Стабилизированный преобразователь постоянного тока

О П И С А Н И Е)855897ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Сове тскнкСоцмалнстнческнаРеслублмк(5)М, Кл. Н 02 М 3/335//6 05 Г 1/56 с присоединением заявки М -ГесударстваииыЯ кеаитат СССР ао аелам изебретеииЯ и втирытиЯ(54) ГТАЬИЛИЗИРОВАННЪЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКАИзобретение относится к силовой преобразовательной технике и может быть использовано в источниках питания лазеров.Известны источники постоянного напряжения, которые могут быть применены для питания лазеров, состоящие из однотактного преобразо, вателя постоянного напряжения, транзисторный ключ которого управляется релейным усилителем, включенным в цепь обратной связи по току нагрузки 1.10 Недостатком таких источников является их сравнительно низкая надежность и большая амплитуда пульсаций выходного напряжения иэ-за различных времен переключений параллельно1 включенных транзисторов.Известны также источники постоянного тока,в которых повышение надежности достигается эа счет разбивки силовой части на ряц однотипных инверторов, нагруженных через автоном. ные сглаживающие дроссели на многообмоточный трансформатор, вторичная обмотка которого через выпрямигель и фильтр подключена кнагрузке (2),Недостатком таких источников тока являет. ся нх сложность, сравнительно низкий КПД и большие массогабарнты из-за наличия много- обмоточного трансформатора, дополнительного выпрямителя н обшей схемы управления.Наиболее близким по технической сутиности к предлагаемому является импульсный регулятор постоянного тока, содержаший. по мсныией мере, две преобразовательных ячейки, полклю. ченные параллельно входным и выходным выводам, управляющие входы которых присоединены к узлу управления 31.Недостатком такого устройства является сравнительно низкий КПД и возможность токо. вых перегрузок отдельных ячеек, что снижает надежность всего устройства, а также болыиая амплитуда пульсаций выходного напряжения н тока,Цель изобретения - повышение КПД и на. дежности, снижение амплитуды пульсаций тока нагрузки стабилизированного преобразователяПоставленная цель достигается тем, что в стабилизированном преобразователе постоянного тока узел управления вьптолнен и виде элемен 855897 ай (И - 1) та управления каждой из ячеек и общего органа управления, состоящего иэ датчика тока нагрузки, присоединенного к одному из входов схемы сравнения, друтойвход котороц подклю. чен к источ 1 еику опорного напряжения, а выход - через ограничитель напряжения соединен с одним из входов элементов управления, каждый из которых выполнен в виде релейного регулятора, подключенного другим входом к измерительному резистору и выходом - через усилитель мощности к управляющему входу преобразовательной ячейки.Кроме того, в элемент управления, по край. ней мере, одной преобразовательной ячейки введен компаратор с положительной обратной связью, выходом соединенный с усилителем мощности и входом - с введенной цепочкой временной задержки, а в общий орган управ. ления введен пороговый элемент, вход которого соединен с выходом схемы сравнения, а выход - со всеми цепочками временной за. держки. На чертеже изображена принципиальная схемастабилизированного преобразователя постоянного тока газовых лазеров,Источник содержит рял транзисторных пре.образовательных ячеек 1, - 1 еч, выполненныхпо схеме однотактного прямого конвертора,каждая из которых содержит входной прелохранитель 2, входную емкость 3, транзистор4, 1.0 С.фильтр. 5, 6, 7, выходной предохранитель 8. Каждая преобразовательная ячейка содеркит элемент управления, включающий релейньп 1регулятор 9, входом полключенный к измерительному резистору 10, а выходом - к усилителюмощности 11, выход которого соединен с базой транзистора 4, По крайней мере, одна изпреобразовательных ячеек содержит в себе це.почку 12 временной задержки и компаратор 13,охваченный положительной обратной связью 14.Общий орган управления включает датчик 15тока нагрузки, схему 16 сравнения, ограничи.тель 17 напряжения и пороговый элемент 18,Входные выводы всех преобразовательных ячеек подключены к источнику питающего напряжения Е, а выходные выводы к потребителю19, в цепь которого включен датчик 15 токанагрузки, Компаратор 13, охваченный обратнойсвязью 14, в М ячейках 1, соединен своим выходом с усилителем 11 мощности, а входом -с выходом цепочки 12 временной задержки,Выход датчика 15 тока подключен к одномуиз входов схемы 16 сравнения, соединеннойдрутим своим входом и источником опорногонапряжения О, а выходом через ограничиоп.тель 17 напряжения со входом релейного регулятора 9 каждой преобразовательной ячейки,кроме того, выход схемы 16 сравнения через ЕО 15 20 25 ЭО 35 40 45 пороговыи элемент 18 подключен ко входу ли.нии 12 задержки тех преобразовательных ячеек, в которых они имеются,Преобразователь работает следующим образом.При подаче входного питания Е все преобра.зовательные ячейки начинают работать в режи.ме стабилизации собственного выходного тока,уровень которого задается выходным напряжением, снимаемым с выхода ограничителя 17напряжения О . Так как при запуске преобразователя ток йагрузки не успевает мгновенновырасти до номинального значения, напряжениеО,б на выходе схемы 16 сравнения максималь.еео,С целью исключения токовых перегрузокпреобразовательных ячеек 1, и 1 ее во времязапуска максимальное напряжение, поступа.ющее на управляющие входы элементов управления, ограничивается введенным для этогоограничителем 17, По мере нарастания тока на.ерузки напряжение с выхода датчика 15 токавозрастает, а напряжение 0,6 снижается вплотьдо уровня, при котором ток по нагрузке устанавливается на номинальном значении. Выходной ток каждой ячейки определяется тольковеличиной управляющего напряжения О, поступающего на один из входов релейного рсгу.лятора 9. Так как напряжение является общимдля всех элементов управления, то токовая загрузка всех преобразовательных ячеек получается одинаковой. При отказе одной из ячеекона отключается от обецей цепи за счет выжигаецея плавких предохранителей 2 или 8 в зависимости от вида отказа, Во время выжигания входного предохранителя остальные ячейки принципиально не могут перегружаться, апри выжигании выходного предохранителя каждая из работоспособных ячеек может загрузиться до величннье, определяемой максимальнымуправляющим напряжением О . Ограничитель 17выбирается с учетом, чтобы д не превышалоУдопустимой величины. После выжигания предохранителя отказавшей ячейки ток нагрузкивновь устанавливается на номинальном уровне.При этом токовая загрузка работоспособныхячеек увеличивается на величину, равную что при й = 5 - 10 составляет менее 10 - 20% номинальной загрузки, Таким образом, в устройстве происходит автоматическое отключение неисправных преобразовательных ячеек, исключается при этом токоваяеперегрузка исправных ячеек, а ток потребителя поддерживается на заданном уровне и после отказа одной или нескольких ячеек. Надеж. ность такого секционированного преобразовате 85589720 35 рый интервал времени, определяемый временем 40 45 55 50 ля при постоянной избыточности резервныхпреобразователей тем выше, чем выше глубина секционирования, т.е. чем выше й, Так какэлемент управления каждой иэ ячеек являетсяавтономным, то моменты переключения скло.вых транзисторов 4, - 4 к не совпадают междусобой, что приводит к уменьшению как высокочастотных, так и низкочастотных пульсацийна входе и выходе преобразователя, Это осо.бенно заметно при большом числе преобразо-вателей, поскольку именно в этом случае происходит наиболее полная компенсация пульсаций их выходных токов.Таким образом, предлагаемое изобретениенадежнее известного, так как в нем исключе.ны перегрузки отдельных преобразовательныхячеек из-за перераспределения токов междуними, исключены перегрузки. ячеек во времязапуска преобразователя и исключены перегрузки при отказах и отключениях неисправных.преобразовательных ячеек.В известном преобразователе по мере уменьшения уровня стабилизируемого тока происхо.дит снижение КПЛ устройства, что наблюдается за счет возрастания относительной доли потерь на управление потерь в дросселях и дина.мических потерь в транзисторах,С целью обеспечения постоянства КПД преобразователя в устройстве предусмотрено автоматическое отключение "лишних" ячеек в слу.чае уменьшения уровня стабилизации 1, такНкак уменьшение напряжения О сопровожда.оп.ется снижением выходного напряжения схемысравнения О, и напряжения управления О,Учто приводит к снижению выходных токоввсех ячеек. Если О,б достигает нижнего уровня срабатывания порогового устройства 18, последнее срабатывает, а напряжение на его выходе становится отрицательным, Через некото. задержки т ) цепочки 12 в ячейке 11, происходит переопрокидывание компаратора 13 в состояние, при котором с выхода усилителя мощности 11 и на транзистор 4 поступает запирающее напряжение, Таким образом, ячейка 11, отключается (обесточивается), а ток нагруз. ки уменьшается, что приводит к автоматическому росту О 6 и О. Увеличение укаэанных напряжений приводит к росту токовой загрузки включенных ячеек и переходу порогового устройства 18 в свое нейтральное состояние. Компаратор 13 посл 6 переопрокидывания остается в иовом состоянии, чем поддерживается отключенное состояние преобразователя после того, как пороговое устройство 18 переходит в нейтральное состояние. При дальнейшемуменьшенин уровня стабилизации 1 напряжение О вновь начинает уменыдаться пока при некотором значении О,ь = О 16не произойдет но. О 15 25 ЭО вого срабатывания порогового устройства 18.В этом случае отключается иячейка, еслиона как и 1 ч-ая ячейка снабжена цепочкой временной задержки и компаратором. Процессотключения "лишних" преобразовательных ячеек происходит вплоть до обесточивания всехячеек, содержащих цепочки временной задержки и компараторы. Для того, чтобы ячейкиотключались поочередно, времена задержкицепочек 121, 12 к 4 и т.д. выбраны разными,при этОм т 3(Я 113(и )( 13(к т) к т.д. Дляисключения режима неуправляемого отключе.ния ячеек время задержки тз 1 к) должно превышать интервал времени, в течение котороготок нагрузки после момента отключения "лиш.ней" ячейки вырастает до номинального уровня. При увеличении уровня стабилизации токанагрузки наблюдается обратный процесс поочередного подключения ячеек, находящихся вотключенном состоянии, Аналогично, если прнработе источника происходит отказ одной изячеек, напряжение Оь возрастает до верхнегоуровня срабатывания порогового устройства 18,Последнее срабатывает, при этом напряжениена ее выходе становится положительным и через время задержки тз 1) происходит подключение -й ячейки.Таким образом, в предлагаемом устройсеечисло включенных ячеек строго определяетсявеличиной стабклизкруемого тока нагрузки,что повышает КПД преобразователя в целом.Кроме того, перевод "лишних" ячеек в режим"холодного" резерва существенно повышаетнадежность источника.Цепочка 12 временной задержки может бытьвыполнена в виде ВС-цепи, включенной навходе компаратора 13, зашунткрованном встречно-параллельно соединенными диодами, Диодыограничивают уровень напряжения на хронирующей емкости и существенно повышают линей.ность изменения напряжения на емкости пркО,в ) О, где О - напряжение на открытомл йдиоде (на чертеже),Предлагаемое устройство по сравнению с известным характеризуется большей надежностью, большим КПД и меньшей амплитудой пульса. ций тока нагрузки.Формула изобретенчя1, Стабилизированнык преобразователь постоянного тока, содержащий, по меньшей мере, две преобразовательных ячейки, подключенные параллельно входным и выходным выводам, управляющие входы которых прксоедикены к узлу управления, о т л и ч а ю ш и й с я тем, что, с целью повышения надежкосгк к855897 ВНИИПИ Заказ 6960/81 Тираж 730 Подписное Филиал ППП "Патент", г. Ужтород, ул. Проектная, 4 снижения уровня лульсации тока нагрузки, узел управления выполнен в виде элемента уп. равления каждой иэ ячеек и общего органа управления, состоящего из датчика тока нагруз. Ки, присоединенного к одному из входов схемы сравнения, другой вход которой подключен к источнику опорного напряжения, а выход - через ограничитель напряжения соединен с одним иэ входов элементов управления, каждый из которых выполнен в виде релейного регуля. тора, подключенного другим входом к измерительному резистору и выходом - через усилитель мощности к улравляюшему входу лреобразовательной ячейки.2, Преобразователь по п. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения КПД и надежности, в элемент управления, по крайней мере, одной преобразовательной ячейкивведен компаратор с положительной обратнойсвязью, выходом соединенный с усилителеммощности н входом - с введенной цепочкойвременной задержки, а и общий орган управле.ния введен пороговый элемент, вход которогосоединен с выходом схемы сравнения, а выходсо всеми цепочками временной задержки. о Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Авторское свидетельство СССР Нф 453681,кл. б 05 Е /56, 1974.2, Авторское свидетельство СССР У 527701,кл, 6 05 Р 1/56, 1976,3, Патент США Мф 4017745, кл, Н 03 К 17/60,1976.