Стабилизированный источник питания

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 09) (И) 05 Р 16 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬ)ТИЙ ф (21) 3336252/24-07(54)(57) СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ ИСТОЧНИКПИТАНИЯ, содержащий преобразовательпостоянного напряжения с широтноимпульсной модуляцией, дополнительный источник питания и делитель напряжения, входы питания которых подключены к выводам для подключенияпервичного источника питания, задающий генераторвыход которого соединен через блок согласования с управляющим входом преобразователя постоянного напряжения с широтно-импульсной модуляцией, выход которого через датчик обратной связи соединенс выходом источника и первым входомусилителя обратной связи, второйвход которого подключен к источникуопорного напряжения, выход усилителяобратной связи черезервыйключподключен к одной из обкладок первого конденсатора, к которой подключены также вход первого пороговогоблока и через первый стабилизатортока - первый выход дополнительногоисточника питания, а другая обкладкапервого конденсатора соединена с общей точкой первого порогового блокаи усилителя обратной связи, управляю"щий вход первого ключа соединен с,выходом первого элемента ИЛИ, первыйи второй входы которого соединенысоответственно с выходом первого порогового блока и выходом первого имфФульсного трансформатора, и второй импульсный трансформатор, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения стабильности выходного напряжения при воздействии широкогочастотного спектра помех на входе,в него введены второй и третий стабилизаторы тока, второй, третий ичетвертый ключи, второй элемент ИЛИ,второй конденсатор, второй пороговыйблок, М-триггер, первый и второйформирователи коротких импульсов иэлемент И, причем второй выход дополнительного источника питания соединен с входами второго и третьегостабилизаторов тока, выходы которыхсоответственно через второй и третийключи подключены к одной иэ обкладоквторого конденсатора, к которой также подключены вход второго порогового блока и через четвертый ключвыход второго элемента ИЛИ, другая Собкладка второго конденсатора соединена с общей шиной четвертого клю- Яча и второго порогового блока, выходпервого порогового блока через последовательно соединенные первыйформирователь коротких импульсов ивторой импульсный трансформатор подключен к й -входу Ю-триггера и кпервому входу второго элемента ИЛИ,выход второго порогового блока соединен с вторым входом элемента ИЛИи первым входом элемента И, выходзадающего генератора через второйформирователь коротких импульсовподключен к входу первого импульсного трансформатора и к Я -входу Р 5 -триггера, инверсный выход которогосоединен с управляющим входом третье- файфго ключа а его прямой выход соединен с управляющим входом второгоключа и вторым входомэлемента И,выход которого соединен с блоком согласования выход делителя напряжения:соединен с управляющим входом второ- .го стабилизатора тока.Изобретение относится к автомати,ческим системам регулирования постоянного тока, снабженным блокомпреобразования напряжения, и можетнайти применение при разработке стабилизированных источников питания 5радиоэлектронной аппаратуры.Известен стабилизированный.источник питания, содержащий преобразователь постоянного напряжения впостоянное с широтно-импульсной модуляцией, полупроводниковый выпрямитель, сглаживающий фильтр, блоксогласования с управляющим входомпреобразователя, задающий генератор,ждущий мультивибратор и датчик обратной связи 111.Недостатками известного устройства являются низкий динамическийкоэффициент стабилизации и, как след.ствие, значительные изМенения напря-ожения на выходе при воздействии широкого частотного спектра помех навходе устройства,Известен также стабилизированныйисточник питания, относящийся кклассу компенсационно-параметрических импульсных стабилизаторов напряжения и содержащий ключевой регулирующий элемент, сглаживающий фильтрзадающий генератор, модулятор шириныимпульсов, блок согласования с управляющим входом регулирующего элемента и датчик обратной связи 2 3.Такие устройства обладают высокимдинамическим коэффициентом стабилизации выходного напряжения, однако 35их применение ограничивается толькоустройствами, не требующими гальванической развязки между входом ивыходом, В устройствах с гальванической развязкой между входом и выходом их применение принципиальноневозможно.Наиболее близким к изобретениюявляется стабилизированный источникпитания, содержащий преобразователь 45постоянного напряжения с широтноимпульсной модуляцией, дополнительный источник питания и делитель напряжения, входы питания которых под"ключены к выводам для подключенияпервичного источника питания, задающий генератор, выход которого соединен через блок согласования с управ"ляющим входом преобразователя постоянного напряжения с широтно-импульс.ной модуляцией, вход которого черездатчик обратной связи соединен с выходом источника и первым входом усилителя обратной связи, второй входкоторого подключен к источнику опорного напряжения, выход усилителя об Оратной связи через первый ключ подключен к одной из обкладок первогоконденсатора, к которой подключенытакже вход первого порогового блокуи через первый стабилизатор тока - 65 первый выход дополнительного источника питания, а вторая обкладка пер" вого конденсатора соединена с общей точкой первого порогового блока и уснлителя обратной связи, управляющий вход первого ключа соединен свыходом первого элемента ИЛИ, первыйи второй входы которого соединенысоответственно с выходом первогопорогового блока и выходом первого импульсного трансформатора, и второй импульсный трансформатор 1.3.Недостатком известного устройства являются значительные изменения напряжения на выходе при воздействии широкого частотного спектра помехна входе устройства. Это обусловлено тем, что в данном устройстве невозможно добиться .постоянства динамического коэффициента стабилизации вдиапазоне частот от нуля до резонансной частоты сглаживающего фильтра при высоком статическом коэффициенте стабилизации и сохранении устойчивос" ти работы стабилизатора.Цель изобретения - повышение стабильности выходного напряжения при воздействии широкого частотного спектра помех на входе устройства.Указанная цель достигается тем,что в стабилизированный источникпитания, содержащий преобразовательпостоянного напряжения с широтноимпульсной модуляцией, дополнительный источник питания и делитель напряжения, входы питания которых подключены к выводам для подключенияпервичного источника питания, задающий генератор, выход. которого соединен через блок согласования с управ" ляющим входом преобразователя постоянного напряженияс широтно-импульсной модуляцией, выход которого через датчик обратной связи соединен с выходом источника и первым входом усилителя обратной связи, второй вход которого подключен к источнику опориого напряжения, выход усилителя обратной связи через первый ключподключен к одной иэ обкладокпервого конденсатора, к которойподключены такжевход первогопорогового блока и через первыйстабилизатор тока - первый выход дЬполнительного источника питания, а другая обкладка первого конденсатора соединена с общей точкой первого порогового блока и усилителя обратной связи, управляющий вход первогоключа соединен с выходом первогОэлемента ИЛИ, первый и второй вход которого соединены соответственно свыходом первого порогового блока и выходом первого импульсного трансформатора, и второй импульсный трансформатор, введены второй и третий стабилизаторы тока, второй, третийи четвертый ключи, второй элементИЛИ, второй конденсатор, второй пороговый блок, К-триггер, первый и второй формирователи коротких им" ,пульсов и элемент И, причем второй ,выход дополнительного источника питания соединен с .входами второго и третьего стабилизаторов тока, выходы . которых соответственно через второй и третий ключи подключены к одной из обкладок второго конденсатора, к которой также подключены вход вто" 30 рого порогового блока и через четвер тый ключ - выход второго элемента ИЛИ, другая обкладка второго конденсатора соединена с общей шиной четвертого ключа и второго порогового 15 блока, выход первого порогового блока через последовательно соединенные первый Формирователь коротких импуль-. сов и второй импульсный трансформатор подключены к К -входу 16-триггера0 и к первому входу второго элемента ИЛИ, выход второго порогового блока соединен с вторым входом второго элемента ИЛИ и первым входом элемента И, ,выход задающего генератора через второй формирователь коротких импульсов подключен к входу первого импульсного трансформатора и к 3 -входу К-триггера, инверсный выход которого соединен с управляющим входом третьего ключа, а его прямой30 выход соединен с управляющим входом второго ключа и вторым входом элемента И, выход которого соединен с блоком согласования, выход делителя напряжения соединен с управляющим 35 входом второго стабилизатора тока,На фиг.1 приведена структурная схема стабилизированного источника питания; на фиг.2 - диаграммы напряжения, поясняющие работу устройства. 40Устройство содержит преобразователь постоянного напряжения с широтно.-ийпульсной модуляцией 1, дополни-. тельный источник питания 2, делитель напряжения 3, задающий генератор 4, 45 блок согласования 5, датчик обратной связи 6, усилитель обратной связи 7, источник опорного напряжения 8, пер вый ключ 9, первый конденсатор 10, первый пороговый блок 11, первый 50 стабилизатор тока 12, первый элемент ИЛИ 13, первый импульсный трансформатор 14, второй импульсный трансформатор 15, второй стабилизатор тока 16, третий стабилизатор тока 17, второй ключ 18, третий ключ 19, чет) вертый ключ 20, второй элемент ИЛИ 21, второй конденсатор 22, второй пороговый блок 23, Я 6 -триггер 24, первый Формирователь коротких импульсов 25, второй Формирователь 60 коротких импульсов 26, элемент И 27.Стабилизированный источник питания представляет собой управляемый преобразователь постоянного напряжения в постоянное с широтно-импульс ной модуляцией и с гальванической развязкой между входом и выходом. Преобразование постоянного напряжения одного уровня в постоянное напряжение другого уровня осуществляет преобразователь постоянного напряжения с широтно-импульсной модуляцией 1. Уп- . равление преобразователем осуществляется блоком согласования 5, частоту работы которого определяет задающий генератор 4, формирование импульса управления осуществляется схемой И 27, Ю -триггером 24 и широтно-импульсным модулятором, содержащим пороговый блок 23, конденсатор 22, ключи 18 - 20, элемент ИЛИ 21 и стабилизаторы тока 16 и 17, обеспечивающие линейное нарастание напряжения на конденсаторе 22. Стабилизаторы тока 16 и 17 питаются от дополнительного источника питания 2, Выходной ток стабилизатора тока 16 зависит от входного напряжения за счет управления через делитель напряжения 3. Для " Формирования начального напряжения на конденсаторе 22, линейно зависящего от выходного напряжения усилителя обратной связи 7, на вход которого подаются сигналы с датчика обратной связи 6 и источника опорного напряжения 8, служит широтно-импульсный модулятор, содержащий пороговый блок 11, конденсатор 10, ключ 9, схему ИЛИ 13 и стабилизатортока 12Для гальванической развязки между входом и выходом используются импульсные трансформаторы 14 и 15, согласованные по длительности импуль- са с Формирователями. коротких импульсов 25 и 26.Задающий генератор 4 вырабатывает импульсы с постоянной частотой следования (диаграмма А, фиг.2). С выхода задающего генератора импульсы поступают на один из входов блока согласования 5, как тактовые для преобразователя постоянного напряжения с широтно-импульсной модуляцией 1, Импульсы с выхода задающего генератора поступают также на второй Формирователь коротких импульсов 26, которыйна месте отрицательного фронта импульса задающего генератора формирует короткий импульс (диаграмМа В, Фиг.2). Короткие импульсы устанавливают в положение ф 1 Р -триг гер 24, а также, пройдя через первый импульсный трансформатор 14 и первый элемент ИЛИ 13, запирают первый ключ 9. После каждого запирания первого ключа начинается заряд первого конденсатора 10 через первый стабилизатор тока 12 от дополнитель.ного источника питания 2. Когда напряжение на первом конденсаторе достигает порогового значения Опор 1 диаграмма В, фиг,2), срабатывает первый пороговый блок 11, и сигналс его выхода, пройдя через первый элемент ИЛИ, отпирает первый ключ. Первый конденсатор разряжается,а на выходе первого порогового блока формируется прямоугольный импульс (диаграмма Г, фиг.2) . разряд первого конденсатора происходит через открытый первый ключ и усилитель обратной связи. 7 до остаточного напряжения (диаграмма В, фиг.2), которое прямо. пропорционально сигналу, поступающему 10 на вход усилителя обратной связи от датчика обратной связи б. На второй вход усилителя обратной связи поступает опорное напряжение от источника опорного напряжения 8, Длительность 15 импульса, формируемого на выходе первого порогового блока, обратно пропорциональна величине остаточного напряжения Оо .Далее импульсы с выхода первого порогового блока поступают на первый формирователь коротких импульсов 25, который на месте отрицательного фронта формирует короткий импульс (диаграф(ма Д, фиг.2), Короткие импульсы, пройдя через второй импульсный транс" форматор 15, устанавливают в положение О 1 В -триггер. Следовательно, на прямом выходе К 5 -триггера формируются импульсы, равные по длительности импульсам на выходе первого порогового блока (диаграмма Г, фиг.2). Кроме того, короткие импульсы, пройдя через второй элемент ИЛИ 21, запирают четвертый ключ 20. После каждого запирания четвертого ключа начикается заряд второго конденсатора 22 от дополнительного источника питания через третий стабилизатор тока 17, так как в этот момент времени третий ключ 19 открыт уровням логической 40 1, поступающим с инверсного выхода, Щ-триггера, а второй ключ отпирается уровнем логической 1, поступающим с прямого выхода )В -триггера. Далее заряд второго конденсатора 45 происходит через второй стабилизатор тока, ток стабилиэации которого, а следовательно, и время, за которое напряжение .на втором конденсаторе достигает порогового значения О о, (диаграмма Е, фиг.2), зависят от напряжения первичного источника питания. Напряжение первичного источника питания через делитель напряжения 3 подается на управляющий вход второго стабилизатора тока.Когда напряжение на втором конденсаторе достигает порогового значения орсрабатывает второй пороговый блок 23, и сигнал с его выхода, пройдя через второй элемент 60 ИЛИ, отпирает четвертый ключ. Второй конденсатор разряжается до нуля, а на выходе порогового блока формирует. ся прямоугольный импульс (диаграмма Ж, фиг.2), который поступает на один 65 иэ входов элемента И 27. На второйвход элемента И поступают импульсыс прямого выхода Я 8 -триггера. С выхода элемента И на блок согласованияприходят импульсы, длительность которых равна разности длительностиимпульсов на выходе второго порогового блока и длительности паузымежду импульсами на прямом выходеВ 6-триггера (диаграмма 3, фиг.2).Блок согласования разводит импуль.сы управления на два канала (еслипреобразователь напряжения двухтактный), усиливает и,подает на базытранзисторов преобразователя напряжения, С выхода преобразователя выпрямленное и отфильтрованное напряжение через датчик обратной связи поступает на нагрузку,Величина начального напряжения0 Н (диаграмма Е, фиг,2) прямо пропорциональна величине остаточного напряжения (3 (диаграмма В, фиг.2), аследовательно, и сигналу обратнойсвязи. Так как время, в течение которого формируется начальное напряжение, вычитается иэ общей длительностиимпульса на выходе второго пороговогоблока, то длительность импульса управленияобратно пропорциональна величине начального напряжения ОНаналогично тому, как длительностьимпульса на выходе первого порогового блока зависит от остаточного напряжения о) .При изменении напряжения первично.го источника питания длительность импульсов управления изменяется такимобразом, чтобы вольтсекундная площадь импульсов на выходе преобразователя напряжения (импульсы напряжения на входе выпрямителя) оставаласьпостоянной (при постоянной величинесигнала обратной связи). Напрймер,при увеличении напряжения первичногоисточника питания увеличивается токстабилизации второго стабилизаторатока, что приводит к уменьшению длительности импульса управления. Приэтом имеет место гиперболическаязависимость длительности импульсауправления от напряжения первичногоисточника питания и тока стабилизации второго стабилизатора тока.Из этого следует, что описываемыйстабилизированный источник питанияявляется компенсационно-параметрическим и обеспечивает инвариантноерегулирование выходного параметраотносительно входного напряжения.Использование предлагаемой схемыстабилизированного источника питанияпозволяет значительно уменьшить изменение напряжения на выходе привоздействии широкого частотногоспектра помех на входе устройства,Эффективность предлагаемого стабилизированного источника питания осо1029169 7 бенно сильно проявляется при применении в радиоэлектронной аппаратуресвязанной с передачей телеметрической информации или передачей данныхгде.информация передается ввиде массива данных. Если случайнаяпомеха на шинах питания приводит ксбою в передаче массива данных, тонеобходимо весь массив данных пере"давать заново, что вызывает экономические издержки. В том случае, еслисбои в передаче массива данных не 8.допустимы, в базовых объектах дополнительно к импульсным стабилизаторам на выходе стабилизироВаиного источника питания устанавливают линейные стабилизаторы напряжения, что приво" дит к уменьшению КПД на 20-30. Применение описываемого стабилизированного источника питания позволяет избежать потери электроэнергии, свя занные с установкой дополни тельных линейных стабилизаторов;1029169 ставитель Е. Финогеновхред А. АчКорректор А Пов Редактор Н. Швыдка Закан 4978/4 о 1303 лиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектна Тираж 87ИИПИ ГосУДаРс по делам изоб Москва, Ж,енног тений аушск Подпискомитета СССРоткрытийнаб., д. 4/5