Многозонный стабилизатор постоянного напряжения

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)З C 05 F 1/56

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4777799/07 (22) 05. 01.90 (46) 23.12.91. Бюл. 47 (71) Самарский электротехнический институт связи (72) А.Ф.!(адацкий, В.Ф.Яковлев ,и В.И.Хандогин (53) 621.316.722.1(088.8) (56) Ромаш Э.M. Транзисторные преобразователи в устройствах питания. радиоэлектронной аппаратуры. М.:

Энергия, 1975, с.141.

Авторское свидетельство СССР 890530, кл. H 02 М 3/335, 1979.

Иванов-Цыганов А.И. Источники вторичного электропитания приборов

СВЧ. М.: Радио и связь, 1989, с. 118,,,рис.5.11. (54) МНОГОЗОННЫИ СТАБИЛИЗАТОР f10CTOЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к источникам вторичного электропитания постоянного напряжения высокого уровня, предназначенным для использования в СВЧ-аппаратуре. Цель изобретенияупрощение. Выходное напряжение многозонного стабилизатора постоянного напряжения равно сумме напряжений преобразователей постоянного напряИзобретение относится к электро.технике и может быть использовано для стабилизации высокого уровня постоянного напряжения для различных видов СВЧ-приборов, например электронных микроскопов, Фотоэлектронных умножителей и т.д.,SU„„1700544 A 1 г жения 19, N преобразователей которых выполнены регулируемыми. Длительность управляющих импульсов, вырабатываемых на выходе широтно-импульсного модулятора 4, определяется разностью опорного сигнала и сигнала, снимаемого с выхода датчика 21 Bbl ходного напряжения. Если длительность управляющего импульса, снимаемого с выхода широтно-импульсного модулятора 4, меньше, чем Т/N, где Т— период работы широтно-импульсного модулятора 4, работает только первый из N регулируемых преобразователей 19 постоянного напряжения. Остальные N-1 преобразователей заперты.

При увеличении длительности управляющего импульса на выходе широтно-импульсного модулятора 4 первый регулируемый преобразователь постоянно- С, го напряжения полностью включается, обеспечивая получение максимальногo выходного напряжения, а регулирование осуществляется вторым регулируемым преобразователем 19- постоянного напряжения. Остальные преобразователи 19 заперты и включаются в работу по мере увеличения длительно- р сти управляющего сигнала широтно-импульсного модулятора 4. 2 ил.

Цель изобретения - упрощение многозонного стабилизатора постоянного напряжения.

На фиг. 1 приведена Функциональная схема многозонного стабилизатора постоянного напряжения; на Фиг.2

1700544

55 показаны временные диаграммы, поясняющие его работу для случая N = 4.

Многозонный стабилизатор постоянного напряжения содержит генератор 1, первый ? и второй 3 формирователи тактовых импульсов, широтно-импульсный модулятор 4 с прямым и инверсным выходом, блок 5 сравнения выходного и опорного напряжения, Формирователь 6 строб-импульсов, дешифратор с N выходами 7, формирователь

8 строб-импульсов, третий формирователь 9 тактовых импульсов, N-разрядный запоминающий регистр 10, формирователь 11 строб-импульсов, N у>лов формирования управляющих импульсов для импульсных регуляторов по( стоянного напряжения, каждый из ко-, торых содержит первую ячейку 3И 12, первую ячейку 2И 13, первую ячейку

2ИЛИ 14, вторую ячейку 2И 15, вторую ячейку 3И 16, вторую ячейку 2ИЛИ 17, (RS-триггер 18, преобразователи 19 постоянного напряжения, из них N ре- 25 гулируемых, 11 импульсных регуляторов

20 постоянного напряжения, датчик

2 выходного постоянного напряжения соединены с входными выводами, Bxopbl

N регулируемых преобразователей 19 постоянного напряжения соединены с выходами 1> импульсных регуляторов 20 постоянного напря>кения, входы которых соединены с входными выводами, выходы всех преобразователей 19 постоянного напря>кения соединены после>1овательно и подключень> к выходным выводам и датчику

21 выходного напряжения, выход датчика

21 соединен с соответствующим входом блока 5 сравнения выходного и опорного напряжения, входы первого 2 и третьего 9 Формирователей тактовых импульсов соединены с выходом генератора 1, выход первого Формирователя 2 тактовых импульсов соединен с входами первого Формирователя

6 строб-импульсов и второго Формирователя 3 тактовых импульсов, выходы разрядов второго формирователя 3 тактовых импульсов подключены к адресным входам дешифратора 7 с N выходами, выход старшего разряда второго формирователя 3 тактовых импульсов соединен с входом синхронизации широтно-импульсного модулятора 4 с прямым и инверсным входом, другой вход которого соединен с выходом блока 5 сравнения выходного и опорного напряжения, прямой выход широтно-импульсного молулятора

4 с прямым и инверсным входом соединен с входом третьего Формирователя .8 строб-импульсов .и первыми входами первых ячеек 3И 12 в узлах формирования М управля>ощих импульсов для импульсных регуляторов 20 постоянного напряжения, инверсный выход широтно-импульсного модулятора 4 с прямым и инверсным входами соединен с первыми входами вторых ячеек 3И 16 в узлах Формирования управляющих импульсов для импульсных регуляторов 20 постоянного напряжения, выход третьего формирователя 8 строб-импульсов соединен с входом синхронизации запоминающего N-разрядного регистра 10 и входом установки в "0" третьего йормирователя

9 тактовыХ импульсов, выход которого подключен к входу второго формирователя 14 строб-имг>ульсов., его выход соединен с вторыми входами вторых ячеек 2N 13 и 3И 16 в узлах йормирования управляющих импульсов для импульсных регуляторов 20 постоянного напряжения, выход первого формирователя 6 строб-импульсов подключен к вторым входам первых ячеек

2И 13 и 3И 12 в узлах йормирования управляющих импульсов для импульсных регуляторов 20 постоянного напряжения, первый, второй,..., N-й выход дешийратора 7 соединен соохветственного с входом первого, второго, N-ro разряда запоминающего разрядНог o регистра 1 0 v nc.рвыми ячеек 3И 12, 16 соответственно в первом, втором,..., N-ом узлахформирования управляюц>их v:ìïóëüñoâ для импульсных регуляторов 20, первый, второй, ..., N-й выходы разрядов запоминающего регистра 10 соединены соответственно с третьими входами ячеек 2И 13, 15 в первом, втором, N-м узлах фо мирования управляющих импульсов для импульсных регуляторов 20, в каждом узле формирования управляющих импульсов для импульсных регуляторов 20 постоянного напряжения выходы первых ячеек

2И 13 и 3И 12 соединены с входами первой ячейки 2 ИЛИ 14,, выход..кото.рой подключен к входу S RS-триггера

18, выходы вторых ячеек 2И 15 и 3И

16 соединены с входами второй ячейки 2 ИЛИ 17, выход которой подключен к входу К RS-триггера 1Р, выхо1700544 ды R RS-триггеров 18 в первом, вто1 ром... N-м узлах формирования управляющих импульсов для импульсных регуляторов ?О постоянного напряжения подключены соответственно к управляющим входам первого, второго, N-ro импульсного регулятора

20 постоянного напряжения.

Эпюры напряжений фиг.2 показаны

1О на: а) первом, выходе дешифратора 7; б) втором выходе дешифратора 7; в) третьем выходе дешифратора 7; г) четвертом выходе дешифратора 7; 15 д) выходе первого формирователя

6 строб-импульсов, ж) прямом выходе широтно-импульсного модулятора 4, з) выходе третьего формирователя

8 строб-импульсов; и) выходе второго формирователя 11 строб-импульсов; к) первом выходе регистра 10; л) втором выходе регистра 10., 25 м) третьем выходе регистра 10; н) четвертом выходе регистра 1О; о) входе первого импульсного регулятора 20; и) входе второго импульсного ре- g0 гулятора 20, р) входе третьего импульсного регулятора ?О,; с) входе четвертого импульсного регулятора 20.

Иногозонный стабилизатор постоянного напряжения работает следующим образом.

С выхода генератора 1 напряжение с периодом 40 т = 0,01тк,, где Т - период напряжения развертки для ши РОТ нО имп ул ьс НОГО 45 модулятора 4 (см.фиг.2е)

К вЂ” требуемая () точность воспроизведения длительности импульса второго сигнала широтно-импульсного модулятора на управляющих входах импульсных регуляторов 20, поступает на входы формирователей

2 и 9 тактовых импульсов, в качестве которых используются двоичные и-Разрядные счетчики. При этом т

n = log () > где N — число регулируемых зон в стабилизаторе.

Удобнее, чтобы N было кратно степеням двух, т,е. N = 2,4,8,16...2. Выходные напряжения формирователей 2. и

9 тактовых импульсов в общем имеют сдвиг по Фазе. Формирователь 3 тактовых импульсов представляет собой (log

Выходы его разрядов подключены к адресным входам дешифратора 7, имеющего N выходов, Для случая N = 4 сигналы на выходах дешифратора показаны на фиг. 2а,б,в,г. Формирователь 6 выдает строб-импульс (chl

Фиг.2д) в момент установки счетчика 2 в состояние О". Счетчик 3 синхронизирует широтно-импульсный модулятор 4 (см.фиг.?e) . Пилообразное напряжение с периодом следования Т (см.фиг.2е) и постоянное напряжение на выходе блока 5 сравнения используются для формирования на выходе модулятора 4 широтно-модулированного сигнала с периодом т (см.фиг.2ж). На инверсном выходе сигнал проинвертирован. По фронту

1/О сигнала на прямом выходе модулятора 4 второй Формирователь 8 строб-импульсов вырабатывает стробимпульс (см.фиг.2з), устанавливающий в состояние "0" третий формирователь тактовых импульсов и переписывающий код на выходе дешифратора 7 в регистр 10, Формирователь

11 строб-импульсов выдает стробы в моменты установки в "0" третьего формирователя 9 тактовых импульсов (См .Фиг .2и) . При подаче на вход стабилизатора постоянного напряжения начинают работать преобразователи 19 постоянного напряжения, Выходное постоянное напряжение преоб разователей 19 суммируется и поступает на выход стабилизатора. Сигнал, пропорциональный выхолному напряжению с датчика 21 напряжения поступает на вход блока 5 сравнения, на другой вход которого подается опорное напряжение L . В момент времени начинается очередной период для широтно-импульсного модулятора 4 (см. фиг.2е), Состояние второго формирователя 3 тактовых импульсов 00,...,0, на первом выходе дешифратора 7 появляется уровень "1", на остальных

"0" (см.фиг . 2а,б, в, г) . На выходе ши ротно-импульсного модулятора 4 наб170054

ЗО

7 людается уровень "1" (см.фиг,2ж) .

В момент t на входах ячеек 3И 12-1 первого узла Формирователя управляющих импульсов для импульсных регуляторов 20 постоянного напряжения присутствует уровень "1" с прямого выхода широтно-импульсного модулятора 4, "1" с первого выхода дешиф-. ратора. Строб от первого Формирователя 6 строб-импульсов (см.фиг.2д) 10 проходит тогда ячейку 3И 12-1, 2ИЛИ

14-1 и установит RS-триггер 18-1 в состояние "1" по входу S (см.фиг.2о).

В момент t< заканчивается импульс на выходе широтно-импульсного модулятора 4 (см.фиг.2н<), третий Формирователь 8 строб-импульсов выдает строб (см.фиг.2з). Этим способом производится-запись в регистр 10 кода 1000 (см.фиг.2к,л,м,н), соответствующему состоянию дешифратора

7 на момент времени ti . Сбрасывается в "0" третий Формирователь 9 тактовых импульсов, он теперь рабо- 25 тает синхронно с „ с тем же периодом, что и первый Формирователь ? тактовых импульсов. Второй Формирователь 11 строб-импульсов выдает стробы в момент установки в "0" третьего формирователя 9 тактовых импульсов (см.фиг,2и), естественной или принудительной. Сигнал сброса (см.фиг.2и) в момент t проходит через ячейку 2И 15-1, на другом выхо3S де которой присутствует уровень

"1", и сбрасывает в состояние "0"

RS-триггер 18-1 (см.фиг.2о). В момент времени tg строб с выхода Фор" мирователя б строб-импульсов через ячейки 2И 13-1 и 2 ИЛИ 14-1 устанавливает RS-триггер 18-1 опять в состояние "1" (см.фиг.2o). На первом входе ячейки 2И 13-1 при этом присутствует разрешающий уровень "1 с первого разряда регистра 10 (см. фиг.2к) . В момент t< не произворится установка триггера 18-2 в состояwe "1" по цепи 3И 12-2, 2 ИЛИ 14-2, так как выходной сигнал широтно-импульсного модулятора 4 имеет в это время уже уровень "0" (см.фиг.2ж).

Таким образом, строб-импульсы с выхо.дом первого 6 и второго 11 формирователей строб-импульсов (см.фиг.2д, 55 и) на первом периоде вынужлает триггер 18-1 повторить сигнал с выхола .широтно-импульсного молулятора 4 (см.фиг.2ж,о) четыре раза (N раз в

4 8 общем случае) . Состояние регистра

10 и остальных триггеров 18 не изменяется. В результате первый импульс ный регулятор 20 постоянного напряжения работает в режиме стабилизации с частотой 4/Т (N/Т в общем случае), остальные три регулятора (N-1 в общем случае) выключены. Соответственно не будет напряжения и на выходах

N-1 преобразователей 19 напряжения, подключенных входами к импульсным регуляторам 20. В момент времени t импульс на установку в "1" RS-триггер 18-1 проходит через ячейку 3И

12-1 и через ячейку 2И 13-1, но это не сказывается на его работе (см. фиг.2а,д,ж,к,о). В момент времени t заканчивается следующий импульс на выходе широтно-импульсного модулятора 4 (см,фиг.2ж,з), так как его длительность почти не изменяется по сравнению с предыдущим периодом. В работе устройства изменений не про исходит. В регистр 10 переписывается прежний код (см.фиг.2к,л,м,н) 1000, В момент времени t< на входах ячейки 3И 12-2 наблюдаются уровни "1" с выхода широтно-импульсного модулятора

4 (см.фиг.2ж), "1" с второго выхода дешифратора 10 (см.фиг.2б), стробимпульс от Формирователя 6 (см.фиг.2p), В результате триггер 18-2 устанавливается в состояние "1" (см.фиг.2п).

По аналогичным причинам в момент устанавливается в "1" триггер 18-3 (см.фиг,2р) и в момент t> — триггер

18-4 (см.фиг.2с) . В момент, заканчивается импульс на выходе шйротноимпульсного модулятора 4 (см.фиг.2ж) .

По его концу Формирователь 8 выра, батывает строб (см.фиг.2з), синхронизирует третий Формирователь 9 тактовых импульсов, переписывает в регистр 10 код 0001 с выходов дешифратора 7 (см.фиг.2к,л,м,н). Строб импульс с выхода Формирователя 11 уже не проходит через ячейки 2И 151,2 ИЛИ 17-1 на вход R RS-триггера

18-1, так как на первом выходе регистра присутствует. уровень "0" (см, фиг.2к), Строб-импульс наблюдается на пути 2И 15-4, 2 ИЛИ 17-4 и сбрасывает RS-триггер 18-4 в "0". Теперь три импульсных регулятора 20 открыты, четвертый работает в режиме стабилизации с широтно-импульсной молуляцией на частоте 4/Т, (N/T в общем случае)(см.фиг.,2о,п,р,с) .

1700544

В момент времени t> после окончания очередного импульса на выходе широтно-импульсного модулятора 4 (см, фиг.2ж,з) в регистр 10 переписывается из дешифратора 7 код 0100 5 (см.фиг.2к,л,м,н). В момент t> сигнал сброса не проходит на триггер

18-4, так как на выходе четвертого разряда регистра 10 уже "0" (см. фиг.2г), зато он проходит на вход

R RS-триггера 18-2 через цепь 2И

15-2, 2 ИЛИ 17-2, так как на выхоре второго разярда регистра 10 (см.фиг.2л) терепь "1". В момент t сигнал сброса по цепи 3И 16-3

2 ИЛИ 17-3 проходит также на вход

R RS-триггера 18-3 (см.фиг.2р) и устанавливает его в "0". В это время на третьем входе ячейки 3И 16-3 присутствует уровень "1" с инверсного выхола широтно-импульсного модулятора 4, а на ее первом входе"1" с третьего выхода дешифратора 7 (см.фиг.2в). Аналогично через цепь

3И 16-4, 2 ИЛИ 17-4 в момент времени t устанавливается в "0" триггер 18-4 (см.фиг.2c) . Теперь первый импульсный регулятор открыт, второй работает в режиме стабилизации, остальные выключены. Перехолный процесс в системе управления по времени меньше периода T. В многозонном стабилизаторе постоянного напряжения реализован следующий алгоритм работы. При длительности t импульсов широтно-импульсного модулятора 4 меньшеи T/N, в режиме широтно-импульсной модуляции работает первый импульсный регулятора 20, . 40 остальные выключены. При длительно2Т сти t — в режиме широтно-имN пульсной модуляции работает второй импульсный регулятор ?0 первый пол 4 ностью открыт, остальные выключены, и т.д. 1анный алгоритм для произвольного числа N регулируемьх каналов приведен в таблице, Здесь: "+" - импульсный регулятор полностью открыт., "-" — импульсный регулятор полно50 стью закрыт, "ш" - импульсный регулятор работает в режиме широтноимпульсной модуляции на частоте N/Т.

В системе управления предлагаемого многозонного стабилизатора постоянного напряжения осуществляется логическое временное декодирование сигнала широтно-импульсного регулятора 4. Сигналы с выходов схем Формирования управляющих импульсов для импульсных регуляторов 20 поступают на управляющие входы последних и в зависимости от выходного напряжения отключается или подключается часть преобразователей постоянного напряжения, причем только один иэ импульсных регуляторов нахолится в режиме широтно-импульсной модуляции, Замыкается отрицательная обратная связь и наступает режим стабилизации выходного напряжения..

Формула и э о б р е т е н и я

Многозонный стабилизатор постоянного напряжения, содержащий генератор, нерегулируемые и N регулируемых преобразователей постоянного напряжения, N импульсных регуляторов постоянного напряжения, датчик выходного напряжения, блок сравнения выходного и опорного напряжений, при этом входы нерегулируемых преобразователей постоянного напряжения соединены с входными выводами, а вхо,ды N регулируемых преобразователей постоянного напряжения соединены с выходами N-импульсных регуляторов постоянного напряжения, входы которых соелинены с входными выводами, выходы всех преобразователей постоянного напряжения соединены последовательно и подключены к выходным выводам и входу датчика выходного напряжения, выход которого соединен с соответствующим входом блока сравнения выходногo и опорного напряже" ний, отличающийся тем, что, с целью упрощения, в него введены три Формирователя тактовых импульсов, три Формирователя стробимпульсов, широтно-импульсный модулятор с прямым и инверсным выхолами, дешифратор с И выходами, запоминающий N-разрядный регистр и И узлов

Формирования управляющих импульсов для импульсных регуляторов постоянного напряжения, каждый из которых содержит RS-триггер, две ячейки 3И, две ячейки 2ИЛК и р ве ячейки 2И, при этом входы первого и третьего Формирователей тактовых импульсов соединены с выходом генератора, выход первого Формирователя тактовых импульсов соединен с входами первого

Формирователя строб-импульсов и вто.

1700544!

Длительность

Интервалы

Канал

Т

2Т 3Т 3Т 4Т

Т 2Т

Т N N

N N

2

4

+

+ рого формирователя та ктовых импульсов, выходы разрядов второго формирователя тактовых импульсов подключены к адресным входам дешифратора с N выходами,,выход старшего разряда второго формирователя тактовых импульсов соединен с входом синхронизации широтно-импульсного модулятора с прямым и инверсным выходами, 1О вход управления которого соединен с выходом блока сравнения выходно го и опорного напряжений, прямой выход широтно-импульсного модулятора соединен с входом третьего Формирователя строб-импульсов, и первыми входами первых ячеек 3И в узлах формирования управляющих импульсов для импульсных регуляторов постоянного напряжения, инверсный выход широтно-импульсного модулятора соединен с первыми входами вторых ячеек в узлах формирования управляющих импульсов для импульсных регуляторов постоянного напряжения, выход третьего Формирователя стробимпульсов соединен с входом синхронизации запоминающего N-разрядного регистра и входом установки в "О" третьего формирователя тактовых импульсов, выход третьего формирователя тактовых импульсов подключен к входу второго формирователя строб-импульсов, .выход которого соединен с вторыми входами вторых ячеек 2И и

3И в узлах Формирования управляющих импульсов для импульсных регуляторов постоянного напряжения, выход;

1 . первого формирователя строб-импуль- сов подключен к вторым входам первых ячеек 2И и 3И в узлах формирования управляющих .импульсов для импульсных регуляторов постоянного напряжения, первый, второй,...N-й выходы дешифратора с N. выходами соединены соответственно с входом первого, второго,..., N-ro разряда запоминающего N-разрядного регистра и третьими входами ячеек 3И соответственно в первом, втором,...,N-м узлах формирования управляющих импульсов для импульсных регуляторов постоянного напряжения, первый, второй.. .N-й выходы разрядов запоминающего N разрядного регистра соединены соответственно с третьими входами ячеек 2И в первом, втором,..., N-м узлах формирования управляющих импульсов для импульсных регуляторов постоянного напряжения, в каждом узле формирования управляющих импульсов для импульсных регуляторов постоянного напряжения выходы первых ячеек 2И и 3И соединены с входами первой ячейки 2 ИЛИ, выхол которой подключен к S-входу RS-триггера, выходы вторых ячеек 2И и 3И соединены с входами второй ячейки

2 ИЛИ, выход которой подключен к

В-входу RS-триггера, выхолы RS-триг:геров, в первом, втором,...,N-м узлах Формирования управпяющих импульсов для импульсных регуляторов постоянного напряжения подключены соответственно к управляющим входам первого, второго,...,N-го,импульсных регуляторов постоянного напряжения, 1700544

Фиг. Я

Соста вител ь Ю. Опадчий

Техред А,Кравчук Корректор " Обручар

Редактор Т.Шагова

Заказ 4467 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина,101