Многофазный импульсный стабилизатор

 

Изобретение относится к источникам вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры. Целью изобретения является упрощение при одновременном увеличении КПД и надежности . Цель достигается тем, что введенный 3 устройство формирователь 17 длительности паузы обеспечивает синхронизацию N-разрядного регистра 12 сдвига с запаздыванием на время гарантированной паузы относительно выходного сигнала формирователя 10 синхроимпульсов широтко-импульсного модулятора 11, чем достигается ограничение максимальной длительности управляющих импульсов, формируемых на входах управления силовых преобразовательных ячеек. 2 ил. 4Т (Л с САд 1 tpuff

СОЮЗ СОВЕТСКИХ социАлистичесних

РЕСПУБЛИК

m 4 С 05 Р 1/56 госудАРственный кОмитет сссР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3986756/24-07 (22) 11. 12.85 (46) 15.06.87. Нюл, Р 22 (71) Куйбышевский электротехнический институт связи (72) А.Ф. Кадацкий и В.Ф. Яковлев (53) 621.316.722.1(088.8) (56) Юрченко А.И., Шуваев Ю.Н. Основные структурные схемы управления многофазных импульсных стабилизаторов и преобразователей. Вопросы радиоэлектроники. Серия общетехническая. вып.2, 1981, с. 128, рис. 7.

Авторское свидетельство СССР

У 1019413, кл.,G 05 Р 1/56, 1982. (54) мнОГОФАзный импульсный стАВилиЗАТОР

„Л0„„1317415 А 1 (5?) Изобретение относится к источникам вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры. Целью изобретения является упрощение при одновременном увеличении КПД и надежности, Цель достигается тем, что введенный з устройство формирователь 17 длительности паузы обеспечивает синхронизацию Б-разрядного регистра 12 сдвига с запаздыванием на время гарантированной паузы относительно выходного сигнала формирователя 10 синхроимпульсов широтно-импульсного модулятора 11, чем достигается ограничение максимальной длительности управляющих импульсов, формируемых на входах управления силовых преобразовательных ячеек. 2 ил.

1 131741

Изобретение относится к элект.ротехнике и может быть использовано в качестве источников электропитания электротехнической и радиоэлектронной аппаратуры различного назначения, 5

Цель изобретения — упрощение и повышение технико-экономических показателей за счет увеличения КПД и надежности.

На фиг. 1 приведена схема предла- 10 гаемого многофазного импульсного стабилизатора; на фиг. 2 — временная диаграмма, поясняющая работу предлагаемого устройства.

Многофазный импульсный стабилизатор содержит входные клеммы источника 1 питания, подключенные к N/2 силовым каналам 2, выхоцные цепи которых подключены к выходным клеммам 3 нагрузки параллельно или последова- 20 тельно, и блок 4 управления. Блок управления содержит генератор 5 синхроимпульсов, первый 6 и второй 7 формирователи тактовых импульсов, второй ш-разрядный двоичный счетчик 8, формирователь 9 строб-импульсов, формирователь 10 импульсов синхрониза- ции широтно-импульсного модулятора, широ.гно импульсныи модулятор 11, Nразрядный регистр 12 сдвига, дешифра- 30 тор !3, HGToÿHHK 14 опорного HBIIpH жения, схему 15 сравнения, И логических элементов 2 ИЛИ-НЕ 16, формирователь 17 длительности паузы, селектор

18. Формирователь импульсов синхрони- 35 зации широтно-импульсного модулятора содержит входной каскад 19 (двоичный

m-разрядный счетчик), выходной каскад 20 (формирователь пилообразного напряжения) и формирователь 21 син- 10 хронизирующих строб-импульсов, Временные диаграммы (фиг. 2) показаны на следующих:выходах: а — на выхоце первого формирователя 6 тактовых импульсбв; б — на выходе форми- 5 рователя 17 длительности паузы; в на (m-1)-м выходе двоичного m-разрядь ного счетчика 19; r - Ha m-ì выходе двоичного ш-разрядного счетчика 19; д — на выходе формирователя 21 синхронизирующих строб-импульсов; е— на входах (первом и втором) широтноимпульсного модулятора 11; ж — на выходе широтно-импульсного модулятора

11; з — на выходе селектора 18; и— на выходе формирователя 9 строб-импульсов; к — на выходe второго формирователя 7 тактовых импульсов; л — на выходе первого разряда регистра 12

5 2 сдвига; м — на выходе второго разряда регистра 12 сдвига; н — на выходе (N/2+1)-ro разряда регистра 12 сдвига,, с — на выходе М-го разряда регистра 12 сдвига; п — на первом выходе дешифратора 13; р — на втором выходе дешифратора 13; с — íà (N/2+

+1)-м выходе дешифратора 13; т — на

N-м выходе дешифратора 13; у — на выходе первого логического элемента

2 ИЛИ-НЕ 16; ф — на выходе второго логического элемента 2 ИЛИ-НЕ 16; х— на выходе (N/2+1)-го логического элемента 2 ИЛИ-НЕ 16; ц — на выходе

N-го логического элемента 2 ИЛИ-НЕ

16,.

Источник 1 питания и силовые ка-, налы 2 имеют две общие шины. Нагрузка 3 в случае гальванической развязки не имеет общей точки соединения с источником 1 питания. Генератор 5 синхроимпульсов выходом подключен к входным цепям первого 6, второго 7 формирователей тактовых импульсов.

Выход формирователя 10 подключен к одному из входов широтно-импульсного модулятора 11, другой вход которого подключен к выходу схемы 15 сравнения.

Один из входов схемы 15 сравнения подключен к источнику опорного напряжения, другой — к нагрузке 3. К нагрузке 3 параллельно или последовательно подключены выходные цепи выходных каналов Z выполненных на основе двух- тактных преобразователей. постоянного напряжения. Выход широтно-импульсного модулятора 11 подключен к первому входу селектора 18, второй вход которого подключен к ш-му выходу счетчика

19, а выход — к входу второго формирователя строб-импульсов 9. Выход второго формирователя 9 подключен к входу установки "0" второго формирователя 7 тактовых импульсов. Первый, второй,..., ш-й управляющие входы дешифратора 13 подключены к выходу первого, второго, ..., ш-го разряда второго двоичного счетчика 8, а первьг, второй, ..., N-й выходы дешифратора

13 подключены соответственно к второму входу первого, второго, ..., N-ro логического элемента 2 ИЛИ-НЕ 16, Вход двоичного m-разрядного счетчика

19 подключен к выходу первого формирователя 6 гактовых импульсов, (ш-1)-й выход — к входу формирователя

21 синхронизирующих импульсов, à m-й выход — к второму входу селектора 18.

Формирователь 21 синхронизирующих

415 4

Выходной сигнал (фиг. 2 в) (m-1)го разряда m-разрядного двоичного счетчика 19 используется для синхронизации формирователя 20 пилообразного напряжения. Синхронизация осуществляется строб-импульсами (фиг.2 д), которые формируются на выходе формирователя 21 на перепад 1/О выходного сигнала (m-1)-га разряда счетчика 19 (фиг. 2 в). Период следования положительных строб-импульсов (фиг. 2 з) на выходе формирователя 21 синхронизирующих строб-импульсов равен Т/2.

Поэтому и период следования выходного сигнала U„(t) (фиг. 2 е) формирователя 20 равен Т/2. Воздействие указанного сигнала U„(t) на один из входов широтно-импульсного модулятора 11 и уровня напряжения Uc (t) (фиг. 2 е) с выхода схемы 15 сравнения на другой вызывает появление на его выходе широтно-модулированного сигнала с длительностями импульсов

t,,,,..... .(фиг. 2 ж) и периодом Т/2.

Указанный сигнал поступает на первый вход селектора 18. На второй вход селектора поступает сигнал с m-го выхода счетчика 19 (фиг. 2 r). Низкий уровень выходного сигнала селектора

18 формируется (фиг. 2 з) при одновременном. присутствии низких уровней напряжений на его входах (фиг. 2 r, ж). В каждом из периодов Т выходной сигнал (фиг. 2 г) ш-ro разряда двоичного счетчика 19 на интервале времени Т/2 имеет высокий уровень напряжения, запрещаюший прохождение на выходе селектора 18 широтно-модулированного сигнала низкого уровня напряжения модулятора 11. Поэтому из двух импульсов выходного сигнала указанного модулятора в каждом периоде Т (Фиг. 2 ж: „и „, „ и t< ) на выход селектора 22 проходит один

;(фиг. 2, з ° t, t, ° ° ° ) °

Этим достигается ограничение максимальной длительности ширины импуль,"ов сигнала управления на уровне Т/2 при периоде следования Т и обеспечивается возможность использования его для организации электрических процессов в силовых каналах на основе,цвухтактных преобразователей постоянного напряжения.

m = 1og N, 3 1З17 строб-импульсов выходом подключен к входу формирователя 20 пилообразного напряжения. Формирователь 17 длительности паузы входом подключен к выходу первого формирователя 6 тактовых импульсов, а выходом — к входу синхронизации последовательного приема информации N-разрядного регистра 12 сдвига. Выходы первого, второго,..., N-ro разрядов регистра 12 подключены 10 к первым входам соответственно первого, второго,..., N-го логических элементов 2 ИЛИ-НЕ 16. Выходы указанных логических элементов 16 подключены следующим образом: первый, второй,..., N/2-й к входам соответственно первого, второго, N/2-ro силовых каналов 2, а (М/2+1)-й, (N/2+2)-й, ...,N-й — к вторым входам соответственно первого, второго,...,N/2-го си-20 ловых каналов 2. Вход счетчика 8 подключен к выходу второго формирователя 7 тактовых импульсов.

Многофазный импульсный стабилизатор работает следующим образом. 25

С выхода генератора 5 синхроимпульсов напряжение с и периодом Т „ =

= 0,01 ТК, где Т вЂ” период электрических процессов в силовых каналах 2;

К вЂ” требуемая точность (в 7) воспро- 30 изведения длительности импульса выходного сигнала широтно-импульсного модулятора 11 на выходе логических элементов 2 ИЛИ-НЕ 16, поступает на вход формирователей . 6 и 7 тактовых импульсов. На выходах формирователей

6 и 7 формируются напряжения с периодом следования Т „ = Т/И (фиг. 2 а, к). В общем случае выходные напряжения формирователей 6 и 7 могут иметь 4р сдвиг по фазе, поскольку выходное напряжение второго формирователя 7 синхронизируется задним (передним) фронтом широтно-модулированного сигнала (фиг. 2 з) селектора 18.

Выходное напряжение первого формирователя 6 тактовых импульсов воздействует на вход формирователя 1З, а второго формирователя 7 — на вход формирователя 8. Входным каскадом формирователя 10 импульсов синхронизации широтно-импульсного модулятора является двоичный счетчик 19, разрядность m которого равна разрядности

m второго двоичного счетчика 8, При этом разрядность m является функцией числа N

На перепад О/1 выходного сигнала (фиг. 2 з) селектора 18 формирователь 9 строб-импульсов формирует положительные строб-импульсы в моменты времени с + t,,; t, + с„ ;... (фиг.2

5 13171 и). Короткие положительные импульсы (строб-импульсы) формирователя 9 обеспечивают установку в "О" второго формирователя (счетчика) 7 по выходу Б

Таким образом, в каждом периоде

Т производится установка в "0" второго формирователя 7 тактовых импуль-. сов (фиг. 2 к) в моменты времени t +

+ t>,... (фиг, 2 и), совпа- 10

И- т даюшие с перепадом 0 / 1 выходного сигнала селектора 1 8 (фиг . 2 з ) . В интерв алах времени между воздействиями строб -импульсов формирователь 7 о б е спечивает тактовые импульсы с перно- 1 5 дом следования Т „ (фиг . 2 к) на входе двоичного m-разрядного счетчика 8 .

Поскольку выходы первого, второг о, . . ., ш-г о разрядов двоичного счетчика 8 подключе ны к управляющим 20 входам дешифр атора 1 3, . то на первом, втором, . . ., (N/ 2+ 1 ), . . ., М-м выходах дешифратора i 3 появляются положительные импульсы (фиг . 2 п, р, с, т ), длительностью Т„ = Т/N и периодом сле- 25 дования, равным Т . Например, временная диаграмма, изображенная н а фиг . 2 п соответствует состоянию счетчика

8 ОО . . . 00, эпюра и на фиг . 2 соо тв е тс твует состоянию 00 . . . О 1, а фиг . 2 т 30 соответствует состоянию I 1 . . . 1 1 1 счетчик а 8 .

Выходной сигнал первого формирователя 6 тактовых импульсов (фиг. 2 а) используется для синхронизации формирователя 10 и для синхронизации формирователя 17 длительности паузы.

На выходе формирователя 17 формируется импульсный сигнал (фиг, 2 б) дли- yg тельностью с на перепад 1/О выходного сигнала (фиг. 2 а) формирователя 6. Длительность t „ указанных положительных импульсов выбирается.из условия превышения длительности времени рассасывания неосновных носителей з области базь1 силовых коммутирующих транзисторов силовых каналов 2. Выходной сигнал (фиг. 2 б) формирователя 17 используется для синхронизации регистра 12 сдвига. Выходной сигнал (фиг. 2 з) селектора 18 воздействует на информационный вход последовательного ввода информации регистра 12, Запись его в первый разряд и сдвиг в последующие старшие разряды укаэанного регистра осуществляется фронтом 1/О выходного сигнала (фиг.2 б) формирователя 17. В результате на !

15 6 выходах первого, второго,...,(И/2+

+1)-ro,...,N-го разрядов регистра 12 появляются сигналы (фиг. 2 л,м,н,о), равномерно сдвинутые на время Т =Т/N и равное периоду следователя выходного сигнала (фиг.2 б) формирователя 17.

Так как перепад 1/О выходного синхронизирующего сигнала (фиг. 2 б) формирователя 17 смещен относительно переднего фронта выходного сигнала селектора 18 (фиг. 2 з), то передний фронт выходного сигнала (фиг. 2 л) первого разряда регистра 12 смещен на величину t„ второго разряда — на величину Т„+ 1„, ° е °, и т.д.

Поскольку запись в первый разряд регистра 12 выходного сигнала селектора 18 и его сдвиг в старшие разря- . ды (со второго no N-й) осуществляется дискретно через интервал времени T =

= Т/N, то в общем случае на выходах первого, второго,...,(И/2+1)-го,..., N-го разрядов регистра 12 сигналы (фиг. 2 л,м,н,о) отличаются от поступающего сигнала (фиг. 2 з) на информационный вход. Максимальная ошибка воспроизведения указанного сигнала достигает величины периода Т =

= Т/N следования синхронизирущих импульсов формирователя 17.

Однако воздействие выходных сигналов регистра 12 и дешифратора 13 на входы логических элементов 2 ИЛИ-НЕ

16 позволяет получить на их выходах идентичные равномерно сдвинутые сигналы, отличающиеся от выходного сигнала (фиг. 2 з) селектора 18 на величину гарантированной длительности паузы й„. Воздействие на первый вход логического элемента 2 ИЛИ-НЕ 16 сигнала (фиг. 2 л) с выхода первого разряда регистра 12 н на второй вход— в с первого выхода дешифратора 13 (фиг. 2 .и) обеспечивает на выходе указанного логического элемента 16 положительный импульс длительностью

t >Ä â€” t „ (фиг. 2 у) и периодом следо— вания Т, совпадающим по времени с выходным сигналом селектора 18. Результатом воздействия на первые входы второго,...,(Ы/2+1),...,N-ro логического элемента 2 ИЛИ-,НЕ 16 сигналов (фиг. 2 м,н,о) с выходов соответственно второго,..., (М/2+1)-ro, N-го разрядов регистра 12 и на вторые

ВХОДЫ СООТВЕТСТВЕННО С BTOPOFO ° °, (N/2+1)-го,...,, N-го выходов дешифратора 13 (фиг. 2 р,с,т) являются выходные сигналы (фиг. 2 ф,х,ц) соот7 1317 ветственно на выходах второго,..., (N/2+1)-го,..., N-ro логического элемента 2 ИЛИ-НЕ 16.

Формирователи (счетчики) 6 и 7 имеют одинаковую разрядность равную

У 5 и, Это обеспечивает формирование ими тактовых импульсов (фиг. 2 а, к) с равным периодом Т„ но сдвинутых (в общем случае) по фазе, так как начальное состояние формирователя 7 синхронизируется в моменты времени, совпадающие с периодом О/1 широтномодулированного сигнала (фиг. 2 з) селектора 18, длительность которого может лежать в интервале О -< tee Т/2.

Поэтому, и передний (задний) фронт (перепад О/1) и задний (передний) фронт (перепад О/1) широтно-модулированного сигнала (фиг. 2 3) воспроизводятся на выходах логических элемен- 2р тов 16 с равным временным сдвигом

Т„ = T/N. Передний (задний) фронт воспроизводится на первых входах указанных элементов 16, а задний (передний) фронт (фиг. 2 п,р,с,т) на вторых 25 входах этих элементов. В результате на выходах логических элементов 16 получаются широтно-модулированные импульсы (фиг. 2 у,ф,х,ц), равномерно сдвинутые на время Т„ и равные по 3О длительности сигналу на выходе селектора 18 (фиг. 2 з). Указанные сигналы используются ими для управления соответствующих силовых каналов 2.

Сдвиг во вРемени на величину Т„=Т/N данных сигналов управления обеспечивает равномерный сдвиг во времени электрических процессов в силовых каналах 2.

Многофазный импульсный стабилизатор, содержащий силовую цепь выполненную в виде N/2 параллельно или последовательно включенных между входными и выходными клеммами силовых каналов, и блок управления, состоящий из генератора синхроимпульсов, формирователя импульсов синхронизации широтно-импульсного модулятора, содержащего входной каскад, выполненный на двоичном N-разрядном счетчике

На первый и второй входы силовых каналов 2 поступают идентичные сигна.цы управления, сдвинутые относительно друг друга на время Т/2, т.е. на половину периода следования выходного 45 сигнала селектора 18 (фиг. 2 з). Это обеспечивается подключением первого и второго входов первого, второго,..., N/2-го силового канала 2 к выходам соответственно первого и (N/2+1)-го, второго и (N/2+2)-го,..., N/2-го и Nro логических элементов 16. Например, на первый вход первого силового канала 2 воздействует широтно-модулированный сигнал (фиг. 2 у) с выхода первого логического элемента 16, а на второй — с выхода (N/2+1)-го (фиг. 2

x). Между их передними, и между их задними фронтами обеспечивается рав415 8 ный временной сдвиг на половину периода Т/2. Идентичность равномерно сдвинутых на Т/2 сигналов управления обеспечивает исполнение силовых каналов 2 на основе двухтактных преобразователей постоянного напряжения с нагрузкой в виде трансформатора. При этом обеспечивается симметричное перемагничивание силового трансформатора, тем самым исключается насыщение

его. В результате повышается КПД.

Указанные сигналы повторяют по, длительности выходной сигнал селектора 18 (фиг. 2 з) с постоянной ошибкой на величину t„. Это обеспечивает при длительностях выходного сигнала селектора 18, стремящихся к Т/2, отсутствие режима "сквозных токов, т.е. когда одновременно открыты оба силовых транзистора в каждом (первом, втором,..., N/2) силовом канале 2. В результате повьппаются КПД и надежность всего устройства.

Изменение напряжения на нагрузке

3 при воздействии какого-либо возмущающего воздействия приводит к изменению уровня напряжения на выходе схемы 15 сравнения и к соответствующему изменению сигнала на выходе широтно-импульсного модулятора 1! и селектора 18. Это приводит к изменению (сдвигу) во времени сигналов на выходах дешифратора 13, в зависимости от перепада О/1 широтно-модулированного сигнала, к соответствующему изменению длительности сигналов на выходах логических элементов 16 и к изменению энергии, передаваемой каждым силовым каналом 2 в нагрузку 3. Указанные изменения за счет использования отрицательной обратной связи направлены на компенсацию возмущающих воздействий и установлению с заданной точностью напряжения на нагрузке 3.

Формула из обре тения

9 13174 формирователь синхронизирующих стробимпульсов и выходной каскад формирователя пилообразного напряжения, Nразрядного регистра сдвига, N логических элементов 2 ИЛИ-НЕ, двух формирователей тактовых импульсов, формирователя строб-импульсов, источника опорного напряжения, селектора, широтно-импульсного модулятора, дешифратора, узла сравнения, при этом )p укаэанный узел сравнения одним из входов подключен к источнику опорного напряжения, другим — к выходным вйводам, а выходом — к одному из входов широтно-импульсного модулятора, 15 другой вход которого подключен к выходу формирователя импульсов синхронизации широтно-импульсного модулятора, выход генератора синхроимпульсов подключен к входам первого и второ- gp

ro формирователей тактовых импульсов, первый, второй,...,N-й выходы дешифатора подключены к вторым входам сответственно первого, второго,..., Н-го логического элемента 2 ИЛИ-НЕ, 25 у двоичного ш-разрядного счетчика вход подключен к выходу первого формирователя тактовых импульсов, (ш-1)-й выход — к входу формирователя синхронизирующих строб-импульсов,а ш-й выход — к выходу широтно-импульсного модулятора, а выход — к входу формирователя строб-импульсов, выход которого подключен к входу установки в "О" второго формирователя тактовых импульсов, формирователь синхронизи15 10 рующих строб-импульсов выходом подключен к входу формирователя пилообразного напряжения, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью упрощения и повышения технико-экономических показателей за счет увеличения КПД и надежности, введены второй ш-разрядный двоичный счетчик и формирователь длительности паузы, при этом вход упомянутого формирователя подключен к выходу первого формирователя тактовых импульсов, а выход — к входу синхронизации последовательного приема информации N-разрядного регистра сдвига, у которого выход первого, второго,.„.,N-ro разряда подключен к первому входу соответственно. первого, второго,..., N-го логического элемента 2ИЛИ-HE а информационный вход последовательного приема информации - к выходу селектора, выход первого, второго,...;И/2-ro логического элемента 2 ИЛИ-НЕ подключен к первому входу соответственно первого, второго,...,М/2-ro силового канала,а выход (N/2+1)"ro, (N/2+2)-ro, N-го логического элемента 2 ИЛИНЕ - к второму входу соответственно первого, второго,...,N/2-го силового канала первый, второй,..., m-й управляющий вход дешифратора подключен к выходу первого, второго,..., ш-го разряда второго m-разрядного двоичного счетчика, вход которого подключен к выходу второго формирователя тактовых импуЛьсов.!

317415 т„! !! ! 1 1

1 1

1 I

8 1!

Й

1 i!

uw !

Ж tur

I!!

Pu

i ! !

1 l!! I

t! !1!! 1

1 л

1 1

Ц

У.1 7

Составитель В. Опадчий

Техред А.Кравчук Корректор А Ильин

Редактор Т. Парфенова

Заказ 2423/43 Тираж 863 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4