемыхструктур в системах питания. .Устройства вторичных источников электропитания РЭА . МДНТП, М 1976.с. 32"36..Колесникова ТехредЖ. Кастелевич Корректор Е, Пап т одписно 4/5 1130 Патент 1 Ужгород, ул. Проектная,лиал аказ 3325/6ЦНИИП Тираж 956 Государственного комитет елам изобретений и откры Москва, Ж - 35, Раушская СССРйаб.,