Регулируемый источник питания

(51)4 С 05 ГОСУДАРСТ 8 ЕККЫЙ КОМИТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТПРИ ГНКТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН К АВТОРСКОМУ ДЕТЕЛЬСТ озмож"г ляых и(5 (5 УЛИРУ брете 1 И ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ осится к ктехнике част ности к рег м,напряжений, некие в систе ляторами мостабилет най зато нагрузочную спо аждой ячейки 3-8,которых постоян о повьппает надеж в источнике цюк помехам элеме ппению помехоусто2 нл. зволяет увеличи и и обность по току кдлительность работ ктро ания радиоэлектронн изобретения ских потерь, по груэочной спосо ивости, расшире возможностей э зможности работ оп апуменьвышенис паратур шение д Цел а и оптимаЛьна, ч ость. Отсутствие амиче адежнос помехо и, настойч оичивых ния нев привовости. т к повь з.п. ф-л унк нь есп ния во(71) Научно-исследовательский интут автоматики и электромеханикиТомском институте автоматизировасистем управления и радиоэлектро(56) Авторское свидетельство СССУ 1092477, кл. С 05 Р 1/56, 1984Патент СцА Р 4164714,кл. Н 03 Р 3/38, 1979. любой питающей сети,.а также вности работы в качестве ре утора напряжения, тока или мощности. Источник питания работаетпо принципу многоэонной частотно-диротно-импульсной модуляции. При плалом изменении частоты многофазногогенератора 1 импульсов изменяетсяи частота, и ширина импульсов в каждой зоне регулированияПри этом длтельность импульса, Формируемогокаждой однотактной ячейкой 3-8 суммирующего преобразователя 2, неизменна и задается ждущими мультивибраторами 14-19. Динамические потериснижаются при минимальных уровняхвыходного напряжения за счет снижения частоты работы ячеек 3-8. Это149399 25 Изобретение относится к электротехнике, в частности к регуляторам и стабилизаторам напряжений, и может найти применение в системах электро 5 питания радиоэлектронной аппаратуры.Цель изобретения - уменьшение динамических потерь, повышение надежности, нагрузочной способности и помехоустойчивости, расширение функцио нальных возможностей за счет обеспечения Возможностей работы от любой питакяцей сети, а так же, воэможности работы в качестве регулятора напряжения тока или мощности, 15На Лиг.1 представлена блок-схема регулируемого источника питания; на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства.Рассмотрим блок-схему регулируе" 20 мого источника питания на примере шести силовых ячеек. Регулируемый источник питания содержит многофазный генератор 1 импульсов, суммирующий преобразователь 2, выполненный из ш однотактных ячеек 3-8, силовые входы которых образуют силовой вход 9, 10 суммирующего преобразователя 2, а выходы - силовой выход 11 и 12, соединенный с выходными выводами, 30 усилитель-ограничитель 13, ш ждущих мультивибраторов 14- 19 и блок 20 преобразования и согласования уровней напряжений, входами 21, 22, 23 подключенный к входным выводам, 35 а выходами - к силовому входу суммирующего преобразователя 2. ждущих мультивибраторов 14-19 включены в цепи соединения выходов многофаэного генератора 1 импульсов и соот ветствующих управляющих входов,ш о однотактных ячеек 3-8 суммирующего преобразователя 2, причем, многофазный генератор 1 импульсов выполнен управляемым, к управляющему входу ко торого подключен выход усилителя-ограничителя 13, один вход которого соединен с выходом цепи обратной связи, а другой - с источником управляющего воздействия. Многофазный генератор 1 импульсов выполнен иэ преоб" разователя 24 аналог-частота, выходом подключенного к распределителю 25 импульсов.На фиг.2 представлены: 26 - напряжение У на выходе усилителя-ограничителя 13; 27 - сигнал на выходе преобразователя 24 аналог-частота;2833 - импульсы на выходах ждущих 0 4мультивибраторов 1419, которыепо длительности аналогичны выходным напряжениям однотактных ячеек38; 34 - напряжение на внходе суммирулцего преобразователя 2.сРегулируемый источник питанияработает следующим образом.Напряжение источника управляющего воздействия 11 у поступает на прямой вход усилителя-ограничителя 13;инвертирующий вход которого предназначен для подключения напряженияБ с обратной связи. Сигнал ошибкиЦо = Ц у Ц ос ограничен по макси-.мальному и минимальному уровню напряжений иэ-за ограниченного диапазона изменения выходного напряжениярегулируемого источника питания.Преобразователь 24 формирует короткие импульсы, частота следованиякоторых пропорциональна 11 (фиг2.27),Сигнал рассогласования У поступает на преобразователь 24 аналогчастота который формирует на выходе последовательность импульсов 27,частота которых пропорциональна напряжению ошибки 26. Распределительимпульсов 25 распределяет импульсы27 поочередно по ждущим мультивибра"торам 14-18 таким образом, что пер-,вый импульс 27 поступает на входмультивибратора 14, второй - на 15,третий - на 16 и т.д., затем седьмойимпульс поступает на вход мультивибратора 14 и цикл повторяется ( ,с). Передние фронты импульсов 28-33на выходах мультивибраторов соответствуют по времени импульсам последовательности 27.При плавном уменьшении управляющего воздействия циклы работы всех ячеек повторяются. При этом при высокойчастоте первый цикл - минимальныи;время - до й,; второй - больше: отТ до С и третий еще больше: отдо СЭи тдПо импульсам, поступающим наждущие мультивибраторы последниезапускаются и каждый .из них формирует импульс одинаковой длительности 28-33, которые устанавливаютсяпо мощности преобразовательнымиячейками 3-8. Преобразователь 2 суммирует -напряжейия от,однотактныхячеек и в нагрузке ВН формируетсуммарный ток. Пусть каждая ячейкаформирует ток, аналогичный по форме1/с т,50 5 149399 ц амплитуде сигналам 28-33. Геометрическая сумма этих импульсов дает нам результирующую кривую 34, в которой просматривается пять зон регулирования (фиг.2). В каждой зоне им 5 пульсы ичеют различную длительность, как широтно-импульсной модуляции, однако частота различна на каждом из интервалов, следовательно суммарная кривая 34 выходного напряжения соответствует многозонцой частотно- широтно-импульсной модуляции. При этом длительность импульса, формируемого ячейкой, от такта к такту не 15 меняется.В каждой ячейке меняется скважность эа счет изменения длительности паузы, а не импульса как в ИИМ. Напряжение питающей сети (в нашем слу чае - переменного тока) преобразует в постоянное напряжение при помощи блока 20 преобразования и согласования уровней напряжений. Выходное напряжение блока 20 регулируют при по мощи суммирующего преобразователя 2 и фильтруют при помощи этого же преобразователя и конденсатора С, Каждая одцотактная ячейка выполнена иэ дросселя 1 ключа К и диода Ч) и работает следующим образом. Когда на выходе ждущего мультивцбратора 14 сформирован сигнал 28 (фиг.2), кото рый открывает ключ К, при этом, ток с выхода 9 блока 20 протекает по цепи: Кн, - к выходу 10. Когда ключ К закрыт, запасенная энергия в ицдуктивцости 1, через диод Ю поступает в нагрузку Кн. Длительность открытого состояния каждого ключа ячейки 40 на всех уровнях выходного напряжения постоянна, изменяется лишь частота их следования. Иаксимальный уровень в первой зоне 1 (фиг.2) получают тогда,когда ключи ячеек поочередно открыты,при этом частота следования импульсов управления с выхода каждого ждущего мультивибратора равна где С - длительность импульса;ш - число однотактных ячеек.Увеличивая частоту импульсов управления при увеличении управляющего напряжения Б, появляются моменты, когда одновременно открыты два ключа, при этом формируется вторая зона регулирования. Когда одновремеи 0 6цо открыты три ключа, то формируется 111-я эона и т.д, Таким образом,в нагрузке формируется многозоннаячастотно-широтно-импульсная модуляция. При плавном изменении частотыизменяется и частота,и ширина импульсов в каждой зоне регулирования, хотя длительность открытого состоянияключей ячеек неизменная.Суммарные динамические потерив регулируемом источнике питания посравнению с известным при максимальном уровне выходного напряжения одинаковы, а прц минимальных уровняхнапряжение - в щ раз меньше, поскольку в ш раз уменьшается частотаработы ячейки. Это позволяет увеличить нагрузочцую способность по токукаждой силовой ячейки на нижних уровнях напряжения и использовать этодостоинство источника при его работе с постоянством выходной мощностив заданном диапазоне регулирования.При уменьшении выходного напряжения до нуля, например, при короткомзамыкании в нагрузке,. частота импуль-сов минимальна и определяется лишь( единицы-десятки Гц ). Возможные режимы короткого замыкания не ведут квыходу из строя ключевых элементовиз-за низких динамических потерь приналичии токовой обратной связи,что приводит к повышению надежностиисточника питания,Надежность повышается также засчет того, что выше надежность преобразовательной ячейки, так как онавсегда работает одинаковое времяи не возникает режимов, когда необходимо формировать короткие импульсы,которые значительнм образом нагружают ключевые элементы за счет того,что динамические потери на фронтахвключения и выключения совмещаются.В это же время максимально вредноевоздействие оказывают и паразитныепараметры моточных издедий. Емкостиобмоток перезаряжаются, а следовательно, через ключи возникают броски тока, что увеличивает динамические потери, а транзисторные ключисклонны ко вторичному пробою.Таким образом, регулируемый источник питания позволяет уменьшитьдинамические потери за счет болеенизкой частоты при определенной иоптимальной длительности импульсаФормула изобретения 30 1. Регулируемый источник питания, содержащий многофазный генератор импульсов и суммирующий преобразователь, выполненный иэ ш однотактньм ячеек, силовые входы которнх образуют силовой вход суммирующего преобразователя, а выходы - силовой 35 в ячейке, повышена нагруэочная способность ячейки при минимальных уровнях выходного напряжения, так как нет необходимости формировать корот 5 кие импульсы, не оптимальные для пе" редачи энергии. Повысилась помехоустойчивость источника питания, так как нет неустойчивых к помехам элементов, таких как компаратор (ШИМ) и ГПН. Уменьшен уровень помех, формируемый силовой цепью, так как при постоянной длительности импульса(ключ открыт) возможно использование оптимальных цепей для формирования 15 траектории переключения что повышаа" ет также надежность и КПД устройства.Регулируемый источник питания обладает расширенными функциональными возможностями и может выполнять сле дующие дополнительные функции: имеет возможность работать от любой питающей сети за счет введения блока 20; может работать как регулятор , напряжения, тока или мощности, для 25 чего предусмотрен вход для подключения цепей обратных связей по току, напряжению или мощности. выход, который соединен с выходнымивыврдами, о т л и ч а ю щ и Й с ятем, что, с целью уменьшения динамических потерь, повышения надежности,нагруэочной способности и помехоустойчивости, расширения функциональных возможностей за счет обеспечениявоэможности работы в качестве регулятора напряжения, тока или мощности,в него введены усилитель"ограничи"тель и ш ждущих мультивибраторов,причем силовой вход суммирующего преобразователя подключен к входнымвыводам, ждущие мультивибраторы включены в цепи соединения выходов многофазного генератора импульсов и соответствующих управляющих входоводнотактных ячеек суммирующего преобразователя, многофазный генераторимпульсов выполнен управляемым,к управляющему входу которого подключен вьмод усилителя-ограничителя,один вход которого соединен с вьмодом цепи обратной связи, а другойс источником управляющего воздействия. 2. Источник по п.1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что с целью расширения функциональных возможностей за счет обеспечения воэможности работы от любой питающей сети, в него введен блок преобразования и согласования уровней напряжений, включенньп в разрыв цепи между входными выводами и силовым входом суммирующего преобразователя.1493990 фч ч Составитель А. ВолковаСегляник Техред Л.Олийнык Корректор М, Максимишинец кто Заказ 4109/44 Тираж 788ВНИИПИ Государственного комитета по изобретения113035, Москва, Ж, Раушска од, ул. Гагарина, 1 рои твенно-издательский комбинат "Патент",Подписноем и открытиям при ГКНТ СССРнаб., д. 4/5