Стабилизированный источник питания

 

СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ, содержа1 Ц1й преобразователь постоянного напряжения с широт ноимпульсной модуляцией, дополнительный источник питания и делитель напряжения , входы пит.ания которых подключены к вьшодам для подключения первичного источника питания/ задающИй генерато1р, выход которого соединен через блок согласования с управляющим входом преобразователя постоянного напряжения с 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 опорного напряжения, выход усилителя обратной связи через первый ключ подключен к одной из обкладок первого конденсатора, к которой подключены также вход первого порогового блока и через первый стабилизатор тока - первый выход дополнительного источника питания, а другая обкладка первого конденсатора соединена с общей точкой первого порогового блока и усилителя обратной связи, управляющий вход первого ключа соединен с .выходом первого элемента ИЛИ, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходом первого порогового блока и выходом первого им рульсного трансформатора, и второй импульсный трансформатор, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности выходного напряжения при воздействии широкого частотного спектра помех на входе в него введены второй и третий стабилизаторы тока, второй, третий и четвертый ключи/ второй элемент ИЛИ; второй конденсатор, второй пороговый блок, Я5-триггер, первый и второй формирователи коротких импульсов и элемент И, причем второй выход дополнительного источника питания соединен с входами второго и третьего стабилизаторов тока, выход которых соответственно через второй и третий ключи подключены к одной яэ обкладок второго конденсатора, к которой такСО же подключены вход второго порогового блока и через четвертый ключ выход второго элемента ИЛИ, другая обкладка второго конденсатора соединена с общей шиной четвертого ключа и второго порогового блока, выход первого порогового блока через последовательно соединенные первой формирователь коротких импульсов и второй импульсный трансформатор Подключен к R-рходу R.S-триггера и к первому входу второго элемента ИЛИг выход второго порогового блока соединен с вторым входом элемента ИЛИ и первым входом элемента И, выход задающего генератора через второй формирователь коротких импульсов подослючен к входу первого импульсного трансф01 1атора и к S -входу RS триггера/ инверсный выход которого соединен с управляющим входом третьего ключа/ а егопрямой выход соединен с управляющим входом второго ключа и вторым входом элемента И/ выход которого соединен с блоком согласования/ выход делителя напряжения соединен с управляющим входом второго стабилизатора тока.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (1Ю (И) М506 05 F 1 64

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬ)ТИЙ (21) 3336252/24-07 (22) 14.09.81 . (46) 15 07 ° 83. Бюл. Р 26 (72) A,В. Гусаров, Г.И. Мартыщенко и А.М. Стрельцов (53) 621. 316. 722. 1 (088. 8) (56) 1. Патент США 9 3145334, кл. 321"2, 1964.

2. Авторское свидетельство СССР

9 657422, кл. G 05 F 1/56, 1976.

3. Патент ГДР 9 87612, кл. Н 02 P 13/16 1972, (54)(57) СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ ИСТОЧНИК

ПИТАНИЯ, содержащий преобразователь | постоянного напряжения с широтноимпульсной модуляцией, дополнительный источник питания и делитель напряжения, входы питания которых подключены к выводам для подключения первичного источника питания, задающий генератор, выход которого соединен через блок согласования с управляющим входом преобразователя постоянного напряжения с 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 опорного напряжения, выход усилителя обратной связи через первый ключ подключен к одной из обкладок первого конденсатора, к которой подключены также вход первого порогового блока и через первый стабилизатор тока - первый выход дополнительного источника питания, а другая обкладка первого конденсатора соединена с общей точкой первого порогового блока и усилителя обратной связи, управляющий вход первого ключа соединен с .выходом первого элемента ИЛИ, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходом первого порогового блока и выходом первого ии. ульсного трансформатора, и второй импульсный трансформатор, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения стабильности выходного напряжения при воздействии широкого частотного спектра помех на входе, в него введены второй и третий стабилизаторы тока, второй, третий и четвертый ключи, второй элемент ИЛИ, второй конденсатор, второй пороговый блок, %5-триггер, первый и второй формирователи коротких импульсов 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 иэ обкладок Я второго конденсатора, к которой также подключены вход второго порогового блока и через четвертый ключвыход второго элемента ИЛИ, другая С обкладка второго конденсатора соединена с общей шиной четвертого клю- Я ча и второго порогового блока, выход первого порогового блока через последовательно соединенные первый формирователь коротких импульсов и второй импульсный трансформатор подключен к R --входу К6-триггера и к первому входу второго элемента ИЛИ, выход второго порогового блока соединен с вторым входом элемента ИЛИ и цервым входом элемента И, выход задающего генератора через второй формирователь коротких импульсов подключен к входу первого импульсного трансформатора и к 9 --входу триггера, инверсный выход которого соединен с управляющим входом третье- " го ключа а его прямой выход соединен с управляющим входом второго ключа и вторым входом элемента И, выход которого соединен с блоком согласования выход делителя напряжения: соединен с управляющим входом второ- . го стабилизатора тока.

1029169

Изобретение относится к автомати, ческим системам регулирования постоянного тока, снабженным блоком преобразования напряжения, и может найти применение @ри разработке стабилизированных источников питания радиоэлектронной аппаратуры.

Известен стабилизированный.источник питания, содержащий преобразователь постоянного напряжения в постоянное с широтно-импульсной мо- 10 дуляцией, полупроводниковый выпрямитель, сглаживающий фильтр, блок согласования с управляющим входом преобразователя, задающий генератор, ждущий мультивибратор и датчик обратной связи (1 j.

Недостатками известного устройства являются низкий динамический коэффициент стабилизации и как следствие, значительные изМенения напря- 2О жения на выходе при воздействии широкогo частотного спектра помех на входе устройства.

Известен также стабилизированный источник питания, относящийся к классу компенсационно-параметрических импульсных стабилизаторов напряжения и содержащий ключевой регулирующий элемент, сглаживающий фильтр задающий генератор, модулятор ширины импульсов, блок согласования с управляющим входом регулирующего эле. мента и датчик обратной связи f2 3.

Такие устройства обладают высоким динамическим коэффициентом стабилизации выходного напряжения, однако З их применение ограничивается только устройствами, не требующими гальванической развязки между входом и выходом. B устройствах с гальванической развязкой между входом и вы- 4(j ходом их применение принципиально невозможно.

Наиболее близким к изобретению является стабилизированный источник питания, содержащий преобразователь 4 постоянного напряжения с широтно импульсной модуляцией, дополнительный источник питания и делитель напряжения, входы питания которых под" ключены к выводам для подключения первичного источника питания, задающий генератор, выход которого соединен через блок согласования с управ" ляющим входом преобразователя постоянного напряжения с широтно-импульс. ной модуляцией, вход которого через датчик обратной связи соединен с выходом источника и первым входом усилителя обратной связи, второй вход которого подключен к источнику опорного напряжения, выход усилителя об- 6О ратной связи через первый ключ подключен к одной из обкладок первого конденсатора, к которой подключены также вход первого порогового блоку и через первый стабилизатор токапервый выход дополнительного источника питания, а вторая обкладка первого конденсатора соединена с общей точкой первого порогового блока и уснлителя обратной связи, управляющий вход первого ключа соединен с выходом первого элемента ИЛИ, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходом первого порогового блока и выходом первого импульсного трансформатора, и второй импульсный трансформатор (3).

Недостатком известного устройства являются значительные изменения напряжения на выходе при воздействии широкого частотного спектра помех на входе устройства. Это обусловлено тем, что в данном устройстве невозможно добиться .постоянства динамического коэффициента стабилизации в диапазоне частот от нуля до резонанс ной частоты сглаживающего фильтра при высоком статическом коэффициенте стабилизации и сохранении устойчивости работы стабилизатора.

Цель изобретения - повышение стабильности выходного напряжения при воздействии широкого частотного спектра помех на входе устройства.

Указанная цель достигается тем, что в стабилизированный источник питания, содержащий преобразователь постоянного напряжения с широтноимпульсной модуляцией, дополнительный источник питания и делитель напряжения, входы питания которых подключены к выводам для подключения первичного источника питания, задающий генератор, выход. которого соединен через блок согласования с управляющим входом преобразователя постоянного напряжения с 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 ключ подключен к одной иэ обкладок первого конденсатора, к которой подключены также вход nepsoro порогового блока и через первый стабилизатор тока — первый выход дЬполнительного источника питания, а другая обкладка первого конденсатора соединена с общей точкой первого порогового блока и усилителя обрат- . ной связи, управляющий вход первого ключа соединен с выходом первогО элемента ИЛИ, первый и второй вход которого соединены соответственно с выходом первого порогового блока и выходом первого импульсного трансформатора, и второй импульсный трансформатор, введены второй и третий стабилизаторы тока, второй, третий и четвертый ключи, второй элемент

1029169

ИЛИ, второй конденсатор, второй пороговый блок, Rg -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 RS-триггера 0 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 Q.&-триггера, инверсный выход которого соединен с управляющим входом третьего ключа, а его прямой

30 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. 40

Устройство содержит преобразователь постоянного напряжения с широтно.-иМпульсной 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 торса 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, R6 -триггер

24, первый формирователь коротких импульсов 25, второй форми) ователь 60 коротких импульсов 26, элемент И 27.

Стабилизированный источник питания представляет собой управляемый преобразователь постоянного напряжения в постоянное с широтно-импульс- Я 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. Управление преобразователем осуществляется блоком согласования 5, частоту работы которого определяет задающий генератор 4, Формирование импульса управления осуществляется схемой

И 27, R5 -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 стабилизатор тока 12 °

Для 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, который на месте отрицательного фронта импульса задающего генератора формирует короткий импульс (диаграмМа В, фиг.2). Короткие импульсы устанавливают в положение 1 РЬ -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 l3пор (диаграмма В, фиг.2), срабатывает первый пороговый блок ll и сигнал

1029169 с 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 B фиг.2), которое прямо. пропорционально сигналу, поступающему О на вход усилителя обратной связи от датчика обратной связи 6. 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 ()< ..

Далее импульсы с выхода первого порогового блока поступают на первый формирователь коротких импульсов 25, который на месте отрицательного фронта формирует короткий импульс (диагра (ма Д, фиг.2), Короткие импульсы, пройдя через второй импульсный трансформатор 15, устанавливают в положение 0 RS -триггер . Следовательно, на прямом выходе R5 -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 начи-35 кается 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 RS -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 >ог, (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 () o, срабатывает 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 формируется прямоугольный импульс (диаграмма

Ж, фиг.2), который поступает на один иэ входов элемента И 27. На второй вход элемента И поступают импульсы с прямого выхода р8 -триггера. С выхода элемента И на блок согласования приходят импульсы, длительность которых равна равности длительности импульсов на выходе второго порогового блока и длительности паузы между импульсами на прямом выходе

93-триггера (диаграмма 3, фиг.2).

Блок согласования разводит импульсы управления на два канала (если преобразователь напряжения двухтактный), усиливает и,подает на базы транзисторов преобразователя напряжения. С выхода преобразователя вып рямленное и отфильтрованное напряжение через датчик обратной связи пос тупает на нагрузку, Величина начального напряжения (j> (диаграмма Е, фиг.2) прямо пропорциональна величине остаточного напряжения IJ (диаграмма В, фиг.2), а следовательно, и сигналу обратной связи. Так как время, в течение которого формируется начальное напряжение вычитается иэ общей длительности импульса на выходе второго порогового блока, то длительность импульса управления обратно пропорциональна величине начального напряжения ()> (аналогично тому, как длительность импульса на выходе первого порогового блока зависит от остаточного напряжения (Jo) °

При изменении напряжения первично. го источника питания длительность импульсов управления изменяется таким образом, чтобы вольтсекундная площадь импульсов на выходе преобразователя напряжения (импульсы напряжения на входе выпрямителя) оставалась постоянной (при постоянной величине сигнала обратной связи). Напрймер, при увеличении напряжения первичного источника питания увеличивается ток стабилизации второго стабилизатора тока, что приводит к уменьшению длительности импульса управления. При этом имеет место гиперболическая зависимость длительности импульса управления от напряжения первичного источника питания и тока стабилизации второго стабилизатора тока.

Из этого следует, что .описываемый стабилизированный источник питания является компенсационно-параметрическим и обеспечивает инвариантное регулирование выходного параметра относительно входного напряжения.

Использование предлагаемой схемы стабилизированного источника питания позволяет значительно уменьшить изменение напряжения на выходе при воздействии широкого частотного спектра помех на входе устройства.

Эффективность предлагаемого стабилизированного источника питания осо1029169

7 бенно сильно проявляется прн применении в радиоэлектронной аппаратуре, связанной с передачей телеметрической информации или передачей данных, .где.информация передается в виде массива данных. Если случайная помеха на шинах питания приводит к сбою н передаче массива данных, то необходимо весь массив данных передавать заново, что вызывает экономя. ческие издержки. В том случае, если сбои в передаче массива данных не

8 допустимы, н базовых объектах дополнительно к импульсным стабилизаторам на выходе стабилизированного источника питания устанавливают линейные стабилизаторы напряжения, что приводит к уменьшению КПД на 20-30Ъ. Применение описываемого стабилизированного источника питания позволяет избежать потери электроэнергии, свя»

:занные с установкой дополни10 тельных линейных стабнлизаторон;

1029169

Составитель E. Финогенов

Редактор Н. Швыдкая Техред А.Ач Корректор А, Повх

Заказ 4978/46 Тираж 874 Подписное

BHHHHH Государственного комитета .СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП Патент, х. Ужгород, ул. Проектная, 4